DE2339557A1 - Verfahren und vorrichtung zum entfernen von stickstoff aus stickstoffhaltige verbindungen enthaltenden organischen abwaessern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen bei der Behandlung von Abwässern und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen von Stickstoff aus stickstoffhaltige Verbindungen enthaltenden organischen Abwässern, wobei die Abwasser die stickstoffhaltigen Verbindungen in gelöster und/oder suspendierter Form enthalten· Die Erfindung bezieht sieh ferner auf die Behandlung von organischen Abwässern, die neben stickstoffhaltigen Verbindungen auch Phosphate enthalten, um aus diesen Abwässern Stickstoff und Phosphate zu entfernen,

Die für diese Zwecke bisher gebräuchlichen Verfahren und Vorrichtungen weisen viele Nachteile auf.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu überwinden.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen und 20 angegebene Erfindung gelöst,

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Obgleich axe in der ersten und dritten Stufe stattfindende biologische Denitrifikation noch nicht vollkommen verstanden wird, wird allgemein angenommen, dass eine beträchtliche Anzahl von fakultativ anaeroben Bakterien, die in normalem, aktiviertem Schlamm anzutreffen sind, in der Atmungskette Elektronen auf Nitrite und Nitrate statt auf Sauerstoff übertragen, wenn die Sauerstoffspannung niedrig genug ist. Mi-fc anderen Worten: Die !Titrate und Nitrite ersetzen den Sauerstoff als letzte Elektronenakzeptoren in der Atmungskette, sobald die Sauerstoff spannung genügend abfällt· Dabei werden die Nitrate und Nitrite zu Stickstoffgas, N₂O-GaS und anderen Formen von stickstoffhaltigen Gasen reduziert.

Da hierbei der Elektronenweg bis auf die letzte Elektronenübertragung von den Zytochroraen auf den letzten Akzeptor der gleiche wie bei der normalen Atmung unter _ aeroben Bedingungen ist, wird angenommen, dass alle gewöhnlich von den Zellen zur Atmung benutzten Substrate auch für die Reduktion von Nitraten und Nitriten als Wasserstoffspender dienen können.

Es wird daher angenommen, dass sich die Zellmasse unter niedriger Sauerstoffspannung nur wenig von der Zellmasse unter aeroben Bedingungen unterscheidet und die Substratabbaugeschwindigkeiten nicht nachteilig beeinflusst werden« Daher kann angenommen werden, dass die Zellwachstumsgeschwindigkeiten denen bei aeroben Prozessen ähneln·

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Bei Denitrifikationsverfahren müssen daher nitrathaltige Abwässer unter anaeroben Bedingungen mit Bakterien* in Berührung gebracht bzw. vermischt werden, wobei die Bakterien schnell genug atmen müssen, um die D'enitrifikation in einer annehmbaren Zeit zu bewirken. Die Bakterien können suspendiert sein, an Unterwasserstoffen wachsen oder sonstwie vorhanden sein·

Wenn ein Denitrifikationsverfahren unter anaeroben Bedingungen durchgeführt wird und nicht genügend Sauerstoff, Nitrate und Nitrite zugeführt werden, kann eine Sulfatreduktion und eine anaerobe Fermentation auftreten·

Die erste und die dritte Stufe der Erfindung müssen deshalb zweckmässigerweise unter Bedingungen betrieben werden, bei denen Nitrate und Nitrite als die letzten Elektronenakzeptoren in der Atmungskette der fakultativ anaeroben Bakterien dienen, bei denen aber weder eine SuIf at reduktion noch eine anaerobe Fermentation auftreten. Derartige Bedingungen werden im weiteren Verlauf der Beschreibung "sauerstofflose Bedingungen" genannt.

Wenn daher beim erfindungsgemässen Verfahren die Bedingungen in der ersten Stufe derart anaerob werden, dass eine Sulfatreduktion oder anaerobe Fermentation auftritt, kann genügend Sauerstoff zugeführt werden, um diese unerwünschten Nebenwirkungen auszuschliessen, ohne dass die Reduktion der Nitrate und Nitrite übermässig gestört würde.

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Was die erste Stufe anbelangt, so bildet das einfliessende, organische Abwasser die Kohlenstoffquelle für die fakultativ anaeroben Bakterien im in die erste Stufe rückgeführten aktivierten Schlamm, um die Denitrifikation der Nitrate und Nitrite zu bewirken·

Die Denitrifikationskapazität der dritten Stufe wird von der Atmungsaktivität des von der zweiten zur dritten Stufe gelangenden Schlamms bestimmt·

ITm die erste und die dritte Stufe unter sauerstofflosen Bedingungen zu betreiben, kann es in bestimmten Fällen notwendig sein, der Luft den Zutritt zu diesen Stufen zu verwehren, indem diese Stufen im wesentlichen luftdicht abgeschlossen werden·

Es ist bekannt, dass biologische Abläufe bei einem Absinken der Temperatur unter ca. 30⁰C ungünstig beeinflusst werden.

Die verminderte Atmungsaktivität in der ersten Stufe ist kaum von Bedeutung, wenn die Temperatur nicht wesentlich unter 20°C absinkt, weil wegen des rückgeführten Aktivschlamms eine genügend hohe Konzentration von fakultativ anaeroben Bakterien in der ersten Stufe anzutreffen ist und 'die einfliessenden organischen Abwässer genügend Kohlenstoff liefern·

Falls jedoch die Temperatur unter ca. 15°C absinkt, kann die verlangsamte Atmung in der dritten Stufe zu einer ungenügenden Denitrifikation beim erfindungsgemässen Verfahren führen.

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In dieser Beziehung kann jedoch das luftdichte Abschliessen der ersten und der dritten Stufe zur Eindämmung der Wärmeverluste beitragen« Biese Massnahme kann jedoch für diesen Zweck unter Umständen von nur Besehränkter Wirksamkeit sein·

Um daher eine ungenügende Denitrifikation in der dritten Stufe infolge zu niedriger Temperatur weitgehendet zu vermeiden, kann es erforderlich sein» die Kapazität der dritten Stufe soweit zu vergrössern, dass die Denitrifikation unter allen möglichen Temperaturbedingungen so vollständig wie nur möglich vonetatten gehen kann.

Die für die Vergrösserung der Kapazität der dritten Stufe erforderlichen Kosten können jedoch insbesondere dann» wenn die jahreszeitlichen Temperaturschwankungen sehr gross sind, sehr hoch sein·

Ale Alternativ- oder Zusatzmassnahme zur weitgehendsten Vermeidung ungenügender Denitrifikation in der dritten Stufe könnte in der dritten Stufe bei Bedarf eine geeignete Kohlenstoffquelle vorgesehen werden·

Hach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann somit in der dritten Stufe eine geeignete Kohlenstoffquelle vorgesehen werden, um die Atmung zu verbessern, wenn diese unter das für die Aufrechterhaltung der Denitrifikation beim Verfahren notwendige Niveau absinkt·

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Bei der Anwendung der Erfindung kann durch einen Vergleich der für die Vergrösserung der Kapazität der dritten Stufe erforderlichen Kosten mit den Kosten für das periodische Anordnen einer Kohlenstoffquelle in der dritten Stufe für einen bestimmten Ort das kostengünstigere Vorgehen ermittelt werden.

Als Kohlenstoffquelle kann peeler geeignete Kohlenstoffspender ohne Stickstoffgehalt, beispielsweise Methanol, verwendet werden·

Was die zweite Stufe anbelangt, so ist die Ökologie autotropher, nitrifizierender Bakterien noch nicht vollkommen bekannt· Es ist jedoch festgestellt worden, dass Anlagen mit aktiviertem Schlamm derart betrieben werden könnenj dass oberhalb einer Temperatur von ca· 1O⁰C die Nitrifikation von Stickstoffverbindungen unablässig und zuverlässig stattfindet.

Palis die Sauerstoff spannung hoch genug ist, verwandeln die im aktivierten Schlamm vorhandenen nitrifizierenden Bakterien die stickstoffhaltigen Verbindungen in Nitrate. Daher wird Ammoniak in Nitrate und Nitrite und Nitrite in Nitrate verwandelt.

Hierbei scheint bei der Umwandlung von Ammoniak in Nitrite ein Schwierigkeitsfaktor zu liegen, denn Nitrite werden schnell und leicht in Nitrate verwandelt. Das Endergebnis der Nitrifikation sind daher Nitrate·

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Die zweite Stufe dee erfindungsgemässen Verfahrens wird daher unter aeroben Bedingungen, d.h. unter Belüftung, betrieben, um die gelösten stickstoffhaltigen Verbindungen biologisch zu Nitraten zu oxydieren·

Die zweite Stufe kann durch beliebige geeignete Mittel belüftet werden« Sie kann somit beispielsweise durch Oberfläehenbelüftungsmittel oder durch Unterwasserbeltiftungsmittel belüftet werden.

Die Oberflächenbelüftungsmittel können beispielsweise in Form von Belüftungsscheiben vorgesehen werden. Die TJnterwasserbelüftung kann beispielsweise dadurch bewerkstelligt werden, dass Luft, reiner Sauerstoff oder ein Gemisch aus Luft und Sauerstoff in das in der zweiten Stufe befindliche Mischwasser geblasen wird.

Die Oberflächenbelüftung weist den Nachteil auf, dass sie bei niedriger Aussentemperatur zu einer Abkühlung führen kann. Ausserdem wird ihre Anwendung durch die Tiefe der belüfteten Flüssigkeit begrenzt· Die Uhterwasserbelüftung kann als Folge davon, dass die Druckluft oder der komprimierte Sauerstoff unter der Oberfläche der zu belüftenden Flüssigkeit eingeblasen wird, zu einer vorteilhaften Heizwirkung führen. Dies sollte beachtet werden, wenn die Aussentemperatur eine Rolle spielt.

Die Konzentration des gelösten Sauerstoffs muss hoch genug sein, um aerobe Bedingungen aufrechtzuerhalten· Sie sollte jedoch nicht zu hoch sein, weil dann bei der

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Rückführung des Mischwassers aus der zweiten in die erste Stufe und bei der Zufuhr von Mischwasser aus der zweiten in die dritte Stufe zuviel Sauerstoff mitgeführt wird, was eine ungünstige Auswirkung auf die Denitrifikation in der ersten und in der dritten Stufe hat»

Die Konzentration des gelösten Sauerstoffs in der zweiten Stufe kann beispielsweise zwischen ca, 0,5 und ca. 4 mg/l betragen· Vorzugsweise kann die gelöste Sauerstoffkonzentration zwischen ca» 0,5 und ca. 2 mg/l liegen» Es sollte der niedrigste Wert, der noch eine gute Nitrifikation ergibt, gewählt werden» Dieser Wert kann im Winter höher als im Sommer liegen_e

Die Konzentration des gelösten Sauerstoffs in der zweiten Stufe sollte daher periodisch gemessen und die Belüftungsmittel dementsprechend eingestellt werden. Die gelöste Sauerstoffkonzentration kann aber auch durch automatisch arbeitende Vorrichtungen gemessen und dosiert werden.

Bei der zweiten Stufe ist die Feststoffverweilzeit wichtig, weil diese genügend lang sein sollte, um einen übermässigen Verlust an nitrifizierenden Organismen
zu vermeiden. Die Verweilzeit wird durch ein Bestimmen
der Grrösse der zweiten Stufe und/oder der Konzentration der suspendierten Feststoffe im Mischwasser bestimmt·

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Die nitrifizierenden Organismen sind temperaturabhängig· Unter Verwendung der Versuchsergebnisse von Downing (Downing, A.L., Painter, Η_βΑ. und Knowles, G. "Nitrification in the activated sludge process¹¹ (Nitrifikation beim Aktivschlammverfahren) - Zeitschrift "Proceedings of the Institute for Sewage Purification" (Arbeitsberichte des Instituts für Abwässerreinigung), Teil 2, Seite 130 (1964)) betreffs des Zusammenhangs zwischen der Temperatur und der Wachstumsgeschwindigkeit dieser Mikroorganismen kann die Mindestverweilzeit der Feststoffe oder das Schlammalter zur Sicherstellung der Hitrifikation gemäss Fig. 1 der Zeichnungen berechnet werden· Fig. 1 zeigt längs der Abszisse die Temperatur in ⁰C, längs der linken Ordinate das Schlammalter in Tagen und längs der rechten Ordinate die Wachstumsgeschwindigkeit in Km/Tag. Das Verhältnis zwischen Schlammalter und Temperatur ist als Vollinie und die Wachstumsgeschwindigkeit als Strichlinie dargestellt.

Der Anteil des von der zweiten zur ersten Stufe rückgeführten Mischwassers kann vorzugsweise entsprechend dem einfliessenden Frischdurchsatz und der Konzentration von stickstoffhaltigen Verbindungen in den einfliessenden, organischen Abwässern gesteuert werden, um eine erheblich hohe Denitrifikation in der ersten Stufe zu erlangen·

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Der rückgeführte Anteil wird zweckmässig so gesteuert, dass eine derartige Reduktion von Nitraten und Nitriten in der ersten Stufe stattfindet, dass die Atmungsaktivität der Bakterien in der dritten Stufe für die Bewältigung der von der zweiten in die dritte Stufe gelangenden Nitrate ausreicht.

Der Anteil des Mischwasser-Rückführungsdurchsatzes von der zweiten in die erste Stufe hängt von dem Frischdurchsatz an organischen Abwässern, von der Konzentration stickstoffhaltiger Verbindungen im Einfluss, von der in der dritten Stufe reduzierbaren Nitratmenge und von der Verweilzeit in der ersten Stufe ab.

Der Miachwasser-Hüokführungsdurchaatzanteil kann daher leicht durch Bestimmen der in der dritten Stufe reduzierbaren Nitratmenge errechnet werden. Dieser Rückführungsdurcheatzanteil kann so gesteuert werden, dass der Nitratpegel in der zweiten Stufe nicht das Niveau übersteigt, das in der dritten Stufe reduziert werden kann.

Falls der Anteil des Mischwasser-Rückfünrungsdurchsatzes zu klein ist, werden mehr Nitrate von der zweiten zur dritten Stufe geführt als in der dritten Stufe reduziert werden können, woraus dann ein unzureichender Nitratanteil im Ausfluss resultieren würde.

Liegt der Anteil des Mischwasser-Rückführungsdurchsatzes zu hoch, müsste die Kapazität der Anlage zur Bewältigung des grösseren Durchsatzes ebenfalls vergrössert

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werden, -wodurch, die Wirtschaftlichkeit und der Wirkungsgrad des Verfahrens sinken würden.

Das Volumenverhältnis von Rückführungsdurchsatz zu Frisehdurchsatz kann zweckmässigerweise wenigstens etwa 2': 1 "betragen. Es kann beispielsweise zwischen ca. 2:1 und ca. 10 : 1 liegen.

"Vorzugsweise wird der Anteil des Aktivschlamm-Büekführungsdurchsatzes so gesteuert, dass in den verschiedenen Stufen der Anlage eine geeignete Feststoffkonzentration herrscht und damit auch eine ausreichende Anzahl von Bakterien'zur Sicherstellung der Denitrifikation und litrifikation beim Verfahren·

Für maximale Nitrifikation und.Denitrifikation, inabesondere während der kälteren Monate, ist eine hohe Konzentration von suspendierten Feststoffen im Mischwasser erwünscht. Falls die Konzentration über dem Optimalwert liegt, erzwingt sie wieder eine zu hohe Anlagenkapazität·

Semäsa einem Ausführungabeispiel der Erfindung wird der Anteil des Aktivschlamm-Rückftihrungsdurchsatzes derart gesteuert, dass in dem Mischwasser eine Feststoffkonzentration von vorzugsweise wenigstens ca. 2.000 mg/l herrscht«

Beim erfindungsgemässen Verfahren kann ein kleiner Anteil an Aktivschlamm aus der Feststoffabtrennstufe zur zweiten Stufe zurückgeführt werden, falls die Anzahl

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der Bakterien in der zweiten Stufe zu klein iat. Diese Massnahme dürfte jedoch nur unter Ausnahmebedingungen erforderlich sein·

Die Anmelderin hat festgestellt, dass bei Verfahren, in denen lediglich eine Nitrifikation durchgeführt wird, der pH-Wert manchmal weit absinkt· Dies hat einen ungünstigen Einfluss auf die Nitrifikation und der pH-Wert muss daher eingestellt werden.

Die Anmelderin hat festgestellt, dass beim erfindungsgemässen Verfahren, bei dem sowohl eine Denitrifikation als auch eine Nitrifikation durchgeführt wird, der pH-Wert nicht absinkt. Bei Versuchen, die mit ungepufferten Abwässern durchgeführt wurden, wurde sogar ein Anstieg des pH-Werts beobachtet.

Tails jedoch der pH-Wert des Zuflusses zu niedrig ist, ist es ratsam, im Zuge einer Vorbehandlung den pH-Wert anzuheben, um eine optimale Nitrifikation zu erzielen. * Der pH-Wert sollte zweckmässigerweise auf mindestens ca. 6,2 angehoben werden. Der optimale pH-Wert liegt bei ca. 8,2.

Beim erfindungsgemässen Verfahren können in der ersten und in d^Ner dritten Stufe jeweils Rührmittel vorgesehen werden, um das Wasser zum Zwecke des Mischens leicht umzurühren.

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Die Peststoffabtrennetufe kann beliebig ausgebildet sein· Sie kann beispielsweise in Form einer Klärstufe, einer Flotationsstufe oder einer Sedimentationsstufe vorgesehen werden.

Beim erfindungsgemässen Verfahren kann zwischen der dritten Stufe und der Feststoffabtrennstufe eine vierte Stufe in Form einer Belüftungsstufe vorgesehen werden. Der Zweck der vierten Stufe ist, die Feststoffabtrennung eventuell hindernde G-asbläschen entweichen zu lassen und den Schlamm zu stabilisieren, um die Feststoffabtrennung zu erleichtern. Die vierte Stufe kann-als Fitrifikationsstufe ausgebildet sein, um Ammoniak, das in der dritten Stufe freigesetzt wurde, zu nitrifizieren.

Das Verfahren kann ausserdem zur Entfernung von Phosphaten verwendet werden, wenn die organischen Abwasser Phosphate enthalten. Dieser Aspekt wird später noch beschrieben. Als Alternativ- oder Zusatzmassnahme kann daher gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung das organische Abwasser in einem weiteren Verfahrensschritt mit geeigneten Chemikalien behandelt werden, um Phosphate aus ihm zu entfernen·

ι Diese Phosphatentfernung kann zu jedem geeigneten Zeitpunkt während des erfindungsgemässen Verfahrens vorgenommen werden.

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Hierfür kann jede Chemikalie, die zur Phosphatentfernung geeignet ist und dabei die Stickstoffentfernung ,nicht negativ beeinflusst, verwendet werden. Es können dabei Chemikalien, wie beispielsweise Alaun, Aluminat oder Eisensalze verwendet werden.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Diese Vorrichtung besitzt eine erste Stufe in Form einer Denitrifikationsstufe zur Aufnahme von organischen Abwässern, die stickstoffhaltige Verbindungen enthalten; eine zweite Stufe in 3?orm einer Hitr if ikat ions stuf ej eine dritte Stufe in Form einer Denitrifikationsstufej eine Peststoffabtrennstufe zur Erzeugung des geklärten Ausflusses und eines Aktivschlammsj Mischwasser-Rückführungsmittel zur Rückführung von Mischwasser von der zweiten Stufe zur ersten Stufe, und Aktivschlamm-Rückführungsmittel zur Rückführung wenigstens eines Teiles des von der Feststoffabtrennstufe erzeugten Aktivschlamms zur ersten Stufe.

Die Mischwasser-Rückführungsmittel können in Form einer Pumpe vorgesehen sein, die imstande ist, das Mischwasser mit einem zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Volumendurchsatz rückzuführen·

Die Aktivschlamm-Rückftihrungsmittel können ebenfalls in Form einer Pumpe vorgesehen sein, die imstande ist, den Aktivschlamm mit einem bestimmten Volumendurchsatz rückzuführen.

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Die Vorrichtung kann ferner Zuführungsmittel aufweisen, die unter Einwirkung der Schwerkraft Mischwasser von der ersten zur zweiten, von der zweiten zur dritten und von der dritten zur Feststoffabtrennstufe fördern.

Die Zuführungsmittel zwischen der ersten und zweiten Stufe können derart angeordnet sein, dass das aus der ersten Stufe überfliessende Mischwasser an einer Stelle unterhalb dee Flüssigkeitsniveaus in die zweite Stufe eingeleitet wird. Die zwischen der zweiten und der dritten Stufe gelegenen Zuführungsmittel können in gleicher Weise arbeiten·

Die Mischwasser-Büekführungsmittel zwischen der zweiten und der ersten Stufe fördern Mischwasser aus der zweiten Stufe zurück in die erste Stufe, so dass Kurzschlüsse in der ersten und der zweiten Stufe weitgehendst vermieden werden·-

Da die zweite Stufe in form «iner Nitrifikationsstufe vorgesehen ist, besitzt die Vorrichtung Belüftungsmittel zur Belüftung der zweiten Stufe.

Die Belüftungsmittel können in Form von Oberflächenbelüftungsmitteln oder von Unterwasserbelüftungsmitteln vorgesehen sein·

Wenn Oberflächenbelüftungsmittel vorgesehen sind, können diese beispielsweise in Form von einer oder mehreren Belüftungsscheiben vorgesehen sein, die zum Zwecke des Lufttransports in das in der zweiten Stufe befindliche Mischwasser in Drehung versetzt werden.

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Wenn Unterwasserbelüftungsmittel vorgesehen sind, können diese beispielsweise in Form von Luft- oder SauerstoffZuführungsmitteln vorgesehen sein, mit denen Druckluft oder komprimierter Sauerstoff in die zweite ■ Stufe geleitet und dort an einer Unterwasserstelle freigegeben wird.

Die Vorrichtung kann in ihrer ersten und dritten Stufe Rührmittel aufweisen, wobei das leichte Rühren nur Mischungszwecken dient.

Damit die erste, und die dritte Stufe unter sauer- ■ stoffarmen Bedingungen betrieben werden können, kann die Vorrichtung Abdeckmittel aufweisen, um die erste und die dritte Stufe abzudecken.

Diese Abdeckmittel können beliebig ausgebildet sein. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bestehen die Abdeckmittel beispielsweise aus Deckeln aus geschäumtem Kunststoff·

Wenn die' Aussentemperatur niedrig ist, kann auch die zweite Stufe abgedeckt werden, um die Wärmeverluste weitgehendst zu vermindern.

Die Vorrichtung kann erforderlichenfalls ferner Mittel zum Zuführen einer geeigneten Quelle stickstofffreien Kohlenstoffs in die dritte Stufe aufweisen.

Ferner kann zwischen der dritten Stufe und der Feststoffabtrennstufe eine vierte Stufe in Form einer Belüftungsstufe vorgesehen sein, in der Grasbläschen,

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die die Feststoffabtrennung in der Feststoffabtrennstufe behindern könnten, entweichen können, und in der der Schlamm stabilisiert wird, um die Feststoffabtrennung zu erleichtern.

Die vierte Stufe kann in Form einer Nitrifikationsstufe betrieben werden, in der gegebenenfalls im Laufe des Verfahrens in der dritten Stufe freigegebenes Ammoniak nitrifiziert wird.

Wenn die Torrichtung eine vierte Stufe aufweist, werden die vorstehend beschriebenen Zuführungsmittel zwischen der dritten Stufe und der Feststoffabtrennstufe durch Zuführungsmittel zwischen der dritten und der vierten Stufe und Zuführungsmittel zwischen der vierten Stufe und der Feststoffabtrennstufe ersetzt. Auch diese Zuführungsmittel können einen Schwerkraftantrieb, wie vorstehend beschrieben wurde, aufweisen.

Die Feststoffabtrennstufe kann beliebig ausgebildet sein» So kann aie beispielsweise in Form einer Klärstufe, einer Flotationsstufe oder einer Sedimentationsstufe vorgesehen sein.

Abhängig von der Sollkapazität der Vorrichtung, von wirtschaftlichen Überlegungen bezüglich der Bauweise der Vorrichtung, von einer eventuellen Vergrösserung der Kapazität der Vorrichtung usw. können beliebige geeignete Behälter für die vier Stufen der Vorrichtung vorgesehen werden·

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Palls beispielsweise ca. 25·ΟΟΟ m_organische Abwasser täglich in der "Vorrichtung behandelt werden müssen, können die zweite und die vierte Stufe in Form endloser, ringförmiger Kanäle vorgesehen werden, wobei die Denitrifikationsstufen innerhalb der von den endlosen, ringförmigen Kanälen umschlossenen Flächen angeordnet sind·

Für den Fall, dass die Anlage einmal vergrössert wird, könnte genügend Bodenfläche zur Verfügung gehalten werden, um eine weitere Vorrichtung der gleichen Kapazität zu errichten·

Falls jedoch die vorhandene Fläche begrenzt ist und Ausschachtungsarbeiten keine grösseren Schwierigkeiten bereiten, können die verschiedenen Stufen auch in Form von in den Boden eingelassenen und nebeneinander angeordneten Behältern vorgesehen werden· Bei dieser Anordnung kann die Tiefe der verschiedenen Behälter ca. 9»14 m und mehr betragen, wodurch der Bodenflächenbedarf erheblich eingeschränkt wird·

Die Stufenbehälter der Vorrichtung können aus jedem geeigneten Material hergestellt werden. So können sie beispieleweise aus Beton, aus vorfabrizierten Betonplatten od. dgl· bestehen·

Wenn die Vorrichtung eine Kapazität von über ca. 20.000 m organische Abwässer pro Tag besitzen muss, führen wirtschaftliche Überlegungen meistens zu einer

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Bauweise, bei der der Boden bis zu einer Tiefe von ca. 9»14 m oder mehr ausgehoben wird und die vier Stufen nebeneinander in der ausgehobenen Grube angeordnet werden.

Da das erfindungsgemässe Verfahren mit der dazugehörigen Vorrichtung zusammen mit physikalisch-chemischen Einheiten zur V/asserwiedergewinnung eingesetzt werden soll, muss gegebenenfalls für einen Strömungsausgleich gesorgt werden.

Dies könnte dadurch erfolgen, dass die erste Stufe gross genug gebaut wird, um für den Strömungsausgleich und die Denitrifikation dienen- zu können. Das Mischwasser könnte dann von der ersten zur zweiten Stufe mit konstantem Durchsatz gefördert werden. Die Rückführung von Hitraten aus der zweiten Stufe in die erste Stufe beim Rückführen des Mischwassers verhindert weitgehendst das Paulwerden in der ersten Stufe.

Während die vorliegende Erfindung sich ganz allgemein auf die Behandlung von organischen stickstoffhaltigen Abwässern bezieht, kann sie insbesondere bei der Behandlung von Abwässern in Form von Kloake angewendet werden. Die Kloake kann im Rohzustand oder bereits abgesetzt sein·

In den Zeichnungen, die mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, ist:—

1?ig. 1 eine graphische Darstellung der Versuchsergebnisse von Downing zur Bestimmung der Mindestverweilzeit bzw· des Schlammalters, durch die eine Hitrifikation sichergestellt wird;

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Fig* 2 ein schematisches Strombild einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, bei dem organische Abwässer in Form von abgesetzter Kloake behandelt werden, um aus ihnen stickstoffhaltige Verbindungen zu entfernen;

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungagemäsaen Verfahrens;

Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens;

Fig. 5 eine schematische Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens;

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Ergebnisse bezüglich Stickstoff und Phosphor beim Betrieb der Vorrichtung gemäss Fig. 2 in Form einer Versuchsanlage und für eine Dauer von zwanzig Tagen, und

Fig. 7 eine graphische Darstellung des chemischen Sauerstoffbedarfs in mg/l und der Phosphate in mg Phosphor/l im Ausfluss beim Betrieb der Versuchsanlage während eines Zeitraumes von sechs Wochen, um eine Phosphatentfernung zu erzielen.

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]?ig. 2 veranschaulicht an Hand eines Strombildes das erfindungsgemässe Verfahren und die Vorrichtung, mit deren Hilfe organische Abwässer in Form von abgesetzter Kloake behandelt werden können, um .aus ihnen gelöste und/oder suspendierte stickstoffhaltige Verbindungen zu entfernen.

Die Vorrichtung 10 besitzt Zuführungsmittel 12 für die Zufuhr von abgesetzten Abwässern.

Rohe Abwässer werden gewöhnlich gesiebt und gelangen nach dem Absetzen unter Schwerkrafteinwirkung über die Zuführungsmittel 12 in die Vorrichtung 10.

Die Vorrichtung 10 besteht aus einer ersten Stufe 14 in Form einer biologischen Denitrifikationsstufe, einer zweiten Stufe 16 in Form einer biologischen Hltrifikationsstufe, einer dritten Stufe 18 in Form einer biologischen Denitrifikationsstufe, einer vierten Stufe 20 in Form einer Belüftungsstufe und aus einer Feststoffabtrennstufe 22 zur Erzeugung eines bei 24 aus der Vorrichtung 10 fliessenden geklärten Ausflusses und eines Aktivschlamms, der bei 26 aus der Feststoffabtrennstufe 22 flieset,

Die Vorrichtung 10 besitzt eine Abflussleitung 28 zum Abführen von Abfallschlamm aus der Vorrichtung 10 und ferner Schlammrückftihrmittel 30 mit einer Pumpe 31 zum Rückführen eines Teiles des Aktivschlamms in die erste Stufe 14.

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Die Vorrichtung 10 besitzt ferner eine Rückführleitung 32 für Mischwasser und eine Pumpe 34 zum Rückführen Von Mischwasser aus der zweiten Stufe 16 in die erste Stufe 14.

Die Vorrichtung 10 weist ferner Zuführungsmittel 14»1, 16.1, 18.1 und 20.1 auf, um mittels Schwerkrafteinwirkung das Mischwasser von der ersten zur zweiten, von der zweiten zur dritten, von der dritten zur vierten Stufe und von der vierten Stufe zur Feststoffabtrennstufe 22 zu führen.

Die Zuführungsmittel zwischen den Stufen sind derart vorgesehen, dass das überfliessende Mischwasser aus der jeweils vorangehenden Stufe in die jeweils folgende Stufe unter Einwirkung der Schwerkraft unten einfliesst·

Die Rückführleitung 32 für das Mischwasser nimmt dieses aus der zweiten Stufe 16 neben den Zuführungsmitteln 16.1 auf, so dass ein Kurzschluss in der zweiten Stufe 16 weitgehendst vermieden wird. Dieses Mischwasser wird in der Nähe der Zuführungsmittel 12 in die erste Stufe zurückgeführt, so dass auch hier ein Kurzschluss zwischen dem rückgeführten Mischwasser und dem mittels der Zuführungsmittel 14.1 aus der ersten Stufe 14 abgeführten Mischwasser weitgehendst vermieden wird.

In der ersten Stufe 14 und der dritten Stufe 18 sind Rührmittel 36 vorgesehen, um das Mischwasser zwecks Mischens leicht umzurühren.

Die erste Stufe 14 und die dritte Stufe 18 werden unter Ausschluss von Sauerstoff betrieben.

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Die zweite Stufe 16 und die vierte Stufe 20 sind mit Belüftungsmittel!! 38 versehene unter aeroben Bedingungen betriebene aerobe Stufen, damit in der zweiten Stufe 16 ebenso wie in der vierten Stufe 20, wenn dort von der dritten Stufe 18 freigegebenes Ammoniak gegenwärtig ist, eine Nitrifikation stattfinden kann. Die vierte Stufe 20 dient ferner dazu, Grasbläschen entweichen zu lassen, die ein Abtrennen der_ Feststoffe behindern könnten, und den Schlamm zu stabilisieren, um die Abtrennung von Feststoffen zu erleichtern.

Die Belüftung der zweiten Stufe 16 wird so gesteuert, dass die Konzentration des gelösten Sauerstoffs hoch genug ist, um die Nitrifikation stattfinden zu lassen, aber nicht so hoch ist, dass übermässig viel gelöster Sauerstoff über die Zuführungsmittel 16·1 von der zweiten¹ Stufe -16 in die dritte Stufe 18 und über die Rückführleitung 32 für das Mischwasser von der zweiten Stufe 16 in die erste Stufe 14 gelangen kann·

Bei Versuchen, die durchgeführt wurden, wurde festgestellt, dass die Belüftung ohne weiteres derart gesteuert werden kann, dass in der zweiten Stufe 16 eine Konzentration gelösten Sauerstoffs von zwischen ca. 2 mg/l und ca. 0,5 mg/l herrscht.

In'Fig. 3 bezeichnet 10,3 ein Ausführungsbeiepiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens·

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Eine Vorrichtung gemäss diesem Ausführungsbeispiel würde dann eingesetzt werden, wenn die von der Vorrichtung 10.3 eingenommene Fläche des Aufstellungsortes keine kritische G-rösse darstellt und die erforderliche Kapazität unter ca. 25.000 m organische Abwasser pro Tag liegt.

Die Vorrichtung 10.3 besitzt Zuführungsmittel 12.3 für die Zufuhr von organischen Abwässern in die Vorrichtung 10,3.

Die Vorrichtung 10.3 weist ferner eine erste Stufe 14.3 in Form einer Denitrifikationsstufe , eine zweite Stufe 16.3 in Form einer Hitrifikationsstufe, eine dritte Stufe 18.3 in Form einer Denitrifikationsstufe, eine vierte Stufe 20.3 in Form einer Belüftungsstufe und eine Feststoffabtrennstufe 22.3 zur Erzeugung eines bei 24.3 aus der Vorrichtung 10.3 fliessenden geklärten Ausflusses und eines Aktivschlamms, der bei 26.3 aus der Feststoffabtrennstufe 22_e3 fliesst, auf.

Die Vorrichtung 10.3 besitzt eine Abflussleitung 28.3 zum Abführen von Abfallschlamm aus der Vorrichtung 10.3 und Schlammrückführmittel 30.3 mit einer Pumpe 31*3 zum Rückführen wenigstens eines Teiles des Aktivschlamms zur ersten Stufe 14.3. Die Vorrichtung 10.3 besitzt ferner eine ßückführleitung 32.3 für Mischwasser und eine Rückführpumpe 34·3 zum Rückführen des Mischwassers aus der zweiten Stufe 16.3 in die erste Stufe 14.3.

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Die Vorrichtung 10,3 weist ferner Zuführungsmittel 54, 56, 58 und 60 auf, um das Mischwasser nacheinander durch alle Stufen bis in die Feststoffabtrennstufe zu fördern.

In der ersten Stufe 14*3 und der dritten Stufe 18,3 sind Rührmittel 36·3 vorgesehen, um das Mischwasser zwecks Mischens leicht umzurühren.

Die erste Stufe 14.3 und die dritte Stufe 18.3 werden unter Ausschluss von Sauerstoff betrieben. In ihnen werden Nitrite und Nitrate zu Stickstoffgas, Stickstoffoxyd und anderen kleineren Anteilen stickstoffhaltiger Gase reduziert.

!alls in der ersten Stufe 14.3 und der dritten Stufe 18.3 die Konzentration des gelösten Sauerstoffs durch Lufteinwirkung ungünstig beeinflusst wird, können diese beiden Stufen durch geeignete Abdeckmittel abgedeckt werden« Die Abdeckmittel können zweckmässigerweise Deckel aus geschäumtem Kunststoff sein.

Die zweite Stufe 16.3 und die vierte Stufe 20.3 sind aerobe Stufen. Daher weist jede von ihnen Belüftungsmittel 38.3 zur Belüftung auf.

Die zweite Stufe 16.3 und die vierte Stufe 20.3 sind in Form endloser, ringförmiger Kanäle ausgebildet, die konzentrisch angeordnet und innerhalb derer die erste Stufe 14.3 und die dritte Stufe 1-8*5 angeordnet sind·

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Da die Stufen 16.3 und 20.3 gewöhnlich so flach gehalten sind, dass eine wirksame Überflächenbelüftung . erfolgen kann, sind die Belüftungsmittel 38.3 ia Eorm von Oberflächenbelüftungsmitteln dargestellt.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die Belüftungsmittel 38.3 aus vier Belüftungssystemen, von denen sich jeweils zwei diametral gegenüberliegen.

Jedes Belüftungssystem besitzt einen Motor 40, der eine drehbar gelagerte Welle 42 antreibt. Jede Welle 42 besitzt mehrere auf ihr befestigte Belüftungsscheiben 44·

Jede Belüftungsscheibe 44 ist mit einer Vielzahl von Löchern oder Erhebungen versehen, von denen in den Stufen 16.3 und 20,3 während der Drehung der Welle 42 Luft in das Mischwasser eingebracht wird.

Die Belüftungsmittel 38.3 dienen somit sowohl der Belüftung des Misehwassers als auch dem Transport des Mischwassers längs der Stufen 16.3 und 20.3·

Die Vorrichtung 10.3 kann nicht dargestellte automatische Prüfvorrichtungen aufweisen, die die Konzentration des gelösten Sauerstoffs in den Stufen 16.3 und 2Ο·3 überprüfen und die Belüftungsmittel 38.3 dementsprechend derart steuern, dass die gewünschten Konzentrationen aufrechterhalten werden.

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In Pig· 4 bezeichnet 10.4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.

Gemäss ihrer "baulichen Ausgestaltung ist die in Pig. 4 dargestellte Vorrichtung für die gleichen Anwendungszwecke wie die Vorrichtung gemäss Pig. 3 geeignet.

Die Vorrichtung 10.4 gleicht allgemein der Vorrichtung

10.3 und besitzt Zuführungsmittel 12,4 zum Zuführen von organischen Abwässern in die Vorrichtung 10.4.

Die Vorrichtung 10.4 weist ferner eine erste Stufe 14·4 in Form einer Denitrifikationsstufe, eine zweite Stufe 16.4 in Form einer Uitrifikationsstufe, eine dritte Stufe 18·4 in Form einer Denitrifikationsstufe, eine vierte Stufe 20.4 in Form einer Belüftungsstufe und eine Peststoffabtrennstufe 22.4 zur Erzeugung eines geklärten Ausflusses, der bei 24»4 aus der Vorrichtung 10.4 flieset, und zur Erzeugung eines Aktivschlamms, der bei 26.4 aus der Peststoffabtrennstufe 22,4 fliesst, auf.

Auch die Vorrichtung 10.4 besitzt eine Abflusaleitung

28.4 zum Abführen von Abfallschlamm aus der Vorrichtung 10.·4 und Schlammrückführmittel 30.4 mit einer Pumpe 31«4 zur Rückführung wenigstens eines Teils des AktivSchlamms zur ersten Stufe 14*4.

Die Vorrichtung 10.4 besitzt ferner eine Rückführleitung 32.4 für Mischwasser und eine Rückführpumpe 34·4 zum Rückführen des Mischwassers aus der zweiten Stufe 16.4

in die erste Stufe 14·4·

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Auch die Vorrichtung 10.4 weist Zuführungsmittel 54·4» 56.4, 58.4 und 60.4 auf, um das Mischwaseer unter Sehwerkrafteinwirkung durch die verschiedenen Stufen der Vorrichtung zu leiten·

In der ersten Stufe 14.4 und in der dritten Stufe 18.4 sind wiederum Rührmittel 36.4 vorgesehen, um das Mischwasser zwecks Mischens leicht umzurühren.

Die zweite Stufe 16.4 und die vierte Stufe 20·4 sind ■wiederum aerobe Stufen und weisen Belüftungsmittel 38.4 zur Belüftung dieser beiden Stufen auf. Die Belüftungsmittel sind wiederum Oberflächenbelüftungsmittel und bestehen aus drehbar gelagerten Belüftungsrotoren, die zwecke Belüftung des Mischwassers und seiner förderung längs der Stufen 16.4 und 20.4 in Drehung versetzt werden können.

Im Gegensatz zur Vorrichtung nach Fig. 3 weist bei der Vorrichtung 10.4 gemäss Pig. 4 nur die zweite Stufe 16.4 die Form eines endlosen, ringförmigen Kanals auf·

In Fig. 5 bezeichnet 10.5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs— gemässen Verfahrens.

Gemäss ihrer baulichen Ausgestaltung ist die in Fig. dargestellte Vorrichtung 10,5 für Fälle bestimmt, bei denen die von der Vorrichtung beanspruchte Fläche von Wichtigkeit ist oder bei denen eine Unterwasserbelüftung stattfindet«

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Auch die Vorrichtung 10·5 weist Zuführungsmittel 12.5 auf, um der Vorrichtung organische Abwasser zuzuführen.

Die Vorrichtung 10.5 weist ferner eine erste Stufe 14*5 in Form einer Denitrifikationsstufei eine zweite Stufe 16.5 in-Form einer Nitrifikationsstufe, eine dritte Stufe 18·5 in Form einer Denitrifikationsstufe, eine vierte Stufe 20.5 in Form einer Belüftungsstufe, und eine Feststoffabtrennstufe 22.5 zur Erzeugung eines geklärten Ausflusses, der bei 24.5 aus der Vorrichtung 10.5 flieset, und zur Erzeugung eines AktivschlammB, der bei 26.5 die Feststoffabtrennstufe 22.5 verlässt, auf.

Auch die Vorrichtung 10.5 besitzt eine Abflussleitung 28.5 zum Abführen von Abfallschlamm aus der Vorrichtung 10.5 und Schlammrückflehrmittel 30.5 mit einer Pumpe 31*5 zur Rückführung wenigstens eines Teils des Aktivschlamms in die erste Stufe 14·5·

Die Vorrichtung 10.5 besitzt ferner eine Rückführleitung 32.5 für Mischwasser und eine Pumpe 34·5 zum Rückführen des Mischwassers aus der zweiten Stufe 16.5 in die erste Stufe 14.5.

Auch die Vorrichtung 10.5 weist Zuführungsmittel 54.5, 56.5» 58*5 und 60.5 auf, um das Mischwasser durch die verschiedenen Stufen der Vorrichtung 10.5 zu fördern.

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Die Zuführungsmittel können auch bei dieser Vorrichtung mit Schwerkraft betrieben werden· Falls jedoch die erste Stufe auch dem Durchsatzausgleieh dienen soll, können die Zuführungsmittel 54.5 aus einer Pumpe bestehen.

In der ersten Stufe 14·5 und der dritten Stufe 18·5 sind wiederum Rührmittel 36*5 vorgesehen·

Die zweite und die vierte Stufe sind auch hier aerobe Stufen und weisen Belüftungsmittel 38,5 aur Belüftung dieser beiden Stufen auf·

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird Unterwasserbelüftung vorgesehen, wenn die Tiefe der verschiedenen Stufen für Oberflächenbelüftung -zu gross ist. Die Belüftungsmittel 38*5 werden dabei in form von Belüftungsleitungen vorgesehen, durch die Druckluft oderreiner Sauerstoff in Unterwassergebiete der Stufen 16.5 und 20,5 geleitet wird.

Die Vorrichtung 10.5 ist vor allem für Fälle geeignet, bei denen Kehr als 20.000 m Abwasser pro Tag anfallen. Falls die von der Vorrichtung zu bewältigende Kapazität sehr viel grosser als diese Menge ist, kann die Anlage aus mehreren Einheiten bestehen, von denen jede der Vorrichtung 10*5 entspricht·

Beim Bau der Vorrichtung 10.5 könnte eine Grube mit der erforderlichen Tiefe ausgehoben werden« Die Tiefe dieser Grube könnt· etwa 9,14 m oder mehr betragen, und die verschiedenen Stufen 14.5, 16.5, 18.5 und 20.5 könnten in diese Grube eingebaut werden·

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In den Zeichnungen sind die Vorrichtungen 10.3, 10.4 und 10.3 etwa aassstabsgerecht für einen Pail dargestellt, bei dem die Verweilzeiten der Abwässer, basierend auf den durchschnittlichen Dur cheat zmengen bei trockenem Wetter, ca. 4 Stunden in der ersten Stufe, ca· 4 Stunden in der dritten Stufe, ca. 15 Stunden in der zweiten Stufe und ca. 2 Stunden in der vierten Stufe betragen. Diese Verweilzeiten gelten für durchschnittliche Durchsatzmengen bei trockenem Wetter und berücksichtigen nicht die Mengen der Rückflussdurchsätze des Mischwassers und des Aktiv-Schlamms ·

Die in Pig· 5 dargestellte Anordnung ist besonders wirtschaftlich. Die Anordnung und die Ausbildung der verschiedenen Stufen kann je nach Wunsch verändert werden·

Mit einer Vorrichtung gemäss Pig· 2 wurden zahlreiche Versuche in Labormasestab durchgeführt. Die Durchschnitts-

ergebnisse dieser diversen Versuche sind in Tabelle I zusammengefasst.

Die Versuche wurden bei Betriebstemperaturen von zwischen 20 und 23⁰C durchgeführt, wobei der Durchsatz an abgesetzten Abwässern ca. 1 l/Stunde betrug. Die Peststoff abtrennstufe bestand aus einer Kläranlage, was in Tabelle I erwähnt wird·

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Die bei den Versuchen für die verschiedenen Stufen eingehaltenen Verweilzeiten waren die folgenden:

Erste Stufe 14 : ca. 2 Stunden; Zweite Stufe 16 : ca. 6 Stunden; Dritte Stufe 18 : ca» 6 Stunden, und Vierte Stufe 20 : ca. 2 Stunden.

Die vorstehend genannten Verweilzeiten sind nicht die wirklichen Verweilzeiten, denn diese werden von der Rückführung des Mischwassers von der zweiten zur ersten Stufe und von der Rückführung des Aktivschlamms bestimmt. Wenn beispielsweise das Volumenverhältnis von Rückführungsdurchsatz - von der zweiten zur ersten Stufe - zu Irischdurchsatz 2 : 1 beträgt, und, sofern man den Rückführungsdurchsatz des Mischwassers von der zweiten zur ersten Stufe berücksichtigt, wenn das Volumenverhältnis von Rückführungsdurchsatz des Aktivschlamms aus der

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Feststoffabtrennstufe 22 zurück zur ersten Stufe 14 zu Frischdurchsatz 1 ί 1 beträgt, beträgt die eigentliche Verweilzeit in der ersten Stufe 14 ca. 30 Minuten. Die eigentlichen Verweilzeiten in den anderen Stufen waren dementsprechend ca· 1 1/2 Stunden in der zweiten Stufe, ca· 3 Stunden in der dritten Stufe und ca. 1 Stunde in der vierten Stufe. , .

Die erste Spalte der Tabelle I gibt die Volumenverhältnisse von Aktivschlamm-Rückführungsdurchsatz zu Frischdurchsatz an abgesetzten Abwässern an, während die zweite Spalte die Volumenverhältnisse von Idischwasser-Rückführungsdurchsatz - von der zweiten Stufe 16 zur ersten Stufe 14 - zu Frischdurchsatz an abgesetzten Abwässern angibt.

Die Spalten 4 und 5 der Tabelle I geben die zur Oxydation erforderliche Konzentration an gelöstem Sauerstoff in mg/l in den Abwässern beim Eintritt und beim Austritt an. Die Spalten 6 bis 10 geben den G-esamtstickstoffgehalt nach Kjeldahl in mg/l an, während die Spalten 11 bis 14 die Nitratkonzentration in mg Stickstoff pro Liter angeben.

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Tabelle I

	Rückführung	2	3	Chera. Sau erstoffbe darf (mg/1)	5	-	6	Gesamtstickstoffgehalt nach Kjeldahl (mg/1)	8	9	10	NO1	11	-N (mg/1)	13	14	Stick stoff- entfer- nung (%)
		i'lisch- wasser aus zweiter Stufe	Datum	4	Aus fluß	Ein fluß	7	Stufe 2	Stufe 3	Stufe 4	Stufe 1	12	Stufe 3	Stufe 4	15
O CD CO Cw)	Schlamm aus Klärstu fe		9/2	Ein fluß	30	58	Stufe 1	2,6	-	2,2	1,6	Stufe 2	3,0	8,2
		2:1	13/2 14/2	310	40 38	86 89	15,6	2,2 1,8	3,6 3,0	2,0 1,6	4,8 0,8	17,0	10,0 7,4	15,4 10,8	82,4
09 to	1:1		16/2	470 460	40	75	18,6 18,4	1,6	3,0	1,4	0,6	> 20 23,5	3,0	6,6	81,5 86,0 .
			17/2	500	42	90	17,4	2,4	4,0	1,4	2,4	20,0	1,0	4,6	89,5
		4:1	18/2 19/2	560	42 30·	81 71	11 ,0	1,6 1,8	3,4 2,4	1,6 1,8	0,8 1,0	15,2	0,8 0f8	3,4 2,8	f 93,4
	1 :1		20/2	340 280	34	68	13,0 10,2	1,8	2,4	1,8	2,2	15,0 12 ,2	1,0	2,8·	93,8 93,2
			270	9,8	13,2		93,2

Aus den Versuchsergebnissen in Tabelle I geht hervor, dass in den zweiten und vierten Stufen praktisch eine vollständige Hltrifikation erzielt wurde. Dies geht aus den niedrigen Gesamtstickstoffgehalten nach Kjeldahl hervor. Es ist ferner ersichtlich, dass in den ersten und dritten Stufen praktisch eine, vollständige Denitrifikation stattfand, was aus den niedrigen Nitratwerten ersichtlich ist. Die &esamtstickstoffgehalte wurden' zu über 93 # entfernt.

Die Verweilzeiten wurden bei den durchgeführten Versuchen recht willkürlich festgelegt. Es ist durchaus möglich, dass andere Verweilzeiten noch geeigneter sind. Dies soll später an Hand eines konkreten Beispiels erläutert werden.

Bei der Durchführung der vorstehend erwähnten Versuche wurden die Nitrate in jeder Imt Stufen und die Konzentrationen des gelösten Sauerstoffs in der zweiten und der vierten Stufe beobachtet und das Verfahren dementsprechend gesteuert. Ferner wurde festgestellt, dass die überprüfung der Ammoniakkonzentration im Ausfluss nützlich ist. Dies trifft insbesondere zu, wenn der geklärte Ausfluss aus der Vorrichtung gechlort werden soll ("breakpoint chlorination").

Wie bereits festgestellt wurde, bewirkt der Zusatz beschränkter Mengen Methanol oder anderer Kohlenstoffquellen zur dritten Stufe eine Steigerung der Aktivität

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dieser Stufe zu Zeiten, in denen eine niedrige Aktivität herrscht. Dadurch kann die Grosse der dritten Stufe kleiner als sonst gehalten werden, übermässige Verweilzeiten in der dritten Stufe können zu einem Anstieg des Ammoniakgehalts führen, wodurch der Wirkungsgrad des Verfahrens weitgehendst vermindert wird·

Mehrere weitere Versuche wurden mit einer Vorrichtung gemäss Fig. 2 in Form einer sogenannten Versuchsanlage durchgeführt.

Die Versuchsanlage wurde pro Tag mit einem konstanten Durchsatz von 100 nr abgesetzter Abwasser beschickt, die den einer städtischen Abwässerreinigungsanlage zugeführten Abwässern entnommen wurden«

Die abgesetzten Abwasser wurden mit konstantem Durchsatz abgezogen, so dass die täglichen Schwankungen des Verschmutzungsgrades der Abwasser, nicht aber die täglichen. Durchsatzschwankungen berücksichtigt wurden.

Der durchschnittliche Sauerstoffbedarf der einfliessenden abgesetzten Abwasser schwankte pro Tag zwischen 300 mg/l in regnerischen Zeiträumen und 700 mg/l während langanhaltender Trockenperioden. Der Gesamtstickstoffgehalt nach Kjeldahl am Eingang der Versuchsanlage schwankte zwischen 30 und 40 mg/l Stickstoff. Basierend auf dem Durchsatz an abgesetzten Abwässern betrugen die beim Betrieb der Anlage verwendeten Verweilzeiten 2 Stunden in der ersten Stufe, 6 Stunden in der zweiten

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Stufe, 4 Stunden in der dritten Stufe und 1 Stunde in der vierten Stufe·

Das Volumenverhältnis von Schlamm-Rückführungsdurchsatz zu Frischdurehsatz an abgesetzten Abwässern betrug 1.! 1, und das Volumenverhältnis von Mischwasser-Rückführungsdurchsatz von der zweiten zur ersten Stufe zu Frischdurehsatz an abgesetzten Abwässern betrug 3 i 1·

Mittels eines automatischen Probenehmers wurden alle zwei Stunden Ausflussproben entnommen. Die im Diagramm der Fig. 6 zusammengestellten Ergebnisse sind die Durchschnittswerte der Ausflussparameter im Laufe eines mehrwöchigen ununterbrochenen Betriebs«.

In Fig. 6 sind längs der Ordinatenachse die Konzentration in mg/l und längs der Abszisse die Betriebstage verzeichnet·

Die Bedeutung der verschiedenen Kurven ist wie folgt:

(a) Weisse Kreise ι Kjeldahl-Stickstoffgehalt im

Einfluss in mg Stickstoff/l.

(b) Schwarze Dreiecke : Phosphorgehalt des Einflusses

in mg Phosphor/l.

(c) Weisse Dreiecke : Phosphorgehalt im Ausfluss

in mg Phosphor/l.

(d) Weisse Quadrate : G-esamtstickstoffgehalt im Ausfluss

in mg Stickstoff/l.

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(e) Schwarze Kreise : Nitrat-Stickstoff im Ausfluss

in mg Stickstoff/l.

.(f) Schwarze Quadrate s Ammoniak-Stickstoff im Ausfluss

in mg Stickstoff/l.

Aus den in Fig. 6 dargestellten Ergebnissen geht hervor, dass eine wesentliche Stickstoffentfernung erzielt wurde. 33er Gesamtgehalt an Stickstoff in allen seinen Formen betrug im Ausfluss etwa 4 bis 5 mg Stickstoff/l.

Es wurde auch festgestellt, dass der Phosphatgehalt im Ausfluss ziemlich niedrig lag. Während der ersten Hälfte der Betriebsdauer wurde ermittelt, dass der Phosphatgehalt etwa oder etwas weniger als 1 mg Phosphor/l betrug· Anschliessend nahm der Phosphatgehalt im Ausfluss ständig bis auf durchschnittlich 3 bis 4 mg/l zu· Während dieser Zeit wurde festgestellt, dass die Konzentration an suspendierten Feststoffen im Mischwasser bis auf Werte von ca· 5·000 mg/l anstieg und sich Schlamm in der Kläranlage ansammelte. Während dieses Zeitraumes wurde kein Schlamm abgeführt.

Da, wie soeben erwähnt, im Versuehszeitraum kein Schlamm abgeführt wurde, verblieben ausgefällte Phosphate mit Ausnahme des Anteils, der im geklärten Ausfluss die Anlage verliess, im Schlamm und damit in der Anlage.

Angesichts der einigermassen niedrigen Phosphatgehalte im geklärten Ausfluss, wurde das Verfahren abgewandelt, um eine verbesserte Phosphatentfernung zu erzielen.

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Die Erfindung erstreckt sich deshalb auch auf das bereits beschriebene Verfahren, bei dem eine vierte Stufe als Belüftungsstufe ausgebildet ist und das dann angewendet wird, wenn die organischen Abwässer Phosphate enthalten. Bei dieser Variante wird die vierte Stufe belüftet, um in ihr eine für die Ausfällung der Phosphate genügend hohe Konzentration gelösten Sauerstoffs zu erhalten, und ferner Aktivschlamm aus der Feststoffabtrennstufe abgeführt, um Phosphate aus den organischen Abwässern zu entfernen·

Um eine Konzentration von mindestens ca* 3 mg gelösten Sauerstoffs pro Liter aufrechtzuerhalten, sollte die vierte Stufe belüftet werden. Mittels einer geeigneten Belüftung kann in der vierten Stufe ohne weiteres eine Konzentration von wenigstens ca· 4 mg gelösten Sauerstoffs pro Liter aufrechterhalten werden.

Um die Phosphate zu entfernen, kann in regelmässigen Abständen oder ununterbrochen Aktivschlamm abgeführt werden.

Beim Verfahren kann der Aktivschlamm-Rückführungsdurchsatz aus der Feststoffabtrennstufe so gesteuert werden, dass die Verweilzeit des Schlamms in der Feststoffabtrennstufe und damit auch die-Entwicklung von GO₂ in der Feststoff abtrennstufe begrenzt ist.

Die Entwicklung von COp nimmt mit der Verweilzeit des Schlamms in der Feststoffabtrennstufe zu. Dies führt dazu, dass sich ausgefällte Phosphate im geklärten Ausfluss

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auflösen, was zur lolge hat, dass die Phosphatkonzentration im geklärten Ausfluss zunimmt«

Der Schlamm-Hückführungsdurchsatz sollte deshalb so gesteuert werden, dass die Phosphatkonzentration im geklärten Ausfluss auf annehmbare Werte beachränkt bleibt.

Bs ist festgestellt worden, dass, wenn das Volumenverhältnis von Schlamm-Rückführungsdurehsatz zu durch-¹ schnittlichem Frischdurchsatz bei trockenem Wetter zwischen 1 : 1 und 2 : 1 liegt, die Phosphatkonzentration im geklärten Ausfluss im allgemeinen innerhalb annehmbarer Grenzen bleibt.

Das Verfahren kann einen weiteren Verfahrensschritt beinhalten, bei dem der Schlamm aus der Feststoffabtrennstufe einem Schlammbehandlungsverfahren unterworfen wird, um einen phosphathaltigen Ausfluss zu erhalten.

Ein derartiger phosphathaltiger Ausfluss wäre relativ klein und konzentriert. Er könnte deswegen auf Bodenflächen verrieselt oder mittels einer geeigneten Vorrichtung so behandelt werden, dass ihm sein Phosphatgehalt entzogen und er dann wieder dem Verfahren zugeführt wird· Beispielsweise könnte er mit Kalk oder einem anderen geeigneten Phosphatausfällmittel behandelt werden, woraufhin die ausgefällten Phosphate entfernt werden und der so behandelte Ausfluss wieder dem Verfahren zugeführt wird.

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Die Behandlung dieses Konzentrats mit Kalk ist wirtschaftlicher als die Behandlung der organischen Abwässer mit Kalk, weil das Volumen kleiner und die Phosphatkonzentration grosser ist.

Die Kalkbehandlung führt zu dem weiteren Vorteil, dass der pH-Wert des behandelten Ausflussstroms angehoben wird. Wenn der behandelte Strom in das Verfahren zurückgeleitet wird, wirkt sich der erhöhte pH-Wert günstig auf die Nitrifikation und die Denitrifikation aus.

Sowohl der rückzuführende Schlamm als auch der abgeführte Schlamm oder beide können dem Schlammbehandlungsverfahren unterworfen werden.

Bei der Behandlung des rückzuführenden Schlamms kann dieser durch ein anaerobes Becken geleitet werden, bevor er zur ersten Stufe zurückgeführt wird·

Das anaerobe Becken kann von beliebiger bekannter Bauart sein. Es kann beispielsweise in Form eines Verdickungstanks vorgesehen werden, in dem eine Trennung von Feststoffen und Flüssigkeiten stattfindet und die Phosphate sich auflösen.

Wenn der abgeführte Schlamm dem Schlammbehandlungsverfahren unterworfen werden soll, können hierfür bekannte Verfahren, wie beispielsweise anaerobe oder aerobe Digerierung, Wärmebehandlung oder Wasserentzug, vor seiner Verbrennung herangezogen werden.

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Um die Anwendung der Erfindung auf die Phosphatentfernung weiter zu erläutern, wird nunmehr auf weitere, 'beispielsweise durchgeführte Versuche Bezug genommen. Diese weiteren Versuche entsprachen den in Fig. 6 dargestellten und ausgewerteten Versuchen} nunmehr wurde jedoch Aktivschlamm regelmässig abgeführt und die viert« Stufe kräftiger als bisher belüftet, so dass in ihr eine Konzentration gelösten Sauerstoffs von ca, 4 mg/l aufrechterhalten wurde, und schliesslich wurde verhindert, dass sich Schlamm in der Feststoffabtrennstufe ansammelte.

Diese Versuche führten zu Phosphatkonzentrationen im Ausfluss, wie sie im Diagramm der Pig. 7 dargestellt sind.

In Fig. 7 ist längs der Abszisse die Anzahl der Betriebslage, längs des oberen Teils der Ordinate der Bedarf an chemischem Sauerstoff im Ausfluss in mg/l und längs des unteren Teils der Ordinate die Phosphatkonzentration im Ausfluss in mg P/l eingetragen.

Während der ersten Phase des Versuchs traten an der Schlammrückführpumpe mechanische Schwierigkeiten auf, wodurch während dieser Zeit höhere Phosphatkonzentrationswerte im Ausfluss gemessen wurden· Die Phosphatkonzentration im Einfluss betrug ca. 12 mg/l, so dass der Wirkungsgrad der Phosphatentfernung über 90 # lag.

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Im Diagramm der l?ig. 7 wird der Durchschnittswert der Phosphatkonzentrationen in form von Phosphor im Ausfluss durch eine Strichlinie angegeben. Dieser Durchschnittswert betrug 0,7 mg/l. Auch der durchschnittliche chemische Sauerstoffbedarf im Ausfluss ist mittels einer Strichlinie angegeben und betrug 39»4 mg/l.

Aus den im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung durchgeführten Versuchen konnte festgestellt werden, dass zwischen dem Ausmass der Nitratentfernung in der ersten Stufe und der Verweilzeit in der ersten Stufe ein Zusammenhang besteht. Berechnet auf der Grundlage des bei trockenem Wetter durchschnittlich einfliessenden Durchsatzes sollte eine bestimmte Mindestverweilzeit in der ersten Stufe eingehalten werden.

Falls die Verweilzeit in der ersten Stufe kurzer als diese Mindestzeit ist, nimmt das Ausmass der Ritratentfernung mit zunehmendem Mischwasser-Rückführungsdurchsatz von der zweiten zur ersten Stufe ab. Es wird angenommen, dass dies damit zusammenhängt, dass der Gehalt an chemischem Sauerstoff mit zunehmendem Rückführungsdurchsatz des Mischwassers in der ersten Stufe unter ein Mindestmass verwässert wird. Diese Annahme wird dadurch bekräftigt, dass die erforderliche Mindestverweilzeit von der Temperatur beeinträchtigt wird, d.h., dass die erforderliche Mindestverweilzeit mit zunehmender Temperatur abnimmt,

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Palls die Verweilzeit in der ersten Stufe über
der Mindestzeit liegt, nimmt das Ausmass der Nitratentfernung in der ersten Stufe mit zunehmendem Mischwasser-Rückführungsdurchsatz von der zweiten zur ersten Stufe zu.

Die erste Stufe sollte daher so ausgelegt werden, dass die Verweilzeit über der erforderlichen Mindestverweilzeit liegt.

Zur Einhaltung dieser Bedingung gibt es die folgenden beiden Möglichkeiten,

Die erste Möglichkeit besteht darin, dass die Kapazität der ersten Stufe in einer Pilotanlage mit Hilfe von Trennstufen schrittweise vergrössert wird und die Nitratentfernung in der ersten Stufe gemessen wird. Die Kapazität der ersten Stufe kann auf diese Weise bis zu dem Zeitpunkt vergrössert werden, bei dem eine Erhöhung des Mischwasser-Rückführungsdurchsatzes von der zweiten zur ersten Stufe zu einer Erhöhung des Ausmasses der Nitratentfernung in. der ersten Stufe führt.

Die zweite Möglichkeit ist die Verwendung mehrerer getrennt voneinander angeordneter Becken, wobei pro Becken jeweils ein bestimmtes Volumen an rückgeführtem Aktivschlamm mit einem anderen bestimmten Volumen an einfliessenden organischen Abwässern entsprechend den bei dem Verfahren zu verwendenden Durchsatzverhältnissen von einfliessenden Abwässern zu rückgeführtem Aktivschlamm vermengt wird,

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Dies· Volumenverhältnisse können später durch die Beimengung zusätzlicher "Volumina an rückgeführtem Mischwasser in den verschiedenen Becken entsprechend weiterer Durchsatzverhältnisse verändert werden· Die .jeweiligen Nitratentfernungswerte in den verschiedenen Becken können dann festgestellt werden. Auf diese Weise kann das Auemass der Nitratentfernung in der ersten Stufe für jede Verweilzeit und für jeden Anteil des Mischwasser-Rückführungsdurchsatzes festgestellt werden·

An Hand der durchgeführten Versuche konnte festgestellt werden, dass die für die erste Stufe erforderliche Mindestverweilzeit wenigstens etwa 2 1/2 Stunden betragen sollte.

Diese Mindestverweilzeit ist im wesentlichen dann von Belang, wenn die Aussentemperatur unter 20 C liegt. Diese Tatsache wird dadurch bestätigt, dass bei den vorstehend beschriebenen Versuchen die Verweilzeit in der ersten Stufe bei jedem Versuch ca. 2 Stunden betrug.

Wenn in der vorliegenden Beschreibung die Verweilzeit nur auf Grund des einfließenden Durchsatzes (Frischdurchsata) berechnet wird, wird sie durch das Zeichen t gekennzeichnet, wodurch also lediglich die Kapazität gekennzeichnet ist. Bei der Berechnung der tatsächlichen Verweilzeit müssen die RückfUhrungsdurchsätze des Mischwassers und dee Aktivschlamms berücksichtigt werden, und diese Verw«ilzeit wird durch das Zeichen t gekennzeichnet.

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Um die Konstruktion einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens und den Zusammenhang der Variablen zum Erlangen optimaler Ergebnisse zu erläutern, wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Die Grundlage für die Konstruktion einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens bilden die folgenden Daten:

1. Die erwartete Reduzierung S des chemischen Sauerstoffbedarfs in mg/l oder die Differenz im chemischen Sauerstoffbedarf zwischen Einfluss und Ausfluss.

2. Die aus der Anlage entfernte Feststoffausbeute Y

in kg Feststoffe pro kg chemischer Sauerstoffbedarf. Diese Ausbeute kann auch in kg feststoffe pro kg entfernter "BOD₁-" (fünftägiger biologischer Sauerstoffbedarf in mg/l) oder pro kg entfernter "TOC" (gesamter organischer Kohlenstoff in mg/l) ausgedrückt werden.

3. Die Geschwindigkeit der endogenen Zersetzung der biologischen Feststoff· k. als Anteil an der Gesamtmenge der pro Tag biologisch abbaubaren Feststoffe. Diese Geschwindigkeit hängt von der Temperatur ab, und diese Abhängigkeit sollte entweder in mathematischer oder graphischer Form vorliegen.

4-. Die Denitrifikationegeechwindigkeit DN₁ im ersten Becken und die Denitrifikationegeschwindigkeit DN, im dritten Becken und deren Temperaturabhängigkeit müssen ebenfalls bekannt sein·

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5. Die zu erwartende Mindesttemperatur der Flüssigkeit im Becken muss in ⁰C bekannt sein, weil diese die Nitrifikations- und die Denitrifikationsgeschwindigkeiten beeinflusst·

6. Der höchste aufrechtzuerhaltende Anteil X in mg/l an suspendierten Peststoffen im Mischwasser und der zur Aufrechterhaltung dieses Anteils notwendige Rüekführungsdurchsatz R müssen, bestimmt werden.

7. Die in die Anlage eintretende Gesamtstickstoffmenge nach Kjeldahl (TKN) in mg/l muss festgestellt werden.

8. Die Mindestverweilzeit für Feststoffe (SRT) im zweiten Becken zwecks Jiitrifikation bei der niedrigsten Temperatur muss festgestellt werden. .

9. Die Mindestverweilzeit in der ersten Stufe, die bei erhöhtem Mischwaseer-Rtickführungsdurchsätz zu einer " höheren Nitratreduzierung führt, muss gemessen werden.

Es wird angenommen, dass die Temperaturabhängigkeit der Denitrifikationsgeschwindigkeit und der Geschwindigkeit der endogenen Zersetzung der biologisch abbaubaren Feststoffe durch die modifizierte Arrheniusgleichung wie folgt ausgedrückt werden kann:
(T) = DN₁ (20) O₁ (^T

₅ (T) = DN₃ (20) O₁ (^T k_b (T) = k_b (20) O₂ <^T wobei T und 20 Werte für die Temperatur in ⁰C sind.

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Es wird angenommen, dass die folgenden Werte für die in den obigen Gleichungen aufgeführten Variablen gelten:

S_r(COD) = 400 mg/1 TKN , = 40 mg/l Y =0,48 kg entfernte Peststoffe/kg

chemischer Sauerstoffbedarf =0,1 pro Tag bei 20⁰C = 5 mg NO^-N/g Peststoffe/Stunde ₂ = 1,25 mg NO^-N/g Feststoffe/Stunde

O₁ = 1,09 Q₂ = 1,08 T = 14⁰C SRT ' = 12 Tage X ,' = 5.000 mg/1

R =1 Mal den durchschnittlichen Durchsatz

bei trockenem Wetter

Die obigen angenommenen Werte basieren auf den angestrebten Ergebnissen, auf aus der Literatur besorgten Informationen, auf auf der Grundlage der von der Anmelderin erzielten Versuchsergebnisse erfolgten Berechnungen und auf den bisherigen Erfahrungen der Anmelderin.

Die Anlage besteht aus vier reihenförmig hintereinander angeordneten Becken, von denen das erste Becken unter Sauerstoffausschluss betrieben wird, d.h.,es wird keine luft zugeführt, so dass die Nitrate reduziert werden.

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Diese Nitrate stammen aus dem zweiten Becken, aus dem ein Abwässerstrom zurückgeführt wurde. Der Rest an Nitraten, d.h. der nicht im ersten Becken reduzierte Anteil, muss im dritten, unter SäuerstoffausSchluss betriebenen Becken reduziert werden. Das vierte Becken dient der Wiederbelüftung bei einer auf der Grundlage des durchschnittlichen Durchsatzes bei trockenem Wetter basierenden Verweilzeit von ca« 1 Stunde.

Ss sollte deswegen mit der Auslegung des dritten, unter Säuerstoffausschluss betriebenen Beckens begonnen werden, wonach der noch verbleibende Anteil von Nitraten errechnet werden kann, um daraus die Grosse des ersten Beckens und den Mischwasser-Rückführungsdurchsatz vom zweiten zum ersten Becken zu errechnen.

Wenn angenommen wird, dass die Verweilzeit t (3) im dritten Becken, berechnet auf der Grundlage des durchschnittlichen Durchsatzes bei trockenem Wetter (adwf), 2 Stunden beträgt, beträgt die tatsächliche Verweilzeit demnach:

t = t_q (3)/(1 + R)
* 2/2 m 1 Stunde

Die Denitrifikationsgeschwindigkeit im dritten

Becken beträgt:

(14-20) (H⁰G) = 1,25 χ (1,09)

0,74 mg NQ₅-Vg Feststoffe/Stunde

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Für X = 5.000 mg/l beträgt die aus diesem Becken entfernte Nitratmenge 0,74 χ 5 x 1 = 3»70 mg/l·

Ungefähr 1 mg/l gelösten Sauerstoffs wird jedoch ebenfalls in das dritte Becken geleitet. Der entsprechende Nitratstiekstoffanteil beträgt ¹/2,9 = 0,345 mg/l. Daher ist die liitratstickstoffkonzentration im dritten Becken

Cn = 3,70 - 0,35
= 3,35 mg/l

Die Nitratkonzentration im zweiten Becken sollte daher den Wert von 3,7 mg/l nicht übersteigen. Das Ammoniak im Einfluss wird vom ersten Becken nicht nachteilig beeinflusst, aber es wird im zweiten Becken fast vollständig nitrifiziert. Ein gewisser Teil der gesamten in die Anlage fliessenden Stickstoffmenge verbleibt in dem aus der Vorrichtung fliessenden Schlamm. Bin kleiner Teil Ammoniak wird nicht nitrifiziert, und einige nichtabbaubare, sich in der lösung befindende organische Stoffe enthalten Stickstoff.

Ungefähr 10 $ der in die Anlage einfliessenden Gesamtmenge des Stickstoffs werden nicht als Nitrate im Verfahren in Erscheinung treten. Die Gesamtmenge des zu nitrif!zierenden Stickstoffs beträgt demnach:

Cn₀ = 0,9 x TKH
= 0,9 χ 40
= 36 mg/l auf der Grundlage des "adwf".

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• Vorausgesetzt, dass ein Einheitsdurchsatz und ein Gleichgewichtszustand bezüglich des Einflusses und Ausflusses an Nitraten beim zweiten Becken vorhanden ist, ergibt sich für den Mischwasser-Rückführungsdurchsatz B im ersten Becken die folgende Gleichung: Γ 1 + R + R_x J . Cn = Cn_Q

R = ^Gno - 1 - R

35 - 2

- 10,7 - 2

* 8,7
₁ (H⁰C) = 5 x (1,09)¹⁴"²⁰

= 2,96 mg N0,-N/g Feststoffe/Stunde Bei einem Mischwasser-Rtickführungsdurchsatz, der dem 8,7-fachen des Frischdurchsatzes entspricht, und bei einem Schlamm-Rückführungsdurchsatz, der dem Frischdurchsatz entspricht, beträgt die Nitratkonzentration am Eingang des ersten Beckens Cn = 3»35 mg/l. Es wird angenommen, dass 1 mg/l gelöster Sauerstoff zum ersten Becken zurückgeführt wird, was 0,35 mg/l ΝΟ,-Ν entspricht. Zur Berechnung der Verweilzeit im ersten Becken muss der ■ einer Nitratkonzentration von Cn = 3»70 mg/l„entsprechende Rückführungsdurchsatz errechnet werden. Die tatsächliche Verweilzeit beträgt

χ 1 _{= Oj25} stunden« 5

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Basierend auf dem IPrischdurchsatz beträgt die Verweilzeit 0,25 x 10,7 =2,675 Stunden.

Diese Verweilzeit ist grosser als die bereits erwähnte erforderliche Mindestverweilzeit·

Die Verweilzeit im ersten Becken ist länger als die im dritten Becken. Es wird eine Lösung angestrebt, bei der die Beckenabmessungen so klein wie möglich sind. Es wird eine nochmalige Berechnung durchgeführt, bei der für das dritte Becken eine Verweilzeit von 2,4- Stunden auf Grund des Frischdurchsatzes angenommen wird.

C_n = 0,74 χ 5 x 1,2
- 4,44 mg/l

₁ Ji_xZ

4,44

⁼ 8,2 ~ 2
= 6,2 mg/l.
Die tatsächliche Verweilzeit beträgt

iiii χ 1 = 0,30 Stunden. 2,96 5

Die Verweilzeit auf Grund des Frischdurchsatzes beträgt 2,46 Stunden. Daher muss das Becken Abmessungen aufweisen, die eine Verweilzeit von 2,5 Stunden ermöglichen, so dass ein Rückführungsdurchsatzverhältnis von ca. 6 : 1 erforderlich ist. Dieses Verhältnis könnte natürlich im Sommer vermindert werden, weil im dritten Becken mehr Nitrate reduziert wurden. Sollte es ferner im Winter nicht

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erforderlich, sein, dass die Nitrate vollständig entfernt werden und ein Wert von beispielsweise 2 mg/l im Ausfluss noch akzeptabel ist, ergibt eich.für das letzte Beispiel Cn = 4,44 + 2 = ' 6,42 ,

=5,6-2 = 3,6.

Daher würde ein Rückführungsdurchaatz, der dem 4-fachen des Frischdurchsatzes entspricht, ausreichen. Die auf der Durchsatzmenge basierende Verweilzeit im ersten Becken beträgt demnach:

VD- . _χ £_β 2,42 Stunden. Daher betragen die Verweilzeiten im ersten und im dritten Becken unabhängig vom Anteil des Rückführungsdurchsatzes oder vom zulässigen liitratpegel im Ausfluss jeweils ca. 2 ¹/2 Stunden.

Das zweite Becken muss nach den Hiitrifikationsanforderungen ausgelegt werden, wobei die Verweilzeit der feststoffe in diesem Becken langer als die für die Hitrifikation erforderliche Mindestverweilzeit sein sollte. Die Beckengrösse muss empirisch ermittelt werden.

Die G-rösse wird beispielsweise so ausgelegt, dass die Yerweilzeit t (2) für den Frischdurchsatz 6 Stunden beträgt. Die G-esamtverweilzeit für die gesamte Anlage ist die Summe der Verweilzeiten in den vier Becken:

4Q9808/Ö8Q4

2,5 + 6,0 + 2,5 + 1,0 =12 Stunden

Die vorstehend erwähnte Verweilzeit von 6 Stunden für das zweite Becken wurde empirisch ermittelt und nach den Erfahrungen der Anmelderin ausgewählt. Das gleiche gilt für die Verweilzeit von 1 Stunde für das vierte Becken.

Der tägliche Schlammanfall kann aus der Gleichung von Barnard et al. ermittelt werden (Barnard, J.L, et al· "Design Optimization for activated sludge and extended aeration plants", Vortrag auf der 6. Internationalen Konferenz der IAWPE in Jerusalem) ·

ΔΛ. s, Y,S_r - k_b«X»X · t^

wobeiΔΧ = täglicher Schlammanfall je Abwasservolumen

in mg/l und
X = biologisch abbaubarer Anteil an den biologischen

Feststoffen in den Becken ist«.

Der Wert X ergibt sich aus der folgenden Gleichung: = Y.S + k_b.X.t -\/U.S_r + k_b,X.t } - 3,08 Y.S_r.k_b.X,t

Der Paktor k_fe ist jedoch wie folgt temperaturabhängig: k_b(H°C) = 0,1 χ {1,O8)^(U~^2O)

■ 0,063
Daraus folgt:

Y.S„ + k, «X.t = 0,48 χ 400 je 0,063 x 5.000 χ 12 ^{r D} * 24

= 192 + 158

= 350

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X = 350 -VI22 «500 - 3.08 χ 192 χ 158

2 χ 158

= 0,56
ΔΧ » 192 - 158 χ 0,56

= 103 mg/l

Die Verweilzeit für die Feststoffe im zweiten Becken beträgt daher

SRT = 5.000 χ 6 = 12,1 Tage 103 χ 24

und reicht für die Nitrifikation aus.

Die Gresamtverweilzeit beträgt demnach 12 Stunden, davon 2,5 Stunden im ersten Becken, 6 Stunden im zweiten Becken, 2,5 Stunden im dritten Becken und 1 Stunde im vierten und letzten Becken. Da dies für eine Berechnung angenommen wurde, müsste der im Mischwasser suspendierte Feststoffanteil 5.000 mg/l und das Verhältnis von Mischwasser-Rückführungsdurchsatz zu Frischdurchsatz zwischen 4 : 1 und 8 : 1 betragen, was von den Anforderungen an die Zusammensetzung des Ausflusses, d.h. des geklärten Abwassers abhängig ist.

METHANOLZUSATZ ZUM DRITTEN BECKEN

Um die Denitrifikation bei niedrigen Temperaturen zu unterstützen, kann dem im dritten Becken befindlichen Mischwasser Methanol zugesetzt werden. Die Menge des Methanols hängt von dem verlangten Denitrifikationsgrad ab.

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Da die meisten nitrate im ersten Becken entfernt wurden, beträgt die Methanolmenge weniger als ein Fünftel der für eine totale Denitrifikation benötigten Menge· Ein Methanolzusatz wäre auch nur während der kälteren Monate des Jahres erforderlich. Nach McCarty, P.L. et al· "Biological denitrification of wastewaters by addition of organic materials¹¹ (Biologische Denitrifikation von Abwässern durch Zusatz von organischen Stoffen), veröffentlicht anlässlich der 24. Konferenz über Industrieabfälle an der Purdue Universität, beträgt der Methanolzusatz etwa das 3-fache der Menge des entfernten Sitratsticketoffb. Die Entfernung von zusätzlich 4 mg/l Nitratstickstoff im dritten Becken verlangt demnach einen Zusatz von 12 mg Methanol/l. Der chemische Sauerstoffbedarf des Methanols muss zur Geaamt-Sauerstoffbedarfsentfernung in der Anlage addiert werden, wenn die Mindestverweilzeit für Feststoffe zum Zwecke der Nitrifikation errechnet wird.

Der chemische Sauerstoffbedarf (COD) von Methanol kann aus der folgenden Gleichung errechnet werden:

2 OH₃OH + 3O₂ = 2 CO₂ + 4H₂O

1 mg Methanol/l besitzt einen chemischen Sauerstoffbedarf von 1,4 mg/l· Daher bringt der Zusatz von 12 mg Methanol/l einen zusätzlichen chemischen Sauerstoffbedarf von ca· 17 mg/l mit sich.

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Die tatsächlich erforderliche Methanolzugabe hängt von der Temperatur und der Konstruktion der Anlage ab. Bs muss die wirtschaftlichste Lösung angestrebt werden. Die Kosten für die Bereitstellung eines zusätzlichen Beckenvolumens für die Denitrifikation und die Pumpkosten müssen den Kosten für das Methanol gegenübergestellt werden.

Wenn bei dem obigen Beispiel die Verweilzeiten beim ersten und beim dritten Becken jeweils 2 Stunden betragen, und wenn das Volumenverhältnis von Rückführungsdurchsatz zu Frischdurchsatz 3 ι 1 beträgt, kann die ausfliessende jJitratstickstoffkonzentration folgendermassen errechnet werden..

Die Nitratkonzentration im dritten Becken ist wegen des rückgeführten Mi3chwassers und des rückgeführten Schlamms fünffach verdünnt. Die ITitratkonzentration beträgt dann ⁵⁶/5 =7,2 mg/1, falls eine vollständige Denitrifikation im ersten Becken stattfindet. Die Denitrifikationsgeschwindigkeit im ersten Becken beträgt 2,96 χ 5 « 15 mg/l/Stunde· Die Verweilzeit beträgt

t (1) = ²/5 = 0,4 Stunden. Die maximale Denitrifikation beträgt» 15 χ 0,4 =s 6 mg/l.

Hit Rückführungsdurchsatz : Durchschnittsdurchsatz =3:1 würde dies zu einem Entfernen von 6x3= 18 mg/l führen, Auf diese Weise würden nur 18 mg Nitrat/l entfernt werden.,

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so dass weitere 18 mg/l mittels Methanol oder durch Erhöhung des Rückführungsanteils am Durchsatz zu entfernen wären. Da die hinzuzufügende Methanolmenge ca. dreimal so gross wie die zu entfernende Ifitrat stickst off menge wäre, müssten ca. 54 mg Methanol/l ins dritte Becken gegeben werden, um den restlichen Hitratstickstoff zu entfernen. Diese Kosten müssten deshalb mit den durch die Vergrösserung der Becken für die Denitrifikation und/oder durch die Erhöhung des Durchsatzanteils des rückgeführten Mischwaasers verursachten zusätzlichen Kosten verglichen werden, um die kostengünstigste Lösung zu ermitteln·

In dem soeben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die jeweiligen Stufen als "Becken" bezeichnet worden·

Aus den Erläuterungen zu diesem Ausführungsbeispiel geht hervor, dass das Verfahren dem Jeweiligen Verwendungszweck angeglichen werden kann·

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Verfahren zum Entfernen von Stickstoff aus stickstoffhaltige Verbindungen enthaltenden organischen Abwässern, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Abwässer durch eine erste Stufe (14),in Form einer biologischen Denitrifikationsstufe, eine zweite Stufe (16) in Form einer biologischen üitrifikationsstufe, eine dritte Stufe (18) in.Form einer biologischen Denitrifikationsstufe und durch eine Feststoffabtrennstufe (22) zur Erzeugung eines geklärten Abwassers und eines Aktivschlamms geleitet werden, wobei Mischwasser von der zweiten Stufe (16) zur ersten Stufe (14) und zumindest Teile des Aktivschlamms zur ersten Stufe (14) zurückgeführt werden.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Denitrifikationsstufen (14,18) unter Säuerstoffausschluß betrieben werden.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftung der zweiten Stufe (16) derart gesteuert wird, daß die Konzentration des gelösten Sauerstoffs in dieser Stufe zwischen ca. 0,5 und ca. 4 mg/1 gehalten wird.

   4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des gelösten Sauerstoffs zwischen ca. 0,5 und ca. 2 mg/1 gehalten wird.

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   5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der dritten Stufe (18) eine geeignete Kohlenstoffquelle vorgesehen wird, um die Atmungsgeschwindigkeit fakultativ anaerober Bakterien im Aktivschlamm der dritten Stufe (18) zu verbessern.

   6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffquelle im Verhältnis zur Abnahme der Atmungsgeschwindigkeit der fakultativ anaeroben Bakterien vor-,gesehen wird.

   7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Mischwasser-Rückführungsdurchsatzes von der zweiten Stufe (16) zur ersten Stufe (14) so gesteuert wird, daß der größere Teil der Nitrate in der ersten Stufe (14) und der kleinere Teil der Nitrate

   in der dritten Stufe (18) reduziert wird,

   8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Mischwasser-Rückführungsdurchsatzes im Verhältnis zur Atmungsaktivität der Bakterien in der dritten Stufe (18) derart gesteuert wird, daß Nitrate, die von der zweiten Stufe (16) zur dritten Stufe (18)gelangen, in der dritten Stufe wesentlich reduziert werden.

   9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8_f dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Mischwasser-Rückführungsdurchsatzes derart gesteuert wird, daß der Nitratpegel am Eingang zur dritten Stufe (18) unter dem Nitratanteil gehalten wird, der in der dritten Stufe (18) reduziert werden kann.

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   10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis ,9, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumenverhältnis von Mischwasser-Rückführungsdurchsatz zu Zulaufdurchsatz an organischen Abwässern mindestens 2:1 beträgt.

   11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivschlamm-Rückführungsdurchsatz derart gesteuert wird, daß zur Denitrifikation und Nitrifikation in den drei Stufen (14,16,18) eine genügend hohe Anzahl von Bakterien vorhanden ist.

   12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivschlamm-Rückführungsdurchsatz derart gesteuert wird, daß der Anteil suspendierter Feststoffe im Mischwasser in den Nitrifikations- und Denitrifikationsstufen (16,14,18) des Verfahrens mindestens 2.000 mg/1 beträgt.

   13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der dritten Stufe (18) und der Feststoffabtren,nstufe (22) eine vierte Stufe (20) in Form einer Belüftungsstufe vorgesehen wird, um Gasbläschen, die eine Feststoffabtrennung in der Feststoffabtrennstufe (22) erschweren würden, entweichen zu lassen und den Schlamm zur Erleichterung der Feststoffabtrennung zu stabilisieren.

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   14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem gegebenen Phosphatgehalt der organischen Ab-

   • wasser die vierte Stufe (20) belüftet wird, um eine Konzentration gelösten Sauerstoffs von mindestens 3 mg/1 in der vierten Stufe (20) aufrechtzuerhalten und eine Phosphatausfällung zu erzielen, und daß aus der Feststoffabtrennstufe (22) regelmäßig Aktivschlamm abgeführt wird, um Phosphate aus den organischen Abwässern zu entfernen.

   15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Stufe (20) belüftet wird, um in ihr eine Konzentration gelösten Sauerstoffs von mindestens 4 mg/1 aufrechtzuerhalten .

   16. Verfahren nach Anspruch' 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivschlamm-Rückführungsdurchsatz von der Feststoffabtrennstufe (22) her gesteuert wird, um die Verweilzeit des Aktivschlamms und damit die Entwicklung von Kohlendioxyd in der Feststoffabtrennstufe (22) zu begrenzen.

   17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm aus der Feststoffabtrennstufe (22) einem Schlammbehandlungsverfahren unterworfen wird, um einen phosphathaltigen Ausflußstrom zu erhalten.

   18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausflußstrom mit geeigneten Chemikalien behandelt wird, um Phosphate aus ihm zu entfernen,

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   •19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die organischen Abwässer „Phosphate enthalten, diese organischen Abwässer mit geeigneten Chemikalien behandelt werden, um Phosphate aus den Abwässern zu entfernen.

   20. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie

   eine erste Stufe (14,14.3,14.4,14.5) in Form einer biologischen Denitrifikationsstufe zur Aufnahme von organischen, stickstoffhaltige Verbindungen enthaltenden Abwässern; eine zweite Stufe (16,16.3,16.4,16.5) in Form einer biologischen

   Nitrifikationsstufe;
   eine dritte Stufe (18,18.3,18.4,18.5) in Form einer biologischen Denitrifikationsstufe;

   eine Feststoffabtrennstufe (22,22,3,22,4,22,5) zur Erzeugungeines .geklärten Abwassers und eines Aktivschlamms; Zuführungsmittel (14.1,16.1,18,1,54,56,58,54.4,56,4,58.4,54.5, 56.5,58,5) zwecks Zufuhr von Mischwasser aus der ersten Stufe (14,14,3,14,4,14.5) zur zweiten Stufe (16,16,3,16,4,16.5), von der zweiten Stufe zur dritten Stufe (18,18.3,18,4,18.5) und von der dritten Stufe zur Feststoffabtrennstufe (22,22.3, 22.4,22.5);

   Mischwasserrückführleitungen (32,32.3,32.4,32.5) zur Rückführung von Misxihwasser aus der zweiten Stufe (16,16.3,16.4,16.5) zur ersten Stufe (14,14.3,14.4,14.5) und

   Schlammrückführmittel (30,30.3,30.4,30.5) zur Rückführung von Aktivschlamm aus der Feststoffabtrennstufe (22,22,3,22.4,22.5) zur ersten Stufe (14,14.3,14,4,14.5) aufweist.

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   7339557'

   21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß einstellbare Belüftungsmittel (38,38,3,38.4,38.5) zur Belüftung der zweiten Stufe (16,16.3,16.4,16.5) vorgesehen sind.

   22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Stufe (14,14.3,14.4,14.5) und in der dritten Stufe (18,18,3,18.4,18.5) Rührmittel (36,36,3, 36.4,36.5) vorgesehen sind, um das Mischwasser in diesen Stufen zu durchmischen.

   23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der dritten Stufe (18,18.3,18.4,18.5) und der Feststoffabtrennstufe (22,22.3,22.4,22.5) eine vierte Stufe (20,20,3,20.4,20.5) in Form einer Belüftungsstufe vorgesehen ist, in der Gasbläschen, die eine Feststoffabtrennung in der Feststoffabtrennstufe (22,22,3,22,4,22.5) behindern könnten, entweichen können, und in der der Schlamm stabilisiert wird, um die Abtrennung der Feststoffe zu erleichtern,

   24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Stufe (20,20.3,20.4,20.5) Belüftungsmittel (38,38,3,38.4,38,5) aufweist, um zum Zwecke der Phosphatausfällung aus dem Mischwasser in der vierten Stufe (20,20.3,20.4,20.-5) in dieser Stufe eine Konzentration gelösten Sauerstoffs von mindestens 3 mg/1 aufrechtzuerhalten.

   4Q9808/089A

   25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsmittel
   (14,1,16.1,18.1,54,56,58,54.4,56,4,58,4,5.4.5,56.5,58.5) _r die Mischwasser-Rückführleitungen (32,32.3,32.4,32.5)
   und die Schlammrückführmittel (30,30.3,30,4,30.5) derart angeordnet sind, daß Kurzschlüsse in den einzelnen Stufen der Vorrichtung vermieden werden.

   409808/0894