DE2349029A1

DE2349029A1 - Verfahren und einrichtung zum behandeln von abwaessern

Info

Publication number: DE2349029A1
Application number: DE19732349029
Authority: DE
Inventors: Wilbur N Torpey
Original assignee: Autotrol Corp
Current assignee: Autotrol Corp
Priority date: 1972-09-29
Filing date: 1973-09-27
Publication date: 1974-04-04
Also published as: FR2201259B1; CH594569A5; ZA737425B; CA998481A; GB1418584A; US3817857A; FR2201259A1; NO141605B; JPS4994158A; NO141605C

Description

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Autotrol Corporation, Milwaukee / Wisconsin (V.St.v.A·)

Verfahren und Einrichtung zum Behandeln von Abwässern

- Die Erfindung "betrifft die biologische Behandlung von Abwässern zum Entfernen von Schmutz stoffen und Verunreinigungen und insbesondere ein Verfahren und eine Einrichtung zum Behandeln von Abwässern, wobei die in den Abwässern enthaltenen Kulturen mikrobiologischer formen verwendet werden. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahren kann die Menge kohlenstoffhaltiger und stickstoffhaltiger Schmutzstoffe wesentlich herabgesetzt werden, die aus Fabriken und dergleichen in die natürlichen Gewässer, wie Seen, Flüsse und Ströme, entleert werden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Abwässern und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser in einer vorherbestimmten Menge in einen einstufigen Behandlungstank geleitet wird, in dem mehrere, teilweise eingetauchte biologische Eontaktelementβ drehbar gelagert sind, die einen vorherbestimmten Oberflächenbezirk aufweisen, der für das Wachstum anhaftender Mikroorganismen geeignet ist, dass die Kontaktelemente mit einer vorherbestimmten Umfangsgeschwindigkeit gedreht werden, wobei die Fläche des Kontaktelementes abwechselnd Sauerstoff und dem

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Abwasser ausgesetzt wird, und dass das behandelte Abwasser aus dem Behandlungstank abgelassen wird, wobei die genannte vorherbestimmte Menge ungefähr 1,6 bis 10 cm^/ci pro Tag am vorherbestimmten Oberflächenbezirk beträgt.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Jinrichtung zum Behandeln von Abwässern, die gekennzeichnet ist durch biologische Behandlungsmittel zum Entfernen kohlenstoff- und stickstoffhaltiger Materie aus dem Abwasser, welche biologischen Behandlungsmittel eine Behandlungseinheit mit einem Tank und mit einer Anzahl biologischer Kontaktmittel einschließen, die im Tank drehbar gelagert sind, und durch Mittel zu Zuführen des Abwassers und zum Abführen des behandelten Abwassers.

Bei bekannten AbwasSerbehandlungseinrichtungen erfolgt in erster Linie eine Entfernung kohlenstoffhaltiger Schmutzstoffe aus dem Abwasser und in zweiter Linie eine Entfernung anderer Materialien, wie lösliche Stickstoffverbindungen, beispielsweise Ammoniak und Hiträte. Seit einiger Zeit wurde die Anwesenheit von Nitraten in Empfangsgewässern stärker beachtet, besonders bei Trinkwasserversorgungsanlagen. Wie sich gezeigt hat, kann eine übermäßig starke Konzentration von Nitraten, im Trinkwasser die Physiologie von Sandern nachteilig dadurch beeinflussen, dass die sauerstofführende Kapazität des Blutstromes vermindert wird.

Verschiedene Regierungsstellen haben auf die Gefahr der Ansammlung übermäßig großer Mengen stickstoffhaltiger Verbindungen in Naturgewässern mit Verordnungen reagiert, die die zulässige Konzentration solcher Verbindungen in Abwässern bestimmen. Der Staat Maryland hat einen Grenzwert von 1 mg/Liter Stickstoff in Form von Ammoniak im Abwasser festgesetzt, das in den Petuxetfluss abgelassen wird, und die Potomac Enforcement Gonferenz hat kürzlich das Entfernen von 85% des gesamten Stickstoffes aus allen Abwässern gefordert, die in die Empfangsgewässer aus de» Bezirk d«r Stadt Washington abgeführt werden, während der Staat Illinois bestimmt hat, dass die Ammoniak-Stickstoff-Konzentration in den Abwässern auf nicht mehr als 2,5 mg/Liter beschränkt wird.

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Die stickstoffhaltige Materie im normalen Abwasser besteht im allgemeinen aus Ammoniak, einem kleinen Bruchteil von Zwischenaminoverbindungen und aus einem großen Bruchteil von Proteinen. Die proteinhaltigen Substanzen im Abwasser liegen in der Hauptsache in Partikeln vor und können physikalisch durch Sedimentation entfernt werden.

Bei den Verfahren zum Entfernen von Ammoniak-Stickstiff aus Abwässern werden im allgemeinen zwei Wege beschritten· (1) ein physio-chemisches Verfahren und (2) ein biologisches Verfahren· Physio-chemische Verfahren weisen in der Häuptsache den Nachteil auf, dass sie kostspielig sind und unerwünschte Nebeneffekte erzeugen, wobei eine konzentrierte und zu beseitigende Salzlake erzeugt und in einigen Fällen die Luft mit Ammoniakdämpfen verunreinigt wird, während andererseits die biologischen Verfahren den natürlichen Umlauf des Stickstoffs fördern, d.h., die Oxidation des Ammoniaks und die Denitrifizierung der resultierenden Nitrate zu Stickstoffgas·

Bei einem bevorzugten biologischen Verfahren zum Behandeln von Abwässern zwecks Oxidierung kohlenstoffhaltiger Materie werden rotierende biologische Kontaktelemente in Form von mehreren und einen kleinen Abstand von einander aufweisenden und teilweise eingetauchten Körpern benutzt, an denen ein biologischer Schleim wächst. Die rotierenden biologischen Kontaktelemente können die Form dünner Scheiben, Trommeln, Zylindern, Bürsten usw· aufweisen. Ein bevorzugtes Kontaktelement weist einen diskontinuierlichen honigwabenartigen Aufbau auf, wie in der noch schwebenden Patentanmeldung , offenbart ist.

Die teilweise eingetauchten Körper werden in Umdrehung versetzt, wobei die Organismen an den Kontaktflächen abwechselnd der Umgebungsluft zwecks Absorption von Sauerstoff und dem Abwasser als Nährmittel ausgesetzt werden.

Solche biologischen Kontaktelemente erfordern bei einer Anordnung in 4 - 6 Stufen ungefähr ein Drittel weniger Oberfläche als eine vergleichbare Einheit mit nur einer einzigen Behandlungsstufe, wenn nur die kohlenstoffhaltige Materie entfernt wej?den

A098U/1023 soll.

Die Erfahrung hat gezeigt, dass mit einer Fläche von ungefähr 37.200 m ,auf 4 "bis 6 Behandlungsstufen aufgeteilt, 90% kohlen-: stoffhaltiger Materie entfernt werden kann, gemessen in Werten von B.O.D.c (vgl.Tabelle 1), und zwar aus 3·78Ο.ΟΟΟ Liter abgesetzten häuslichen Abwasser pro Tage

Im allgemeinen werden bei AbsasSerbehandlungsanlagen mehrstufige Anordnungen von zum Teil eingetauchten und rotierenden Kontaktelementen zum Behandeln von Abwässern vorgesehen, wie in der US-Patentschrift Hr. 3 575 849 (El Naggar), Hr.3 335 081 (Bl Haggar), 3 466 241 (Simpson)und Hr. 3 389 798 (Hartmann, u.a.) beschrieben.

Nachdem die Konzentration der kohlenstoffhaltigen Materia im Abwasser um ungefähr 90% herabgesetzt worden ist unter Verwendung der genannten mehrstufigen Einrichtung mit rotierenden biologischen Eontaktelementen, so wird zusätzlich eine gesonderte und mehrstufige Behandlungseinrichtung benutzt, um den im Abwasser vorhandenenAmmoniak-Stickstoff zu oxidieren. Besondere Nitrifizierungsorganismen entwickeln an den rotierenden Flächen der zusätzlichen Einrichtung einen Schleim, der das Ammoniak zu Hitraten oxidiert. Die nachfolgende Behandlungs einrichtung für die biologische Oxidierung des Ammoniaks verliert einen großen Teil des Kontaktbezirkes für die nitrifizierenden Schleime als Folge der nachteiligen Aktivität und erfordert eine Fläche von ungefähr 93*000 m zum Oxidieren im wesentlichen des gesamten Ammoniaks im Abwasser.

Nach der Erfindung wird die Menge des Abwassers, die im wesentlichen gleichmäßig über die Fläche des Kontakteiernentes pro Zeiteinheit verteilt wird, auf einen Bereich vermindert, in dem die Konzentration der kohlenstoffhaltigen Materie an der Schleim-Abwasser-Zwischenfläche so niedrig ist, dass die rasch wachsenden Organismen, die die kohlenstoffhaltigen Hährßtoffe als Energiequelle nutzen, verhältnismäßig ausgehungert werden. Wird dieser Zustand erzeugt, so entwickeln sich die langsam wachsenden Organismen, die Ammoniak als Nährstoffe benutzen, und kämpfen erfolgreich mit den rasch wachsenden Organismen, die die kohlenstoffhaltige Materie ausnutzen. Die raschere

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Reaktion bei der Oxidation der kohlenstoffhaltigen Materie wird daner reduziert in Sichtung zur langsameren Reaktion bei der Oxidation der stickstoffhaltigen Materie, so dass beide Reaktionen zugleich fortschreiten. Dur verwenden einer einzigen Behandlungsstufe und durch Kontrollieren der Menge der Zuführung des Abwassere zu den Schleimen kann dieselbe Fläche zum Ernähren der beiden Organismenformen benutzt werden, die die kohlenstoffhaltige und die stickstoffhaltige Materie ausnutzen. Diese Behandlungseinheit ist wirksamer als eine herkömmliche Einheit insofern, als keine Kontaktfläche verlorengeht, da eine Versorgung mit Nährstoffen in Form von Organismen erfolgt, die die kohlenstoffhaltige Materie ausnutzen·

Die Oxidation des Ammoniak-Stickstoffes wird von besonderen Organismen durchgeführt, die die anhaftenden Schleime bilden, deren Wirksamkeit durch deren Metabolismus begrenzt wird. D.h., Ba die Diffusion des Ammoniaks in die Schleime rascher erfolgt als deren Stoffwechsel abläuft, so sind die Reaktionsgeschwindigkeiten im wesentlichen unabhängig von der Ammoniakkonzentration an der Schleim-Abwasser-Zwischenfläche. Dementsprechend hängt die Menge des bei einer gegebenen Temperatur oxidierten Ammoniaks von der Menge der aktiven Organismen ab, die eine gegebene Fläche innerhalb einer Realzeit besetzen,, und nicht in der in der Behandlungseinheit verbrachten Zeit. Wird die Strömung des Abwassers entsprechend dem Tagesablauf verstärkt, so tritt im Abfluss eine erhöhte Konzentration des Ammoniak-Stickstoffes auf. Um kontinuierlich eine große Menge Ammoniak entfernen zu können, muss eine Oberfläche vorgesehen werden, die zum Behandeln einer großen Strömung und nicht nur einer durchschnittlichen Strömung ausreicht. Andererseits kann ein Tank vorgesehen werden, in dem die Sedimentation genügend groB ist, um Strömungsstöße absorbieren oder dämpfen zu können.

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In den beiliegenden Zeichnungen ist die

Fig.1 eine Darstellung von zwei Kurven, die die Wirkung der Kontaktelementfläche in bezug auf die Beschickung und die Abführung der Schmutzstoffe zeigen,

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Fig.2 eine Darstellung einer Kur ve ns char, die die Beziehung der Flächenbelastung des Kontaktelementes zu mg/1 Ammoniak zeigt, das bei verschiedenen Temperaturen aus dem Abwasser abgeführt werden kann,

Fig.3 ein schematisches Strömungsdiagramm eines Verfahrens nach der Erfindung,

Fig«4 eine Draufsicht auf eine einstufige biologische Behandlungseinheit, bei der rotierende biologische Eontaktelemente verwendet werden,

Fig.5 ein schematisches Strömungsdiagramm eines anderen Verfahrens nach der Erfindung,

Fig.6 eine Draufsicht auf eine einstufige Denitrifizierungseinheit nach der Erfindung, und die

Fig»7 ein senkrechter Schnitt durch die in der Fig. dargestellte Einheit nach der Linie 7-7 in der Fig.6,

Die Fig«1 zeigt die Beziehung der Belastung der Kontaktelement-JTläche in. bezug auf die Entfernung der kohlenstoffhaltigen und der stickstoffhaltigen Schmutzstoffe in den vier Zonen biologischer Aktivität.

Die Zone i umfasst einen Übergangsbelastungsbereich, in dem eine unterschiedliche Aushungerung der die kohlenstoffhaltige und die stickstoffhaltige Materie ausnutzenden Organismen erfolgt.

Die Zone 2 grenzt einen Beschickungsbereich ab, in dem eine Aushungerung in einem bevorzugten Ausmaß bei Organismen erfolgt, die kohlenstoffhaltige Materie ausnutzen, während die Aktivität der stickstoffhaltige Materie ausnutzenden Organismen verhältnismäßig uneingeschränkt bleibt.

Die Zone ^stellt einen Bereich dar» in dem die kohlenstoffhaltige Materie ausnutzenden Organismen die Oberhand gewinnen, so dass, die Oxidation der stickstoffhaltigen Materie rasch absinkt.

In der Zone 4 wird die Konzentration der kohlenstoffhaltigen Materie an der Zwischenflächen zwis&iM&i .Bohleim irict, Abwasser so hoeh, dass die die kohlenstoff hai ti S¹³ Materie <av.e mit; senden

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Organismen die Umgebung vollständig beherrschen und dabei das Wachstum der- nitrifizierenden Organismen verhindern.

Die Fig.2 zeigt die Beziehung zwischen der Abführung des Ammoniaks, und der Belastung der Oberfläche des Eontaktelementes für die verschiedenen Abwassertemperaturen.

Die in der Fig.2 angegebenen Temperaturen umfassen die unteren Werte der Abwassertemperaturbereiche, die bei den meisten Behandlungsanlagen auftreten» Da eine Behandlungsanlage so eingerichtet sein soll, dass das kälteste Abwasser behandelt werden kann, so soll die Beschickung einer solchen Mindest temperatur angepasst werden. Soll beispielsweise eine Menge von ungefähr 25 mg/Liter Ammonial-Stickstoff aus dem normaler häuslichen Abwasser entfernt werden unter Benutzung einer einstufigen Behand-

3 2 lung, so würde die Oberflächenbelastung ungefähr 2 cm /cm pro Tag betragen, wenn die zu erwartende Mindestttemperatur 5 0

beträgt. Bei einer Mindestabwassertemperatur von 14-,5⁰C würde

■5 2 die vergleichbare Belastung ungefähr 5 cnr/cm pro Tag betragen.

Wie aus der Fig.2 zu ersehen ist, beträgt die Schleimwachsfläche, die zum Entfernen von 90% der Kohlanetoffhaltigen und stickstoffhaltigen Materie bei einer typischen Anlage erforderlich ist, 4.000.000 qm/cm pro Tag bei einem normalen Abwasser mit einem Gehalt von 25 mg/Liter Ammoniak bei einer Temperatur von 12,8 0 und würde 4- cnr/cm pro Tag oder 93*000 m erfordern. Bei einem herkömmlichen Behandlungsverfahren wären ungefähr 372.000 m Fläche erforderlich zum Entfernen der gleichen fcenge von Schmutzstoffen. Da weiterhin durch die Verwendung einer einstufigen Behandlung nach der Erfindung ein großer Bruchteil im behandelten Abwasser des Stickstoffes zu Stickstoffgas reduziert wird, so wird die Stickstoff konzentration im Abfluss herabgesetzt ohne zusätzliche Kosten der Behandlung,

Nach der Erfindung beträgt die bevorzugte Belastung der

•τ ρ

Fläche des Kontaktelementes ungefähr 1,6 bis 6 cm /cm pro Tag, wobei die Masse der kohlenstoff- und stickstoffhaltigen Materie aus ein einströmenden Abwasser entfernt werden kann. Die Belastung der Fläche des Kontakt element es ist eine Funktion der Temperatur des zu behandelnden Abwassers, wie aus der Fig.2 zu

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ersehen ist. Bs könnte in einigen Fällen erwünscht sein, die Oberfläche des Kontaktelementes mit 8 cnr/cm pro Tag zu belasten, wenn die niedrigste zu erwarten Abwassertemperatur über 15» 5 C liegt, oder wenn eine kleinere Menge Ammoniak aus dem einströmenden Abwasser entfernt werden soll, oder wenn die Abwasserkonzentration der Stickstoffmaterie verdünnt werden soll« Fach der Erfindung kann eine Belastung der Oberfläche des Kontaktelementes mit 8 car/cm pro Tag und mehr vorgesehen werden durch Erhöhen des Säuer st off gehalt es der Atmosphäre über dem Abwasserspiegel in einer einstufigen Behandlungseinheit. Die Atmosphäre über den rotierenden Konteaktelementen kann abgeschlossen und mit Sauerstoff angereichert werden bis zu dem Ausmaß, dass die resultierende Atmosphäre bis zu ungefähr 60 Vo ·% Sauerstoff enthält, so dass eine stärkere Oxidation der kohlenstoff- und stickstoffhaltigen Materie im Abwasser erfolgt· Eine Belastung der

■5 2 Oberfläche des Kontaktelementes von ungefähr M- — ΊΟ cm /cm pro Tag kann vorgesehen werden, wenn die Atmosphäre über den rotierenden Kontakteiementen ungefähr 30 - 60 Vol_#% Sauerstoff enthält.

Die Fig.3 zeigt in schematischer Darstellung ein Abwasserbehandlungsverfahren nach der Erfindung.

Wie in der Fig·3 dargestellt, wird das Rohabwasser einer Grobsiebeinrichtung 10 zugeführt, auf die ein Tank 11 folgt, in dem absetz- und schwimmfähige Feststoffe entfernt werden, wobei eine Verweilzeit von 1-2 Stunden für das Abwasser bei durchschnittlicher Strömung vorgesehen ist.

Die Einrichtungen 10 und 11 können auch durch eine Feinsiebeinrichtung ersetzt werden·

Aus dem Absetztank 11 kann das Abwasser durch eine Umgehungsleitung 11a direkt zur Einheit 13 geleitet werden oder zu einem Tank 12, dessen Volumen zur Aufnahme der täglichen Strömungsschwankungen ausreicht. Am Ausgang des Tanks 12 wird im allgemeinen ein Strömungsregler oder eine Pumpe vorgesehen, so dass eine im wesentlichen konstante Versorgung der einstufigen Behänd— lungseinheit 13 durchgeführt werden kann, die innerhalb eines bestimmten Oberflächenbelastungsbereichs betrieben wird, um die im Abwasser vorhandene kohlenstoff- und stickstoffhaltige

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Materie gleichzeitig zu oxidieren·

Das biologisch, behandelte Abwasser wird dann zu einer zweiten Einheit 14 geleitet, in der Feststoffe abgeschieden werden, und die im allgemeinen aus einem Absetztank mit einer Verweilzeit von 1-2 Stunden oder aus einem Mikrofilter besteht·

Die einstufige biologische Behandlungseinheit 13 ist in der Fig.4 ausführlicher Dargestellt. Die Einheit 13 weist einen Tank

15 auf der allgemein so ausgestaltet ist wie die rotierenden Flächen unterhalb der in der Längs er Streckung verlaufenden drehbaren Welle 16» die in geeigneten Lagern 17 gelagert ist und von einem nicht dargestellten Antrieb gedreht wird· An der Welle

16 sind in Abständen mehrere quer verlauf ende biologische Kontaktelemente 18 angebracht, die einen Durchmesser von ungefähr 3,0 bis 3»6 m und einen Abstand von ungefähr 9»5 bis 25>4 mm von einander aufweisen, und die sich in das im Tank 15 enthaltene Abwasser bis zu einer Tiefe von ungefähr 1/3 bis 2/3 des Durchmessers erstrecken. Die Kontaktelemente werden mit einer Umfangsgeschwindigkeit von ungefähr 7»5 bis 30 cm pro Sekunde gedreht, wobei die an den Kontakt elementen wachsenden Organismen abwechselnd der Atmosphäre und den Uährstoffen ausgesetzt werden.

Das Abwasser wird dem Tank 15* durch die Rohrleitungen 19 zugeführt, während das behandelte Abwasser durch das Eohr 20 aus dem Tank abgelassen wird. Die Rohrleitungen 19 und 20 stehen

vorzugsweise mit Einlass- und Auslassverteilereinheiten 21 und 22 in Verbindung. Die Verteilereinheiten 21 und 22 verteilen das Abwasser über die Länge der Behandlungseinheit hinweg, so dass alle Schleimflächen im wesentlichen gleichmäßig mit Abwasser versorgt werden,,

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel für das Verfahren nach der Erfindung beschrieben.

Die Tabelle I zeigt die Ergebnisse der Behandlung des Abwassers in einer einstufigen Behandlungseinheit. Die verwendete Einheit wies einen halbzylindrischen Tank mit einem Radius von

ο
1,55 m und einer488,25 m betragendenKontaktflache. Die Kontakt-

elemente bestanden aus dünnen Scheiben mit einem Durchmesser

U 0 9 8 U / 1 0 ?.. 3 .

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3 m und mit einem gegensextigen Abstand von 2 cm» Die Eintauchtiefe der Scheiben betrug 40% ihrer Durchmesser und die Scheiben wurden mit einer Drehzahl von 1 U/min angetrieben.

Tabelle I

40 US-U/1073

Tabelle

Einfluss

Abfluss

Strömungs- menge in Liter	Temp. ⁰O	Scheiben belastung •5 ? cnr/cm /Tag	* * *5 mg/1	NH₅, - Ή mg/1	B.O.D.c mg/1	mg/1	NO, - N mg/1	N-Verlust mg/1
17.000	5	5,6	125	50	21	16	4	10
25.600	5,5	5,2	151	25	15 ■	15	6	6
22.500	7,8	4,4	129 '	26	14 .	15	8	5
22.680	11 o6-	4,4	121	28	12	9	15	• 6
21,168	14,4	4,4	109	50	15	2	17	11 ·

biologischer Sauerstoffbedarf. B

ist ein Maß für die Konzentration eines

biοdegradierbaren organischen Kohlenstoffes in einem Medium, das erhalten wird

durch Bestimmen der verbrauchten Sauerstoffmenge (mg/1) durch das Medium bei 20⁰O in 5 Tagen.

Einfluss - vorabgesetztes Abwasser

CO O K) CD

Aus den in der Tabelle I angeführten Daten ist zu ersehen, dass bei einem Betrieb einer einstufigen biologischen Behandlungseinheit mit rotierenden Eontakt scheiben bei einer Belastung von 3,6 - 5»2 cur/cm /Tag mit abgesetztem Abwasser ungefähr 90% des zurückbleibenden BeO₀D.,- nach dem Vorabsetzen entfernt wird unter gleichzeitiger Raduktion der Ammoniak-Stickstoff-Konzentration.von 30 auf 16 mg/Liter bei 5 G und von 30 auf 2 mg/Liter bei 14,4°0. Mit denselben Schleimen konnte daher die kohlenstoffhaltige und die stickstoffhaltige Materie oxidiert werden·

Die Verwendung einer einstufigen biologischen Behandlungseinheit mit rotierenden Eontaktscheiben bei einer Belastung innerhalb des von der Erfindung bestimmten Bereiches führt noch zu weiteren Vorteilen Die sich an den Eontakt flächen entwickelnden Schleime bleiben dünn, d.h. unter 3»2 mm und im allgemeinen unter 1o6 mm Dicke, so dass der Abstand zwischen den Eontaktscheiben von normalerweise 19j^ü «e auf bis zu 9j5 βπβ verringert werden kann, ohne dass Verweilzeit verlorengeht, die zum Entfernen von ungefähr 90% der kohlenstoffhaltigen Materie, in B.0.D. ,--Einheiten gemessen, erforderlich ist.

"Nach der Erfindung kann weiterhin die Umfangsgeschwindigkeit

der rotierenden Eontaktscheiben von 30 cm auf 9 cm/sec herabge-

3 3 2 setzt werden, wenn die Belastung von 6 cm auf 1,6 cm /cm /Tag herabgesetzt wird, ohne den aufgelösten Sauerstoff im Abwasser auf ungefähr 20% der Sättigung abzusenken. Eine solche kontrollierte Herabsetzung der Rotationsgeschwindigkeit der Eontaktscheiben führt ferner zu einem wichtigen wirtschaftlichen Nutzen insofern, als die für den Betrieb der rotierenden Eontaktscheiben erforderliche Energie vermindert wird, die sich mit der dritten Potenz der Eotationsgeschwindigkeit verändert. Wird die Umfangsgeschwindigkeitder Kontaktscheiben innerhalb von 9 - 30 cm/sec kontrolliert und die Scheibenbelastung innerhalb des bevorzugten

•5 2

Bereiches von 1,6-4- cur/cm /Tag bestimmt, so kann die Denitrifikation verstärkt werden, da die in den Schleimen enthaltenen Organismen Mtratsauerstoff zum Atmen benutzen. Bei einer zu -geringen Umfangsgeschwindigkeit entwickeln sich anerobische

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Bedingungen* Ist andererseits die Umfangsgeschwindigkeit der rotierenden Scheiben zu groß, so wird die Umwandlung der Nitrate zu Stickstoff herabgesetzt·

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herabsetzung des B»O,D·,- im normalen häuslichen Abwasser von ungefähr 200 auf 10 mg/Liter und bewirkt eine Oxidierung des Ammoniak-Stickstoffes entsprechend der Oberflächenbelastung. Außerdem wird ein wesentlicher großer Anteil des vereinigten Stickstoffes zu Stickstoff gas reduziert, das in die Umgebungsluft abgelassen wird. Der übrige gebundene Stickstoff, besonders der in Form von Nitraten vorliegende Stickstoff könnte eine Eeduktion auf einen niedrigeren Pegel erfordern, um den Normen zu genügen, die die Versorgung mit !Erinkwasser betreffen, oder eine Herabsetzung der Anreicherung der Empfangsgewässer mit Stickstoff, wodurch ein unerwünschtes Algenwachstum beschleunigt würde·

Um weiterhin die Konzentration der Nitrate im Abflusswasser herabzusetzen, sieht die Erfindung eine weitere Behandlung des behandelten Abwassers vor unter Ausnutzung- biologischer Schleime an rotierenden Flächen. Die zusätzliche Denitrifikationsbehandlung erfolgt mittels verhältnismäßig kleiner rotierender Flächen, die vor der biologischen Behandlungseinheit 13 angeordnet sind· In dieser Denitrifikationsstufe wird das einströmende und abgesetzte Abwasser zusammen mit der wieder in Umlauf gesetzten Strömung aus der Hauptbehandlungseinheit behandelt. Vorzugsweise wird atmosphärischer Sauerstoff physikalisch ausgeschlossen dadurch, dass entweder die Kontaktelemente sich im Abwasser vollständig eigetaucht befinden, oder dass über zum Teil eingetauchten Kontaktscheiben eine physikalische Umschließung angeordnet wird, um die sich an den rotierenden Flächen entwickelnden Organismen zu zwingen, zum Atmen im wesentlichen den gesamten Nitratsauerstoff in der wieder in Umlauf gesetzten Strömung zu benutzen.

Die Fig«5 zeigt ein typisches Strömungsdiagramm der Behandlungsstufen bei Benutzung der Denitrifizierungseinheit nach der Erfindung. Wie in der Fig.5 dargestellt, wird das Rohabwasser einer Grobsiebeinrichtung 10 zugeführt und danach zu einem

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Absetztank 11 geleitet, aus dem absetzbare und schwimmfähige Peststoffe entfernt werden. Der Absetztank 11 wird normalerweise für eine Verweilzeit von 1-2 Stunden bei durchschnittlicher Strömung bemessen. Anstelle der Einheiten 1Ö und 11 kann auch eine Feinslebvorrichtung vorgesehen werden.

Aus dem Absetztank 11 kann das Abwasser durch die Umleitung 11a direkt zur Einheit 23 geleitet werden oder auch zu einem Zwischentank 12, dessen Volumen so groß bemessen ist, dass er die täglichen Strömungsschwankungen ausgleichen kann. Am Ausgang des Zwischentanks 12 ist ein Strömungsregler oder eine Pumpe angeordnet, so dass der Denitrifizierungseinheit 23 eine im wesentlichen konstante Strömung zugeführt wird. Die Denitrifizierungseinheit 23 erhält auch diejenige Strömung, die aus der biologischen Hauptbehandlungseinheit 13 wieder in Umlauf gesetzt wird. In der Einheit 23 werden zum Teil eingetauchte rotierende Kontaktelemente benutzt, deren anhaftende Schleime gezwungen werden, durch den Ausschluss atmosphärischen Sauerstoffes den Sauerstoff aus den Nitraten in dem wieder in Umlauf gesetzten Abwasser zu benutzen·

Aus der Denitrifizierungseinheit 23 strömt das Abwasser in die biologische Behandlungseinheit 13, die der einstufigen biologischen Behandlungseinheit nach der Fig«3 entspricht, die bereits beschrieben wurde« In der biologischen Behandlungseinheit 13 erfolgt die Entfernung im wesentlichen der gesamten restlichen kohlenstoffhaltigen Materie sowie eine Oxidation des in der aus der Einheit 23 ausströmenden Flüssigkeit enthaltenen Ammoniak-Stickstoffes.

Das biologisch behandelte Abwasser wird aus der Ji'inheit 23 zu einer sekundären Eeststoffabseheidungseinheit 14 geleitet, die im allgemeinen aus einem Absetztank mit einer Verweilzeit von 1-2 Stunden besteht. Anstelle der Einheit 14 kann ein Likx-o filter .verwendet werden, wobei das Waschwasser mit dem in den Absetztank 11 einströmenden V/asser vermischt wird.

Bei dem vorstehend beschriebenen zweistufigen Behandlungsverfahren nach der Erfindung kann das Abwasser in einem so .Loher G-rade in bezug auf das Entfernen des gebundenen Stickstoffes

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Teil

behandelt werden, dass ein großer der bei dem Oxidationsverfahren erzeugten Nitrate in inertes Stickstoffgas umgewandelt wird. Dies wird in wirtschaftlicher Weise unter Ausnutzung der kohlenstoffhaltigen Materie als Energiequelle durchgeführt, da die kohlenstoffhaltige Materie bereits im Abwasser vorhanden ist, so dass keine Belastung durch das Zusetzen organischer Materie, wie Methanol, zum Abwasser erfolgt.

Die in den Figuren 6 und 7 dargestellte Denitrifizierungseinheit 23 weist einen Tank 24 mit einer Anzahl biologischer Kontaktelemente 25 auf, die an einer drehbaren Welle 26 angebracht sind, die in geeigneten Lagern 28 gelagert ist und von einer nicht dargestellten Antriebsvorrichtung angetrieben wird. Die biologischen Kontaktelemente weisen im allgemeinen einen Durchmesser von 3,0 bis 3,6 m auf,.während der Abstand der den Schleim tragenden benachbarten Flachen von einander ungefähr 12,7 bis 25»^ ¹^m beträgt. Die Kontaktelemente werden mit einer Umfangsgeschwindigkeit von ungefähr 15 - 30 cm/sec betrieben, um die Dicke des Schleimes zu begrenzen. Im allgemeinen liegt der Spiegel des Abwassers in der Einheit 23 unterhalb der Welle 16, wie in der Fig«7 t?i 27 dargestellt, obwohl die Einheit nach der Beschreibung auch so betrisüea. T-'irden kann, dass die Kontaktelemente in das Abwasser vollständig eintauchen,, den Schleinem den atmosphärischen Sauerstoff unzugänglich zu machen.

Die Denitrifizierungsstufe 23 erhält das normale abgesetzte Abwasser zusamen mit der wieder in Umlauf gesetzten Strömung aus der biologischen Hauptbehandlungseinheit 13über die .Einlassleitung 29 in Lengen von ungefähr 100 bis 300% der Strömungsmenge des in die Anlage einströmenden Abwassers, je nach dem Anteil der Kitrate, der reduziert werden soll. Bei Anwendung dieses erfindungegemäßen Verfahrens können bis zu 75% &^e:? wieder in Umlauf gesetzten Nitrate zu Stickstoffgas reduziert werden. Das behandelte Abwasser verlässt die Jünriehtung durch die Eohrleitung 30·

Die Zuführungsleitung 29 und die Auslassleitung 30 werden vorzugsweise mit der Mnheit 23 über die einlass- und Auslassverteiler 31 und 32 in Verbindung gesetzt. Der Tank 24 wird

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vorzugsweise in meiirere gesonderte Kammern 33-36 mit Hilfe der Trennwandungen 37-39 unterteilt, die vom Sinlassverteiler 31 je nach. Bedarf parallel gespeist werden, um vorherbestimmte Betriebsbedingungen z.B. die Belastung der Kontaktelemente bei veränderlichen Strömungen aufrechterhalten zu können. Wenn erwünscht oder erforderlich, kann die biologische Eauptbehandlungseinheit 13 ebenfalls mit parallelen Kammern ausgestaltet werden.

Entsprechend der Hauptaufgabe der Denitrifizierungseinheit 23» nämlich die an den Kontaktelementen 25 wachsenden Schleime zu zwingen, die größte Menge des Hitratsauerstoffes aus dem wieder in Umlauf gesetzten Abwasser für ihren Stoffwechsel zu benutzen, ist vorgesehen, die Versorgung der Schleime mit atmosphärischem Sauerstoff streng zu kontrollieren oder gänzlich auszuschließen. Die Einheit er kann daher mit in das Abwasser vollständig eingetauchten Kontakt elementen 25 betrieben werden, oder der Tank 24- wird physikalisch vollständig abgeschlossen, wie in der Fig.7 dargestellt.

Um das Entstehen anaerobischer Bedingungen in der Einheit 23 zu vermeiden, kann eine kontrollierte Lenge atmosphärischen Sauerstoffs dem oberen Teil des Tanks 24zugeführt werden, zu v/elchem Zweck eine Leitung 40 vorgesehen wird, durch die dem Tank 24 oberhalb des Abwasserspiegels mittels eines Gebläses 41 Luft zugeführt wird. Zum Entfernen der Luft aus dem Tank 24 ist eine Auslassleitung vorgesehen, iiie kenge des dem Tank 24 über die Rohrleitung 40 durch das Gebläse 41 zugeführten Sauerstoffs wird so bemessen, dass von den Schleimen an den Kontaktelementen die größte Menge Stickstoff-Sauerstoff verbraucht wird, während andererseits anaerobisclie Bedingungen vermieden v/erden.

Zum Vermeiden anaerobischer Bedingungen im Tank 24 mit einer vorherbestimmten Oberfläche der Kontaktelemente stehen drei Löglichkeiten zur Verfugung, die einzeln oder vorzugsweise zusammen angewendet werden können, während von den wachsenden Organismen die größte kenge Hitrat-Sauerstoff verbarucht wird. Wie bereits beschrieben, kann die Einheit 23 mit einer Anzahl gesonderter Kammern betrieben werden, von denen einige oder alle zu einer bestimmten Zeit gespeist werden. Zweitens kann die limfangs-

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geschwindigkeit der Kontaktelemente innerhalb der Grenzwerte von ungefähr 15 - 30 cm/see verändert werden, um den Sauerstoffverbrauch der wachsenden Organismen zu kontrollieren, und drittens kann die Menge des .für die Schleime zur Verfügung stehenden atmosphärischen Sauerstoffs reguliert werden mit Hilfe eines physikalisch abgeschlossenen Tanks 24, wobei die Zuführung der Luft in den über dem Abwasser gelegenen Teil des Tanks durch ein Gebläse 41 und durch eine mit einem Ventil versehene Bohrleitung 41 erfolgt.

Sie Größe der Benitrifizierungseinheit kann so bemessen werden, dass im wesentlichen sämtliche in der wieder in Umlauf gesetzten Strömung reduziert werden, jedoch nicht biszu dem Ausmaß, bei des sich eine anaerobische Umgebung entwickelt mit den nachteiligen Nebeneffekten, wobei Wasserstoffsulf id erzeugt wird. Um diese Anforderungen innerhalb eines Wiederumlaufbereich.es von 100 bis 3OO96 der behandelten Abwasserströmung erfüllen zu können, soll die Belastung der rotierenden Flächen in der Denitrifizierungseinheit mit abgesetzten Abwasser ohne die wieder in Umlauf gesetzte Strömung so bemessen werden, dass sie im Bereich von 16-64 cm⁵/cBi²/tag liegt·

Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zum Behandeln von Abwasser, das einem Behandlungstank: zugeführt wird, in dem eine Anzahl von teilweise eingetauchten biologischen Kontaktelementen drehbar gelagert ist, und zum Ablassen des behandelten Abwassers, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser in einer vorherbestimmten kenge einem einstufigen Behandlungstank zugeführt wird, dass die biologischen Kontaktelemente mit einer vorherbestimmten Oberfläche versehen werden, die für das Wachstum anhaftender Mikroorganismen geeignet ist, das die Eontakt elemente zwangsläufig mit einer vorherbestimmten Umfangsgeschwindigkeit angetrieben werden, wobei die Kontaktfläche abwechselnd dem Sauerstoff und dem Abwasser ausgesetzt wird, und dass die genannte vo3
pro Tag.beträgt.

2 2 die genannte vorherbestimmte Menge ungefähr 1,6 - 10 car/cm

2. Verfahren nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser und wieder in Umlauf gesetztes behandeltes Abwasser einer Denitrifizierungseinheit zugeführt wird, die eine Anzahl drehbarer biologischer Kontaktelemente enthält, die für das Wachstum anhaftender Jkikroorganismen geeignet sind, dass die biologischen Kontaktelemente im behandelten Abwasser gedreht werden, und dass die kenge des molekularer Sauerstoffs in der Denitrifizierungseinheit so kontrolliert wird, dass das Entstehen anaerobischer Bedingungen vermieden wird, wobei die Mikroorganismen gezwungen werden, den im behandelten Abwasser enthaltenen Bitrat-Sauerstoff zu verbrauchen .

5» Verfahren nach Anspruch 2, dadurch, gekennzeichnet, der Denitrifizierungseinheit 100 bis 300% der vorherbestimmten Menge des behandelten Abwassers zugeführt wird.

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4-· . Verfahren nach, einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, dass die genannte vorherbestimmte Umfangsgeschwindigkeit 7»5 - 30 cm/sec beträgt.

5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser parallel zur Oberfläche der Kontaktelemente zugeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser der Denitrifizierungseinheit in einer Menge von 16-64
führt wird.

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von 16-64- car/cm /tag der Fläche der Kontaktelemente zuge-

7» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der einstufigen Behandlungseinheit eine Atmosphäre zugeführt wird, die ungefähr 30 - 60 Vol.% Sauerstoff enthält, und dass die genannte vorherbestimmte fcenge ungefähr

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4-10 car/cm /Tag beträgt.

8· Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7» dadurch gekennzeichnet, dass d££ Abwasser dar einstufigen biologischen

3 ρ Behandlungs einheit in einer ksngs von 1,6-6 cnr/em /Tag der !fläche der Kontakt elemente zugeführt wird.

9_β ülinrichtung zum Behandeln von Abwasser nach dem Verfahren nach Anspruch 1-8, gekennzeichnet durch eine biologische Behandlungseinrichtung mit einer Behandlungseinheit (13)» die einen Tank (15) und mehrere biologische Kontaktelemente (18) aufweist, die im Sank an einer Welle (16) drehbar angeordnet sind, durch lwittel zum kontrollieren der Behandlung des Abwassers, und durch Bohrleitungen (19»20₃29) und (3Ö) zum Zu- und Abführen des Abwassers zum und aus dem Tank.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein Abscheidungsmittel (10) zum Entfernen von katerialpartikeln aus dem Abwasser, und dadurch gekennzeichnet, dass die

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die biologische Behandlungs einrichtung eine Denitrifizierungseinheit (23) mit einem zweiten Tank (24) und mit melireren ■biologischen Eontaktelementen (25) enthält, die im zweiten Tank angeordnet sind, mit einer ersten Rohrleitung (11a) zum Zuführen von Abwasser aus dem Abscheidungsmittel zur Denitrifizierungseinheit, mit einer zweiten Rohrleitung, durch die Abwasser aus der Denitrifizierungseinheit zur biologischen Behandlungseinheit geleitet wird, und mit einer dritten Rohrleitung, durch die Abwasser aus der biologischen Behandlungseinheit zur Denitrifizierungseinheit wieder in Umlauf gesetzt wird.

β Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheidungsmittel (1) einen Absetzungstank(11) aufweist.

12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Denitrif izi erungs einheit (23) Mittel zum Regulieren der Sauerstoff menge aufweist, der die biologischen Kontaktelemente (25) ausgesetzt sind.

13· Einrichtung nach einem der Ansprüche 9-12, dadurch gekennzeichnet, dass die biologischen Eontaktelemente (18,25) einen Durchmesser von ungefähr 3,0 - 3,6 m aufweisen.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 - 13 > dadurch gekennzeichnet, dass die biologischen Kontaktelemente (18,25) von einander einen Abstand von ungefähr 9»5 - 25 »4 mm aufweisen.

15« Einrichtung nach einem der Ansprüche 9-14, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungen (19>20,29»30) mit Verteilern (21,22,29»30) in Verbindung stehen, die das Abwasser in den Tanks gleichmäßig verteilen.

16. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, . dass die genannte zv.eite Rohrleitung der biologischen

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Behandlungseinbext (13) das Abwasser parallel zur drehbaren Welle zuführt,

17· Einrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (18) im Betriet» in das Abwasser bis zu 1/3 bis 2/3 ihres Durchmessers eintauchen.

18· Einrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch ein Begulierungsmittel (4-1) zum Kontrollieren der Sauerstoff menge, der die Kontakt elemente (25) im Betrieb ausgesetzt sind.

19· Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Begulierungsmittel (41) aus einer physikalischen umschließung des Tanks (24·) besteht.

20» Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (25) in der Denitrifizierungseinheit (23) im zweiten Tank in das Abwasser vollständig eintauchen.

21· Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Tank (24) mit Trennwandungen (37~39) ausgestattet ist, die mehrere Kammern (33-36) abgrenzen, durch durch eine Rohrleitung (28) und einen Verteiler (31) parallel gespeist werden»

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