DE2502501B2

DE2502501B2 - Verfahren zur Behandlung von Abwasser

Info

Publication number: DE2502501B2
Application number: DE2502501A
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Mussissauga Ontario Besik (Kanada)
Original assignee: CENTRAL MORTGAGE AND HOUSING CORP OTTAWA
Current assignee: CENTRAL MORTGAGE AND HOUSING CORP OTTAWA
Priority date: 1974-01-22
Filing date: 1975-01-22
Publication date: 1980-01-31
Also published as: FR2258350B1; DE2502501C3; IL46494A0; FR2258350A1; DE2502501A1; IL46494A; GB1487789A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Abwasser, welches biologisch abbaubares, kohlenstoffhaltiges Material und stickstoffhaltige Materialien in mindestens einer nitritischen, nitratischen, nicht-nitntischen oder nicht-nitratischen Form enthält, bei dem zunächst eine biologische Oxydation des biologisch abbaubaren kohlenstoffhaltigen Materials und Nitrifizierung von nicht-nitritischem und/oder nicht-nitratischem stickstoffhaltigem Material zu Nitrit und/oder Nitrat und daran anschließend eine Denitrifiziening von nitritischem und/oder nitratischem stickstoffhaltigem Material zu stickstoffhaltigen Gasen durchgeführt wird und darauf aus dem so behandelten Abwasser/ Schlamm-Gemisch Schlamm abgetrennt und das zumindest teilweise geklärte Wasser abgeführt wird.

Ein Verfahren dieser Art ist durch die Zeitschrift »JWPCF«, Band 40,1968, Nr. 12, Seite 2040 ff., bekannt. Bei diesem Verfahren erfolgt die Behandlung in drei gesonderten biologischen Schlammsystemen. Jedes System besitzt seine eigene Rückführung und unterscheidet sich von den anderen. Das Abwasser Fließt durch diese Systeme nacheinander hindurch, wobei zwischen den Systemen ein Absetzen erfolgt Hierbei sind also die biologischen Aktivitäten der Kohlenstoffoxydation zur Entfernung von kohlenstoffhaltigen Materialien, der Ammonifizierung und der Nitrifizierung und Denitrifiziening zur Entfernung von stickstoffhaltigen Materialien voneinander getrennt und laufen in drei gesonderten Stufen ab. Dieses Verfahren ist bei der Entfernung der Verunreinigungen erfolgreich, leidet aber unter verschiedenen Nachteilen, Das Verfahren ist zeitraubend, bildet viel Schlamm, hat drei gesonderte Stufen der Belüftung und Klärung und ist hinsichtlich s der Überwachung und des Betriebs aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Axt zu schaffen, das bei Wahrung einer ähnlich guten Reinigungsleistung einfacher betreibbar ist

ι ο Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Oxydation, Nitrifizierung und Denitrifiziening zusammen in einem Behälter auf dem Strömungsweg des Abwasser/Schlamm-Gemischs durch diesen Behälter von oben nach umen durchgeführt wird, daß die künstliche Sauerstoffzufuhr zu dem Behälter allein über nach der Denitrifizierung abgetrennten, rückgeführten Schlamm, der während der Rückführung mit Sauerstoff behandelt wird, erfolgt und daß die Menge des Sauerstoffs bzw. rückgeführten Schlamms so bemessen wird, daß der Sauerstoff im Abwasser/Schlamm-Gemisch während des Durchgangs durch den unteren Behälterteil erschöpft wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der Lage, weitgehend vollständig biologisch abbaubare kohlenstoffhaltige, stickstoffhaltige und suspendierte Feststoffe aus Abwässern zu entfernen, wobei die Bildung von beträchtlichen Mcagen eines biologischen Schlammüberschusses vermieden wird, keine äußere Reaktivierung von Kohle erforderlich ist und zum Klären keine

so Chemikalien zugesetzt werden müssen. Außerdem kann das erfindungsgemäße Verfahren in einer Vorrichtung durchgeführt werden, die wenig Raum und praktisch keine Wartung erfordert Die Kapitalkosten und die Betriebskosten sind deshalb beträchtlich niedriger als

i", bei dem Verfahren gemäß der Zeitschrift »JWPCF«, Band 40,1968, N r. 12, Seite 2040 ff.

Es wird bevorzugt daß der Schlamm pulverisierte Aktivkohle mitführt.
Ausführungsbeispiele des Verfahrens gemäß der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt die nachstehend näher erläutert wird. Es zeigt

F i g. 1 ein schematisches Fließbild, welches eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert,

4> Fig.2 ein schematisches Fließbild, welches eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert

Fig.3 einen Teilschnitt durch einen Reaktor für die Verwendung bei der Ausführungsform des in Fig.2

>o erläuterten erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig.4 einen Teilschnitt durch eine Klärvorrichtung für die Verwendung bei der Ausführungsform des in F i g. 2 erläuterten erfindungsgemäßen Verfahrens.
Gemäß der Ausführungsform von F i g. I wird

v, Abwasser, bei welchem es sich um Haushalt-, Stadtoder Industrieabwasser handeln kann, nach der Entfernung der gröberen Feststoffteilchen durch Filtration oder in einer ersten Klärvorrichtung über eine Leitung 12 zu einem Reaktor 10 geführt. Ein

mi rückgeführtes Gemisch aus pulverisierter Aktivkohle und Mikroorganismen, welches in der Folge als »aktivierter Schlamm« bezeichnet wird und in einer Leitung M fließt wird ebenfalls zur Oberseite des Reaktors 10 zugeführt, und zwar zusammen mit dem Abwasser in der Leitung 12. Das zurückgeführte Gemisch in der Leitung 14 wird in der Weise gebildet, wie es weiter unten beschrieben ist, und enthält bestimmte Mengen absorbierten Sauerstoff.

Der Reaktor 10, der im allgemeinen eine zylindrische Form aufweist, enthalt eine erste Kammer 16, in welcher das Gemisch aus Abwasser und aktiviertem Schlamm nach unten in Richtung zu einer zweiten Kammer 18 fließt, die in einem unteren Endteil 20 des Reaktors 10 angeordnet ist Das Endteil 20 besitzt im allgemeinen eine konische Form.

Ein umgekehrt trichterförmiges Teil 22 ist im Reaktor 10 angeordnet, wobei es eine dritte Kammer 24 definiert, die außer durch die zweite Kammer 18 ohne κι Fließverbindung mit der ersten Kammer 16 ist

In der ersten Kammer 16 werden die suspendierten, kolloidalen und gelösten organischen Materialien, die im Abwasser enthalten sind, an die Aktivkohle absorbiert und/oder in die mikroben Zellen absorbiert ι '< wobei alle restlichen organischen Materialien in einer späteren Stufe entfernt werden. Das adsorbierte organische Material wird biologisch durch die Mikroorganismen oxydiert, während der organische Stickstoff in ammoniakalischen Stickstoff überführt wird und der ammoniakalische Stickstoff biologisch durch die Mikroorganismen in Nitrite und Nitrate oxydiert wird.

Die biologischen Oxydationen, die in der ersten Kammer 16 vonstatten gehen, erschöpfen den absorbierten Sauerstoff bis zu einem Wert, bei dem die >·-, heterotropen Mikroorganismen im aktivierten Schlamm eine anaerobe Umwandlung des Nitrits und Nitrats zu stickstoffhaltigen Gasen, hauptsächlich Stickstoff und Stickstoffdioxid, verursachen, da die Mikroorganismen den Sauerstoff des Nitrits und Nitrats κι aufbrauchen. Die biologischen Reaktionen verlaufen gleichzeitig in der ersten Kammer 16.

Das resultierende Gemisch aus aktiviertem Schlamm, behandeltem Abwasser und gasförmigen Stoffen fließt von der ersten Kammer 16 zur zweiten Kammer 18. r.

Ein Teil des Schlamms trennt sich vom behandelten Abwasser in der zweiten Kammer 18 ab. Das behandelte Abwasser, etwas Schlamm und gasförmige Stoffe, die hauptsächlich aus Stickstoff, Stickstoffdioxid und Kohlendioxid bestehen, fließen von der zweiten Kammer 18 .m nach oben zur dritten Kammer 24, die sich innerhalb des umgekehrt trichterförmigen Teils 22 befindet.

Der Flüssigkeitsabstrom aus dem Reaktor 10 läuft über eine Leitung 26, die vom Halsteil des umgekehrten trichterförmigen Teils 22 wegführt. Die in der zweiten 4; Kammer 18 abgetrennten Gase werden durch den Halsteil des umgekehrt trichterförmigen Teils 22 zur Atmosphäre abgelassen. Der Abfluß in der Leitung 26 enthält im Vergleich zu dem durch die Leitung 12 eingeführten Abwasser einen beträchtlich verringerten -,< > Gehalt an organischen Stoffen und stickstoffhaltigen Materialien. Der Reaktor 10 entfernt deshalb in einem einzigen Behälter aus dem Abwasser beträchtliche Mengen der kohlenstoffhaltigen Materialien und überführt beträchtliche Mengen des stickstoffhaltigen -,-> Materials in stickstoffhaltige Gase.

So werden im Reaktor 10 also eine Anzahl von Funktionen an den Verunreinigungen des Abwassers durchgeführt. Beispiele für solche Funktionen sind die Unterteilung von suspendierten Feststoffen durch _Wi Hydrolyse, die Abtrennung von gelösten organischen Stoffen durch Adsorption an Aktivkohle und mikroben Zellen, die biologische Oxydation von adsorbierten organischen Stoffen, die biologische Umwandlung von organischem Stickstoff in ammoniakalischen Stickstoff, ι,-, die Umwandlung vjn ammoniakalischem Stickstoff in Nitrite und Nitrate und die Umwandlung von Nitriten und Nitraten in stickstoffhaltige Gase.

Der Abfluß in der Leitung 26 wird zu einer Klärvorrichtung 28 geführt, die eine erste Kammer 30, eine zweite Kammer 32 und eine dritte Kammer 34 aufweist, wobei die letztere mit Ausnahme eines Wegs durch die zweite Kammer 32 mittels eines umgekehrt trichterförmigen Teils 36 außer Fließverbindung mit der ersten Kammer 30 gehalten wird.

Der Abfluß in der Leitung 26, der zur ersten Kammer 30 der Klärvorrichtung 28 geführt wird, wird mit rückgeführtem aktiviertem Schlamm zusammengebracht der durch eine Leitung 38 zugeführt wird. Dieses zurückgeführte Gemisch wird in der Weise gebildet wie es weiter unten näher erläutert wird.

Die Koagulation und Sedimentation von suspendierten Feststoffen aus dem Reaktorabfluß wird durch Zusatz des reaktivierten Schlamms zur ersten Kammer 30 der Klärvorrichtung 28 über die Leitung 38 verbessert Ein beträchtlicher Anteil der verbleibenden Mengen der kohlenstoffhaltigen Materialien und der stickstofhialtigen Materialien, die im Abfluß vorhanden sind, werden biologisch aufgebracht wodurch das behandelte Abwasser weiter gereinigt wird. Da die Konzentrationen der kohlenstoffhaltigen und stickstoffhaltigen Materialien im Reaktorabfluß in der Leitung 26 sehr niedrig sind, wird der Sauerstoff, der in dem in der Leitung 38 zurückgeführten Schlamm gelöst ist, nicht erschöpft weshalb aerobe Bedingungen in der gesamten Klärvorrichtung 28 vorliegen, was im Gegensatz zu sowohl aeroben als auch anaeroben Bedingungen im Reaktor 10 steht.

In der zweiten Kammer 32 der Klärvorrichtung 28 wird die flüssige Phase, die in der dritten Kammer 34 der Klärvorrichtung 28 vorliegt vom Schlamm abgetrennt und durch eine Leitung 40 vom Hals des umgekehrt trichterförmigen Teils 36 abgezogen. Der Abfluß ist weitgehend frei von suspendierten Feststoffen, kohlenstoffhaltigen Materialien und stickstoffhaltigen Materialien.

Die Klärvorrichtung 28 erfüllt somit eine Anzahl Funktionen an den Verunreinigungen des Abwassers, die im Abstrom aus dem Reaktor 10 in der Leitung 26 verbleiben. Diese Funktionen sind beispielsweise Vervollständigung de- biologischen Reaktionen an den kohlenstoffhaltigen und stickstoffhaltigen Materialien und eine biologische Ausflockung, Schbmmkoügulation und Sedimentierung der suspendierten Feststoffe.

Das Wasser in der Leitung 40 kann noch einer weiteren Behandlung unterworfen werden, wie z. B. einer Tiefbettmultimedienfiltration mit Sand, Anthrazit und Aktivkohle, um weiter den Gehalt an suspendierten Feststoffen zu verringern, und/oder einer chemischen Behandlung, um den Phosphatgehalt herabzusetzen. Der Abfluß in der Leit.mg 40 kann durch verschiedene ''eriahren behandelt werden, um Wasser von Trinkqualität herzustellen, wie z. B. durch Koagulation, Filtration und anschließende Desinfektion, umgekehrte Osmose und anschließende Desinfektion, Evaporierung und anschließende Desinfektion oder Ionenaustausch und anschließende Desinfektion.

Der Schlamm, der in der zweiten Kammer 18 des Reaktors 10 abgetrennt wird, wird über eine Leitung 42 abgeführt und zu einem Belüftungsbehälter 44 geleitet. Der Schlamm, der in der zweiten Kammer 32 der Klärvorrichtung 28 abgetrennt wird, wird durch eine Leitung 46 zum Bel'iftungsbehalter 44 geführt, wobei er mit dem Schlamm in der Leitung 42 einen gemischten Schlamm bildet der durch die Leitung 48 fließt.

Der Belüftungsbehälter 44 kann von irgendeiner

zweckmäßigen Bauart sein, so daß ein inniger Kontakt zwischen Gas und Schlamm ermöglicht wird. Ein typischer solcher Behalter besteht aus einer mehrstufigen Gegenstromkolonne oder einem QuerfluBreaktor.

Luft oder molekularer Sauerstoff oder ein an molekularem Sauerstoff reiches Gas wird durch eine Leitung 50 in den Belüftungsbehälter 44 eingeführt, wo eine Kontaktierung mit dem durch die Leitung 48 eingeführten Schlamm erfolgt. Dies hat ein Ausblasen von flüchtigen Stoffen aus dem Schlamm, eine Sättigung des Schlamms mit Sauerstoff, eine Reaktivierung der Kohle durch Oxidation der darauf absorbierten kohlenstoffhaltigen und stickstoffhaltigen Materialien und eine Oxydation eines Teils der Mikrobenzellen zur Folge, wodurch im System eine Balance von Mikroorganismen aufrechterhalten wird. Die verbrauchten Gase werden aus dem Belüftungsbehälter 44 durch eine Leitung 52 abgelassen.

Der reaktivierte Schlamm wird aus dem Belüftungs-

UUI »-II VIII

uiiu Mi

ei Ströme aufgeteilt, wobei einer durch die Leitung 14 zum Reaktor 10 und der andere durch die Leitung 38 zur Klärvorrichtung 28 geführt wird.

Bei einer Abwandlung der Ausführungsform von F i g. 1 kann die Zufuhr von aktiviertem Schlamm durch die Leitung 38 weggelassen werden. Bei dieser Abwandlung kann Luft dem Abfluß in der Leitung 26 zur Beendigung der biologischen Reaktionen in der Klärvorrichtung 28 zugeführt werden. Alternativ kann auch die Zufuhr von Luft zum Abstrom in der Leitung 26 weggelassen werden.

Gemäß der Ausführungsform der F i g. 2 bis 4 besteht das Abwasserbehandlungssystem aus einem Reaktor 110, der in F i g. 2 schematisch gezeigt ist und in F i g. 3 nüher im Detail dargestellt ist. und aus einer Klärvorricht'ing 112, i'ie schematisch in F i g. 2 gezeigt und näher im Detail in Fig. 4 dargestellt ist. Filtriertes oder primär geklärtes Abwasser wird durch eine Leitung 114 zum Reaktor 110 geführt. Ein solches Abwasser enthält typischerweise suspendierte Feststoffe, gelöste organische Materialien, organischen Stickstoff. Nitrat, Nitrit und Ammoniak. Der Reaktor 110 besteht aus einem aufrecht stehenden zylindrischen äußeren Behälter 116 und einer inneren zylindrischen Hülse 118. die koaxial im Behälter 116 angeordnet und vom Boden 120 desselben einen Abstand aufweist, so daß eine erste Kammer 121 zwischen dem äußeren Behälter 116 und der inneren Hülse 118 gebildet wird. Die innere Hülse 118 erstreckt sich nach oben bis zu einem Punkt über dem vorgesehenen Flüssigkeitspegel im Reaktor 110.

Ein Steig- und Belüftungsrohr 124 ist im Reaktor 110 angeordnet und erstreckt sich vom Boden 120 nach oben durch eine zweite Kammer 122 bis über den oberen Rand der Hülse 118. Es endet außerhalb des Reaktors 110.

Das Rohr 124 ist am unteren Ende erweitert und weist vom Boden 120 einen Abstand auf, so daß Flüssigkeit in das Rohr 124 gelangen kann. Ein Gaszuführrohr 126 erstreckt sich von der Oberseite des Rohres 124 nach unten bis zu einer Stelle etwas über dem unteren Ende des Rohres 124, so daß Luft, Sauerstoff oder ein an molekularem Sauerstoff reiches Gas zum unteren Ende des Rohres 124 geführt werden kann.

Das Steig- und Belüftungsrohr 124 steht am oberen Ende aber innerhalb des Reaktors 110 mit einem

V^ücTSi in 12ο ΐΐΐ τ ei Lnüuüilg, uer SlCii THuIHj Ci Slr6CiCt

und mit einem rohrförmigen Austrittsteil 130 an jedem

radialen Ende ausgerüstet ist. Die rohrförmigen Austrittsteile 130 umfassen einen sich nach unten erstreckenden Teil und einen sich horizontal erstreckenden Teil, der über und in der Nachbarschaft des vorgesehenen Flüssigkeitsspiegels im Behälter 116 angeordnet ist und sich bis zur Gegend der inneren Wand des Behälters 116 erstreckt, so daß Flüssigkeit daraus im wesentlichen tangential abgegeben wird.

Zwar ist nur ein solches Steig- und Belüftungsrohr 124 mit zugehörigen Austrittsteilen 130 in Fig.3 gezeigt, aber es kann jede gewünschte Anzahl verwendet werden, je nach den Erfordernissen des Systems.

Ein Flüssigkeitsabgaberohr 132 steht mit der zweiten Kammer 122 in Verbindung, nicht aber mit der ersten Kammer 121, so daß behandelte Flüssigkeit aus dem Reaktor 110 durch die zweite Kammer 122 abgeführt wird.

Ein Gasabgaberohr 134 ist am oberen Ende des Reaktors 110 über dem vorgesehenen Flüssigkeitspegel

:— n~...u«— UA 1 j:- u~: λ— D_n^i..:

mi »ίαιιιυι ι iv ruigi.3(.iikii, um uiw m.i ui.ii ι\τ.αΐΜΐυικ.ιι im Reaktor 110 gebildeten Gase abzuführen.

Eine Eintrittsöffnung 160 ist im Reaktor 110 über dem vorgesehenen Flüssigkeitspegel im Behälter 116 vorhanden, durch welche zurückgeführter aktivierter Schlamm aus der Klärvorrichtung 112 eingespeist werden kann, wie dies weiter unten näher erläutert wird.

Das dem Reaktor 110 durch die Leitung 114 zugeführte Abwasser mischt sich mit der Mischung aus behi Geltem Abwasser und aktiviertem Schlamm, die aus den Austrittsteilen 130 austritt, und mit aktiviertem Schlamm, der von der Klärvorrichtung 112 zurückgeführt wird, wobei es in der ers'en Kammer 121 rotiert. Durch Zentrifugalwirkung erhalten die aktivierten Schlammteilchen zusammen mit den suspendierten Feststoffen die Neigung, sich teilweise abzuscheiden und sich entlang der Innenwand des Behälters 116 anzusammeln, wobei sie sich unter dem Einfluß der Schwerkraft und der nach unten sinkenden flüssigen Phase nach unten bewegen und in einer dritter. Kammer 136 in der Nachbarschaft des Bodens 120 ansammeln.

In der Nachbarschaft des Bodens 120 des Behälters 116 wird Flüssigkeit in das Steig- und Belüftungsrohr 124 gezogen, und zwar unter dem Einfluß der Luft, die im Rohr 124 nach oben steigt. Die Luft wird durch das Rohr 126 eingeführt und tritt an den Austrittsteilen 130 aus, wobei sie mit weiterem hereinkommenden Abwasser gemischt wird. Di^ im Rohr 124 aufsteigende Flüssigkeit ist ein Schlamm aus einem Teil des angesammelten aktivierten Schlamms und behandeltem Abwasser.

Behandelte Flüssigkeit fließt zusammen mit etwas aktiviertem Schlamm aus der ersten Kammer 1*1 in die zweite Kammer 122, steigt darin auf und fließt durch das Rohr 132 aus dem Reaktor 110.

Die teilweise Trennung und Ansammlung der Feststoffe entlang der Innenwand des Behälters 116 unter der Zentrifugalwirkung der rotierenden Flüssigkeit verringert die Neigung derselben in die zweite Kammer 122 einzutreten, wodurch ihre Neigung herabgesetzt wird, aus dem Reaktor 110 zusammen mit dem Abfluß in dem Rohr 132 auszutreten. Dabei wird die Menge von Feststoffen herabgesetzt, die durch die spätere Klärung abgetrennt werden muß. Außerdem wird die Schlammenge verringert, die von der Klärvorrichtung 112 zum Reaktor 110 zurückgeführt werden muß. Die teilweise Trennung und Ansammlung von Feststoffen erhöht auch die Yerweilzeit der suspendierten Feststoffe im Reaktor HO.

Das Ergebnis der Rotation der suspendierten Feststoffe ist ein solches Strömungsschema der Reaktorflüssigkeit, daß die Reaktorflüssigkeit entlang der vertikalen Achse des Reaktors 110 durch die erste Kammer 121 nach unten fließt. Während die Flüssigkeit und die Feststoffe in der ersten Kammer 121 nach unten fließen, werden im wesentlichen alle suspendierten, kolloidalen und gelösten organischen Materialien, die im Abwasser enthalten sind, durch den aktivierten Schlamm adsorbiert. Das adsorbierte organische Material wird durch die Mikroorganismen biologisch oxydiert, während organischer Stickstoff in ammoniakalischen Stickstoff überführt wird und ammoniakalischer Stickstoff biologisch durch die Mikroorganismen zu Nitriten und Nitraten oxydiert wird.

Die biologische Oxydation erschöpft den absorbierten Sauerstoff bis zu einem Punkt, bei dem die heterotropen Mikroorganismen im aktivierten Schlamm eine endogene Respiration und eine anaerobe Umwandlung von Nitrit und Nitrat in stickstoffhaltige Gase verursachen, wobei der adsorbierte organische Kohlenstoff die Denitrifizierungsgeschwindigkeit erhöht.

Der Konzentrationsgradient des gelösten Sauerstoffs wird durch die biologischen Reaktionen und die nach abwärts gerichtete Strömung der Flüssigkeit durch die erste Kammer 121 beeinflußt, wobei letztere durch das Luftvolumen reguliert wird, das durch das Gaszuführrohr 126 zum Steig- und Belüftungsrohr 124 geleitet wird.

Die biologischen Reaktionen und die Adsorption in der Kammer 121 verringern auch den Phosphatgehalt des Abwassers beträchtlich.

Da der Schlamm, der in das Steig- und Belüftungsrohr 124 eintritt, einen niedrigen Gehalt an gelöstem Sauerstoff aufweist, besteht an diesem Punkt eine beträchtliche Treibkraft für Sauerstoffübertragung, was eine rasche und wirksame Absorption von Sauerstoff durch die Biomasse und eine Sättigung der Mischung aus Flüssigkeit und Schlamm mit Sauerstoff vor der Abgabe aus den Austrittsteilen 130 zur Folge hat. Das Rohr 124 kann deshalb als »Blitzbelüfter« bezeichnet werden.

Die Geschwindigkeit des durch Luft gehobenen Schlamms im Rohr 124 ergibt zahlreiche Kollisionen von Festteilchen, was deren Abrieb und eine höhere Hydrolysegeschwindigkeit von zurückgeführten suspendierten Feststoffen zur Folge hat. Dieser Effekt kann durch die Zugabe von granulären schleifenden Feststoffen, wie z. B. granulärer Aktivkohle, zur Reaktorflüssigkeit verbessert werden.

Bei dieser Ausführungsform ersetzt deshalb der Reaktor 110 den Reaktor 10 und den Belüftungsbehälter 44, die bei der Ausführungsform von F ΐ g. 1 verwendet werden, wodurch beträchtlich die Ausrüstung und der hydraulische Bedarf des Systems vereinfacht wird. Der Reaktor 110 leistet also die folgenden Funktionen in einer einzigen kompakten Einheit: Unterteilung von suspendierten Feststoffen durch Abrieb im Rohr 124, Hydrolyse von suspendierten Feststoffen, Abtrennung von gelösten organischen Stoffen aus dem Abwasser durch Adsorption an Aktivkohle und Mikrobenzellen, biologische Oxydation von adsorbierten organischen Stoffen, biologische Umwandlung von organischem Stickstoff in ammoniakalischen Stickstoff (Ammonifizierung), biologische Oxydation von ammoniakalischem Stickstoff zu Nitrit- und/oder Nitratstickstoff (Nhrifizierung), biologische Reduktion von Nitrit- und NitratStickstoff zu stickstoffhaltigen Gasen (Denitrifizierung), biologische Reaktivierung von Aktivkohle, Sauerstoffanreicherung in abgesessenen Mikrobenzellen und Aktivkohle, und Abstreifen von flüchtigen Stoffen.
ί Die Konstruktion des Reaktors 110, wie sie in F i g. 3 zu sehen ist, ermöglicht eine Anzahl von nützlichen Effekten, wie z. B. eine wirksame Ausnutzung des Sauerstoffs der Luft, eine wirksame Mischung von aktiviertem Schlamm, eine hohe Konzentration an

in Schlamm für Bioreaktionen, einen optimalen Konzentrationsgradienten des gelösten Sauerstoffs, um die Biooxydation von organischen Stoffen zu gewährleisten, Ammonifizierung, Nitrifizierung und Denitrifizie· ru.ig in einem Reaktor, mechanisches Mahlen von

ι-, suspendierten Feststoffen durch eine hohe Geschwindigkeit des Schlamms im Blitzbelüfter, eine Ausnutzung von Oberflächenmedien zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit und Beseitigung von Luftverunreinigung. Der Abfluß aus dem Reaktor 110, der etwas mitgeführten aktivierten Schlamm und suspendierte Feststoffe aufweist und durch das Rohr 132 austritt, wird durch eine Leitung 133 zur Klärvorrichtung 112 geführt. Die Flüssigkeit in der Leitung 133 wird in die Klärvorrichtung 112 im wesentlichen tangential zur

2; Innenwand eines Behälters 137 eingeführt, und zwar durch ein Rohr 139, das am vorgesehenen Flüssigkeitspegel im Behälter 137 liegt.

Ein umgekehrt trichterförmiges Teil 138 ist unnerhalb des Behälters 137 angeordnet und definiert zusammen

)o mit letzterem eine erste Kammer 140, eine Schlammansammlungskammer 142 und eine Absitzkammer 144, wobei letztere innerhalb des trichterförmigen Teils 138 angeordnet ist.
Das trichterförmige Teil 138 besitzt einen Schürzen-

r, teil 146, der konzentrisch und im Abstand von der Innenwand des Behälters 137 angeordnet ist, einen kegelstumpfförmigen Teil 148 und einen Halsteil 150, die ebenfalls innerhalb des Behälters 137 konzentrisch angeordnet sind. Der Halsteil erstreckt sich nach oben

jo über den vorgesehenen Flüssigkeitspegel im Behälter 137.

Die Schlammansammlungskammer 142 wird auch durch einen konischen Einsatz 152 definiert, der an der Innenseite und am Boden des Behälters 137 anliegt,

4-, wodurch die Schlammansammlungskammer nach unten zum Boden des Behälters 137 einen abnehmenden Durchmesser aufweist. Ein Steigrohr 154 ist zentral innerhalb des Behälters 137 angeordnet und erstreckt sich durch die Kammer 144 und in die Schlammansamm-

-,(i lungskammer 142 bis zu einem Ort etwas über dem Boden des Behälters 137. Das Steigrohr 154 ist am unteren Ende erweitert.

Ein Gaszuführungsrohr 156 ist innerhalb des Steigrohres 154 angeordnet, wodurch Luft, Sauerstoff oder ein anderes an molekularem Sauerstoff reiches Gas eingeführt werden kann und am unteren Ende des Rohres 154 austritt und dabei Schlamm aus der Schlammansammlungskammer 142 hochhebt und während des Hochhebens belüftet, bevor er aus der

bo Klärvorrichtung 112 austritt, um durch eine Leitung 158 zum Reaktor 110 zurückgeführt zu werden.

Die Zufuhr der Flüssigkeit durch die Leitung 133 und das Rohr 139 in der Weise, daß ein rotierender Flüssigkeitskörper in der Kammer 140 erhalten wird, ergibt eine Trennung der suspendierten Feststoffe aus den mitgeführten Gasblasen auf Grund von Zentrifugalkräften. Die Gase können aus der Klärvorrichtung 112 durch ein Rohr 166 abgelassen werden.

Die suspendierten Feststoffe besitzen die Neigung« sich radial nach außen zu bewegen und sich an der Innenwand des Behälters 137 anzusammeln, während die Gasblasen nach innen und nach oben gehen, so daß eine dünne Schaumschicht an der Oberfläche der > rotierenden Flüssigkeit gebildet wird. Der Schaum wird fortlaufend durch den hereinkommenden Strom aufgebrochen, so daß er niemals überfließt, wodurch möglichen Schäumungsproblemen vorgebeugt wird. Die Feststoffe bewegen sich unter dem Einfluß der in Schwerkraft und der Flüssigkeitsströmung in der Kammer 140 durch die Kammer 140 nach unten zur Schlammansammlungskammer 142.

Die Abtrennung der Gasblasen in der ersten Kammer 140 in Form von Schaum auf der Oberseite der ι > Flüssigkeit verhindert weitgehend die Anwesenheit derartiger Blasen in den Kammern 142 und 144, wo sie die Sedimentation des Schlamms stören könnten.

Dadurch, daß ausreichend Zeit für eine wirksame Gastrennung in der ersten Kammer 140 vorgesehen ist, .>n ergeben sich auch Bedingungen, welche die Beendigung der Biooxydationsreaktionen und der Denitrifizierung durch die gemischten Mikrobenbevölkerung begünstigen. Granuläre oder pulverisierte suspendierte Feststoffe, wie z. B. Aktivkohle, können dazu verwendet werden, > > die Reaktionsgeschwindigkeiten zu steigern und die Dichte des Schlamms zu erhöhen, so daß die Geschwindigkeit und Wirksamkeit der Abtrennung der suspendierten Feststoffe erhöht wird.

Der Schlamm wird aus dem behandelten Abwasser to durch Sedimentation in der Kammer 144 abgetrennt, wobei ein weiteres Absitzen und eine weitere Verdichtung des Schlamms in der Kammer 142 stattfindet.

Der geklärte Abfluß verläßt die Klärvorrichtung 112 π durch ein Rohr 162, das mit der dritten Kammer 114 in Verbindung steht, aber keine Verbindung zur ersten Kammer 140 aufweist Der Abfluß fließt schließlich durch eine Leitung 163 ab. Der geklärte Abfluß in der Leitung 163 kann einer weiteren Behandlung unterworfen werden, wie es bei der Leitung 40 in der Ausführungsform von F i g. I beschrieben ist.

Ein Rohr 164 kann mit der Schlammansammlungskammer 142 in Verbindung stehen, um überschüssigen Schlamm nach Bedarf zu entfernen. ₄ -,

Die Klärvorrichtung 112 vollführt somit verschiedene Funktionen bei der Reinigung von Abwasser, wie z. B. Beendigung der biologischen Reaktionen, biologische Ausflockung, Schlammkoagulation, Abtrennung von suspendierten Feststoffen durch Absitzen und Schaf- -,o fung von Schlamm in vorgelüfteter Form für die Zuführung zum Reaktor 110.

Die Konstruktion der in F i g. 4 erläuterten Klärvorrichtung ergibt eine Anzahl nützlicher Effekte bei der Behandlung von Abwasser, wie z.B. eine wirksame Abtrennung von Gischt und Schaum, Bereitstellung eines großen Reaktorvolumens für die Beendigung der Biooxydationsreaktionen und der Denitrifizierung, mäßiges Mischen der Mischung aus Flüssigkeit und suspendierten Feststoffen zur Erzielung einer biologisehen Ausflockung und Koagulation, Verdichtung des abgesessenen Schlamms und Wiederbelüftung von zurückgeführtem abgesessenem Schlamm. Außerdem fällt die Notwendigkeit für eine Schlammzirkulationspumpe weg.

Die Vorgänge im Reaktor 110 und in der Klärvorrichtung 112 bringen die Menge des im System! vorhandenen Schlamms ms Gleichgewicht, wobei der Schlamm im Reaktor HO und in der Klärvorrichtung 112 zu berücksichtiget ist. Der geklärte Abfluß in dem Rohr 162 ist weitgehend frei von Schlamm.

Das erfindi.'ngsgemäfle Verfahren beinhaltet mehrere Merkmale, welche drei verschiedenen Operationen in einem Behälter ermöglichen. Diese drei Operationen sind biologische Oxydation von organischen Stoffen und stickstoffhaltigen Materialien, Nitrifizierung und Denitrifizierung. Es besteht eine wirksame und rasche Abtrennung von aufgelösten organischen Materialien aus dem Abwasser durch Adsorption an Aktivkohle und Mikrobenzellen, so daß ideale Bedingungen für die Nitrifizierung und Denitrifizierung geschaffen werden. Die Gesamtverweilzeit ist beträchtlich kleiner als bei bekannten Systemen.

Aktivkohle erhöht die Adsorptionskapazität des Systems zur Entfernung von organischen Stoffen in üen ersten Stufen des Betriebs, sorgt für eine gleichmäßige Neuverteilung von kohlenstoffhaltigen Materialien in Perioden mit hoher und niedriger BÖD-Beiastung aufgrund von Adsorption und Desorption von organischen Materialien im Verhältnis zur BOD-Könzentration, wirkt als Katalysatorträger für Oxydationsreaktionen und schafft eine poröse Struktur für Mikrobenwachstum. Der resultierende Schlamm besitzt vorzügliche Absetzeigenschaften, wodurch eine wirksame Abtrennung von suspendierten Feststoffen und ein schneller Aufbau von gemischter Mikrobenbevölkerung, die für die biologischen Reaktionen zuständig ist, gewährleistet sind.

Der für die Biooxydationsreaktionen und für die Reaktivierung von Aktivkohle erforderliche Sauerstoff wird durch Belüftung abgesessenen Schlamms geschaffen. Da die Schlammkonzentration im allgemeinen über 8000 mg/1 liegt, ist die Übertragung von Sauerstoff aus der Luft zu den Mikrobenzellen und zur Aktivkohle weitgehend direkt und verläuft nicht über eine molekulare Diffusion durch Wasser, wie es bei anderen biologischen Prozessen der Fall ist. Infolgedessen sind die auf die Mikrobenzellen übertragenen Sauerstoffmassen größer, ist das erforderliche Belüftungsvolumen kleiner und ist die Sauerstoffausnutzung besser als in herkömmlichen Systemen.

Die Erfindung wird nun durch das folgende Beispiel weiter erläutert.

Beispiel

Haushaltsabwasser wurde in einer Pilot-Anlage der in F i g. 1 erläuterten Art mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 45 400 I/Tag kontinuierlich 60 Tage lang behandelt Diese Vorrichtung blieb während dieses Zeitraums ohne Wartung, außer daß Analysenproben entnommen wurden. Der Reaktor 10 und die Klärvorrichtung 28 besaßen die gleichen Abmessungen und hatten ein Volumen von 3340 L Der Belüftungsbehälter 44 besaß ein Volumen von 21221 und ein wirksames Belüftungsvolumen von 1500 L

Haushaltsabwasser, das zur Entfernung von groben Feststoffen vorfiltriert worden war, wurde mit einer Strömungsgeschwindigkeit zwischen 22,7 und 27,2 l/min dem Reaktor 10 zugeführt, der 56,7 kg Aktivkohle enthielt Die Oberflächenkontaktzeit, berechnet aus dem Verhältnis des Volumens des Reaktors zur Strömungsgeschwindigkeit des Abwassers, variierte zwischen 2,4 und 23 Std. Während der Testperiode veränderte sich die Zusammensetzung des behandelten Abwassers stark.

Der Flüssigkeitsabstrom aus dem Reaktor 10, der mit

Il

eintr Geschwindigkeit von 22,7 bis 27,2 l/min anfiel, wurde von Zeit zu Zeit auf verschiedene Verunreinigungen getestet. Er wurde durch die Leitung 26 zur Klärvorrichtung 28 geführt, die 56,7 kg Aktivkohle enthielt, was eine Oberflächenkontaktzeit für diü darin befindliche Flüssigkeit zwischen 2,4 und 2,9 Std. ergab. Der Flüssigkeitsabstrom aus der Klärvorrichtung 28 in der Leitung 40 wurde von Zeit zu Zeit auf die Konzentration der darin befindlichen Verunreinigungen getestet. Er wurde zu einem Tiefbettaktivkohlefilter geführt Auch der Abstrom daraus wurde auf Verunreinigungen getestet.

Die gelöste Menge des Sauerstoffs, der dem Reaktor 10 zugeführt wurde, war ungefähr 8 mg/1, während im Abstrom weniger als 1 mg/1 vorhanden waren. Bei der Klärvorrichtung 28 war die Menge des gelösten Sauerstoffs ungefähr 3 bis 8 mg/1, während die Menge im Abstrom ungefähr 1 bis 4 mg/1 betrug.

Der Schlamm aus dem Reaktor 10 und der Klärvorrichtung 28 wurde durch die Leitungen 42, 46 und 48 zum Belüftungsbehälter 44 geleitet, wo er einem Gegenstromkontakt mit Luft ausgesetzt wurde. Der Luftverbrauch war ungefähr 849 bis 1132 l/.niii (30 bis 40 SCFM), wobei die Schlammkonzenti ation mehr als 8000 mg/1 betrug und die Oberflächenkontaktzeit des Schlamms im Belüftungsbehälter 44 1,1 bis 1,33 Std. war Während des 60 Tage dauernden Laufs wurde kein Schlamm abgezogen und wurde keine Aktivkohle zugegeben.

Die während der letzten 15 Tage der ersten 30 Betriebstage erhaltenen Resultate der Pilot-Anlage sind in der folgenden Tabelle I angegeben. Die Resultate aus dem 60 Tage dauernden Betrieb sind in Tabelle II angegeben.

Tabelle ! Konzentration von Verunreinigungen während der Behandlung (Schlammalter: 16 bis 32 Tage)

Verunreinigung Filtriertes Abwasser

Bereich Durchschnitt

mg/1

Reaktorabstrom

Bereich Durchschnitt

mg/1

durchschnittlich entfernt

TOC
DOC
BOD

Gesamtes N*)

Ammoniak-N

Nitrat-N

V.S.S.

Trübheit

Gesamte Coliforme

N/100 ml

(38-111)

(13-4!)

(170-297)

(8,9-56,2)

(8-54,5)

(0,9-2,6)

(67-195)

(46-167)

(45-125)

-75,1

-30,3

-208

-24,6

-22,8

-1,84

-122

-104

-76,7

(7-14,8)	-9,8
(8-9,9)	-7,3
(4,6-15,3)	-<6,45
(0,5-8,2)	-<3,52
(2-8,6)	-<2,93
(3,8-17)	-9,13
(3-12)	-7,0
(2,3-4,7)	-2 9

86.9
75.9

73,7
84,5

92.5
93,2

(2 x 10⁷-2x 10⁸)-5x 10⁷

*) Gesamtes N = Ammoniak-N plus Nitrat-N. Tabelle I (Fortsetzung)

Verunreinigung	Klärerabstrorr	I	Durchschnitt	(6-10,7)	-8,0	durchschnitt	Filtrierter	Abstrom	durchschnitt
	Bereich		(5,5-7,4)	-6,5	lich entfernt	Bereich	Durchschnitt	lich entfernt
		mg/Ig	-		%			%
	(2,9-11,6)	-<7,5	89,3		mg/1	93,7
TOC	(0,3-1,9)	-<0,8	78,5	(2,7-6,8)	-4,7	92,7
DOC	(2,5-11,3)	-<6,7	-	(1,6-4,4)	-2,2	98,9
BOD	(2,6-7)	-5,0	69,5	(1,5-2,9)	-2,3	76,4
Gesamtes N*)	(2,2-6)	-4,2	96,4	(3,3-9,7)	-<5,8	97,8
Ammoniak-N	(1,8-4,2)	-2,5	-	(0,4-0,9)	-<0,5	-
Nitrat-N	—		95,9	(3-9,4)	-<5,3	99 +
S.S.			95,9	(0,2-3,0)	->1,2	99,4
V.S.S.		96,7	(0,2-1,6)	-<0,6	99 +
Trübheit	-	(0,5-1,2)	-<0,7	99,97
Gesamte Coliforme			-15,000
N/100 ml

*) Gesamtes N = Ammoniak-N plus Nitrat-N.

13

Tabelle II Konzentration von Verunreinigungen während der Behandlung (Schlammalten 16 bis 60 Tage)

Verunreinigung	Filtriertes Abwasser	Durch	35-111	68,6	Kläre rabstrom	Durch	10,9	-	durch	Filtrierter Abstrom	Durch	3,6	durch	95
	Bereich	schnitt	15-464	29,0	Bereich	schnitt	6,7	<0,4	schnittlich	Bereich	schnitt	1,7	schnittlich	94
			55-297	1174			5,2	entfernt			2,6	entfernt	984
		mg/1	8,9-54,5	24,9		mg/1	1,1	%		mg/1	<0,4	%	>984
	0,9-2,8	1,84		6,4	84,1		5,2	-
TOC	6,3-9,1	7,6	6-20	6,4	76,8	1,4-5,4	<0,l	99
DOC	16,8-63,9	35,1	5,4-8,8	5,1	-	0,7-4,4	5,3	85
BOD	46-195	115	-	2,68	98	< 1,0-5,3	1,3	99
Ammoniak-N	46-167	94	<0,4-l,9	472	-	<0,4-0,7	0,9	99
NO₃-N	45-125	74	1,2-11,2		85,5	2,3-9,4	0,7	99
Organisches N	428-573	504	0,7-1,5		82,0	0-0,1	454	10
TN*)			1,6-11,6		94,4	2,7-9,8;
S.S.			3,0-12,2	94,5	0-3,4
v.s.s.	2,6-7,6	96,3	0-3,3
Trübheit	1,6-4,2	6,3	0,5-1,2
Gesamte	422-506		366-495
gelöste
Feststoffe

*) TN = Gesamter Stickstoff = Ammoniak-N + Nitral-N + organisches N.

Bezogen auf die vorangehenden experimentellen Resultate wurde ein Vergleich des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem vorangehend diskutierten dreistufigen biologischen System, das von Barth et al, JWPCF

Tabelle III

Band 40, Nr. 12, Seite 2040 (1968) beschrieben ist, untei Berücksichtigung der wichtigsten Parameter durchge führt. Dieser Vergleich ist in der folgenden Tabelle III zt ersehen:

Arbeitsdalen	Erfindungsgcmäß	% entfernt	Dreistufiges	15	biologisches
		3.6 95,0	System
Gesamte Verweilzeit (Std.)	5,9-7,13	7,9 95,0	-20
(Reaktor, Klärer, Belüfter)		<5,3 85,0
Belastung mit organischen Stoffen	-104	<0,4 98,5
(Ib BOD-Tag lOOOcu.ft. an den		<l,2 99 +	>0,5
Reaktoren)
Schlammbildung	0
(Ib VSS/lb BOD entfernt)		17,2*)
Abstromqualität (filtriert)	38	% entfernt
TOC, mg/1	<1.7	88,1
COD, mg/1	0,4	88,1
Gesamtes N**)	1,7	86,0
NH₁-N, mg/1	96,4
Suspendierte Feststoffe	98,9

*) Berechnet aus COD/TOC = 2,2. **) Gesamtes N = Ammoniak-N + Nitrat-N -t organisches N.

Außerdem ist beim erfindungsgemäßen Verfahren kein Methylalkohol und keine andere chemische Energiequelle für die Denitrifizierungsreaktion erforderlich. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfah rens sind aus der Tabelle 111 leicht ersichtlich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Behandlung von Abwasser, welches biologisch abbaubares, kohlenstoffhaltiges Material und stickstoffhaltige Materialien in mindestens einer nitritischen, nitratischen, nicht-nitritischen oder nicht-nitratischen Form enthält, bei dem zunächst eine biologische Oxydation des biologisch abbaubaren kohlenstoffhaltigen Materials und Nitrifizierung von nicht-nitrischem und/oder nicht-nitratischem stickstoffhaltigem Material zu Nitrit und/ oder Nitrat und daran anschließend eine Denitrifiziening von nitritischem und/oder nitratischem stickstoffhaltigem Material zu stickstoffhaltigen Gasen durchgeführt wird und darauf aus dem so behandelten Abwasser/Schlamm-Gemisch Schlamm abgetrennt und das zumindest teilweise geklärte Wasser abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydation, Nitrifizierung und Denitrifhüärung zusammen in einem Behälter auf dem Strömungsweg des Abwasser/Schlamm-Gemischs durch diesen Behälter von oben nach unten durchgeführt wird, daß die künstliche Sauerstoffzufuhr zu dem Behälter allein über nach der Denitrifiziening abgetrennten, rückgeführten Schlamm, der während eier Rückführung mit Sauerstoff behandelt wird, erfolgt, und daß die Menge des Sauerstoffs bzv·. rückgeführten Schlamms so bemessen wird, daß der Sauerstoff im Abwasser/Schlamm-Gemisch während des Durchgangs durch den unteren Behälterteil erschöpft wird.

2. Verfahren nach Ansprt.'h 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlemm pulverisierte Aktivkohle mitführt.