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VERFAHREN ZUR P#INIGUNG VON ABWASSER MIT EINEM
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HOHEN GEHALT AN ORGANISCHEN STOFFEN Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Reinigung von Abwasser mit einem hohen Gehalt an organischen Stoffen mit einem
kombinierten mikrobiologischen anaeroben und aeroben Prozeß.
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Die Abwasser mit einem hohen Gehalt an organischen Verunreinigungen,
in der Regel über 3 kg des biologischen Sauerstoffbedarfs pro m 3, wird bis jetzt
überwiegend mit anaeroben Verfahren gereinigt, welchen aerobe Nachreinigung nachfolgen
kann. Von den anaeroben Verfahren sind die saure Fermentation, die Schwefel- oder
Methangärung oder Kombinationen einzelner Verfahren die bekanntesten. Diese Verfahren
sind entweder ein- oder zweistufig.
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Die bisherigen Reinigungsverfahren besitzen eine ganze Reihe von Nachteilen.
Beispielsweise bei dem einstufigen klassischen Faulverfahren in einem Behälter wird
der Reinigungseffekt insbesondere durch die bei der anaeroben Fermentation entstehenden
Reaktionsprodukte behindert. Das Reaktionshauptprodukt der sauren Fermentation,
insbesondere der Saccharidkomponente des Substrats, stellen organische Säuren dar,
welche eine pH-Wert-
Senkung verursachen, was zur Begrenzung oder
zur vollständigen Einstellung der Methanfermentation führt. Es ist ein Verfahren
bekannt, bei dem die saure Gärung, sowie die Methanfermentation in der Zeit sowie
im Raum getrennt verlaufen. Bei diesem Verfahren ist aber die Neutralisierung der
organischen Säuren vor der-Methanfermentation erforderlich. Die Neutralisierung
wird gewöhnlich mit Kalk oder mit einem anderen Alkali durchgeführt. Der Kalkzusatz
hat aber keine günstige Wirkung auf den eigentlichen Fermentationsprozeß. Außerdem
fällt bei der Verwendung von Kalk eine größere Menge von Schlamm ab, was den Aufbau
einer Schlammwirtschaft erforderlich macht. Der Kalk verursacht auch Schwierigkeiten
bei der nachfolgenden aeroben Reinigung von Abwasser, wobei die Ausscheidung eines
Niederschlages des Kalksalzes erfolgt.
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Den Nachteil der Schwefelgärung stellt die ungenügende Stabilität
des Prozesses dar. Zur Aufrechterhaltung des Verfahrens im Gange ist eine kontinuierliche
Impfung mit einer speziell kultivierten Mikroorganismenkultur notwendig. Darüberhinaus
sind die Probleme mit der Verbrennung des Fermentationsgases, welches Schwefelwasserstoff
enthält, zu lösen; dasselbe verbrennt zu Schwefeldioxid, welches die Uiawelt belästigt
und Korrosion verursacht. Die Schwefelausnützung könnte lediglich bei den größten
Anlagen in Frage kommen; nicht einmal dort ist aber bisher die Rentabilität bewiesen
worden.
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Die genannten Nachteile beseitigt das erfindungsgemäße Verfahren zur
Reinigung von Abwasser mit einem hohen Gehalt an organischen Stoffen.
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Das Prinzip dieses Verfahrens liegt darin, daß man auf das Abwasser
in der ersten anaeroben Stufe mit einer spontan entstandenen mikrobiellen Kultur
bei einer Temperatur von 20 bis 50 0C in einem sauren Medium und bei einer spezifischen
Verweilzeit
von 0,1 bis 0,8 d.kg .m3 des abbaubaren chemischen
Sauerstoffverbrauchs einwirkt, wodurch die ursprünglich anwesenden organischen Stoffe
in ein Gemisch von organischen Säuren umgewandelt werden, welche von der in der
ersten aeroben Stufe spontan entstandenen mikrobiellen Kultur bei einer spezifischen
Verweilzeit von 0,03 d.kg#1.m3 des abbauren abbaubaren SauerduShabaudis metabolisiert
werden, wonach man in der zweiten anaeroben Stufe das Gemisch aus der ersten aeroben
Stufe mit einer spontan entstandenen anaeroben Mikroorganismenkultur einer Methanfermentation
6 bis 15 Tage lang unterwirft und gegebenenfalls noch in der zweiten aeroben Stufe,
gestaltet beispielsweise wie der an sich bekannte Aktivierungsprozeß, weiter nachreinigt.
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Nach einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens recirkuliert
man die überschüssige Biomasse aus der zweiten aeroben Stufe in die erste und/oder
in die zweite anaerobe Stufe.
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Bei dem hoch intensiven aeroben Prozeß, eingeschaltet azischen die
saure und alkalische Fermentationsstufe, werden durch die spontan wachsende Mikroorganismenkultur
die organischen Säuren physiologisch noch vor dem Eintritt in die alkalische Fermentation
beseitigt und zugleich wird die Notwendigkeit der Einstellung des pH-Wertes vor
der zweiten anaeroben Stufe ausgeschaltet.
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In der ersten aeroben Stufe kommt es zur Umwandlung von organischen
Säuren, gegebenenfalls auch von weiteren gelösten organischen Stoffen, in die Biomasse.
Dadurch erfolgt eine wesentliche Gehalts erniedrigung an gelösten organischen Stoffen
und auch eine teilweise Verminderung des chemischen Sauerstoffverbrauchs des gesamten
Gemisches, und zwar durch Einwirkung der ablaufenden biochemischen Oxydation. Nach
dieser ersten aeroben Stufe folgt die zweite anaerobe Stufe
der
Methanfermentation. Die anaerobe Methanfermentation ausgenommen, ist die erforderliche
Verweilzeit in den einzelnen Stufen in Bezug auf die Prozeßkinetik durch die sogenannte
spezifische Verweilzeit T5/d.kg#1.m3/ gegeben, welche hauptsächlich von der Verunreinigungsart,
von der Art und von der physiologischen 8aktivität der angewandten Mikroorganismenkultur
und von der Reaktionstemperatur abhängig. Das notwendige Reaktionsvolumen ist dann
durch nachfolgende Beziehung gegeben: V Ts .S.Q worin bedeuter: V - Reaktionsvolumen
- m3 spezifische Verweilzeit - d.kg#1 1.m3 S - Konzentration der Verunreinigung-kg.m#3
Q - Zufluß des Abwassers - m5.d 1 Die Verweilzeit bei der anaeroben Methanfermentation
ist in Tagen (d) angegeben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand des nachfolgenden konkreten
Beispiels der Abwasserreinigung näher erläutert.
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Beispiel Konzentriertes mit organischen Stoffen verunreinigtes Abwasser
wird durch eine Zuflußleitung in die erste anaerobe Stufe 1 geführt, wo die saure
Fermentation bei einer Temperatur von 20 bis 500 c und bei einer spezifischen Verweilzeit
T5 von 0,1 bis 1,8 d.kg#1.m3 des abbaubaren chemischen Sauerstoffverbrauchs verläuft.
Das Gemisch aus der ersten anaeroben Stufe 1 wird in die erste aerobe Stufe 2 geführt,
welche sehr oft als Chemostat oder Turbidistat realisiert wird;
sonst
wird in die erste aerobe Stufe 2 der überschüssige aktivierte Schlamm aus der zweiten
aeroben Stufe 4 zugeführt. Der zur Aufrechterhaltung des aeroben Mediums notwendige
Sauerstoff wird entweder aus der Luft oder in Reinform geliefert. Die spezifische
Verweilzeit in der ersten aeroben Stufe beträgt etwa T5 - 0,03 - 0,3 d.kg-3.,3 des
abbaubaren chemischen Sauerstoffverbrauchs.In der ersten aeroben Stufe 2 erfolgt
eine rasche physiologische Beseitigung der organischen Säuren und zum Teil auch
der weiteren gelösten organischen Stoffe, deren Umwandlung in die Biomasse und in
die entsprechenden Oxydationsprodukte, welche Kohlendioxid und Wasser darstellen.
Dadurch kommt es zur Herabsetzung der Gesamtkonzentration des chemischen Sauerstoffverbrauchs
und zur Herabsetzung der Acidität. Deswegen ist vor dem Eintritt des Gemisches in
die weitere anaerobe Stufe 3 keine Neutralisierung mehr notwendig. Dadurch wird
eine Vereinfachung des Betriebes einerseits und eine Kalkersparnis andererseits
erzielt; ferner wird die Inkrustationsbildung verhindert, und die Manipulation mit
dem Kalkschlamm fällt weg. Das Gemisch aus der ersten aeroben Stufe 2 wird in die
zweie anaerobe Stufe 3 geleitet, welche als eine alkalische Methanfermentation bei
einer Temperatur von 20 bis 500C und bei einer Verweilzeit von 6 bis 15 Tagen geführt
wird.
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Zur Erzielung einer vollständigen Abwasserreinigung leitet man das
Abwasser in die zweite aerobe Stufe 4, die als eine klassische Aktivierung mit der
Recirkulation des aktivierten Schlammes verläuft. Den überschüssigen aktivierten
Schlamm kann man vor die erste aerobe Stufe 2 dosieren, wodurch eine Konzentrationserhöhung
der Biomasse in dieser Stufe erzielt wird, was bei derselben Verweilzeit einen höheren
Reinigungseffekt zu erreichen ermöglicht. Jede der oben angeführten Stufen 1, 2,
3 und 4 kann aus einem oder mehreren Behältern bestehen. Das erfindungsgemäße Verfahren
gewährleistet eine
gute Betriebsstabilität und eine hohe Reinigungseffektivität.
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Beispielsweise bei der Reinigung des bei der Erzeugung der Zitronensäure
anfallenden Abwassers mit einer Konzentration von organischen Verunreinigungen um
20 kg.m 3 des biochemischen Sauerstoffverbrauchs und 30 kg.m 3 des chemischen Sauerstoffverbrauchs
läßt sich eine Herabsetzung des biochemischen Sauerstoffverbrauchs unter 0,1 kg.m
3 und des chemischen Sauerstoffverbrauchs unter 2 kg.m 3 erzielen Den Abfall aus
diesem Prozeß stellt neben dem gereinigten Abwasser der ausgefaulte Schlamm dar,
der sich zur Verwendung als Düngemittel eignet. Je nach den Bedingungen kann man
den Schlamm aus der aeroben Stufe zu Futtermittel verarbeiten.