DE2749971A1 - Verfahren zur behandlung von abwasser - Google Patents
Verfahren zur behandlung von abwasserInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Behandlung von Abwasser, z.B. von Hausabwässern und technischen Abwässern, um daraus die Verunreinigungen
zu entfernen.
Abwasser enthält eine Vielzahl von verunreinigenden Stoffen, vie beispielsweise biologisch abbaubare kohlenstoffhaltige Materialien,
stickstoffhaltige Materialien, die hauptsächlich in ammoniakalischer oder einer anderen Nicht-Nitrat- und/oder
Ilicht-Nitritform vorliegen, sowie Phosphatmaterialien. Diese Verunreinigungen müssen aus dem Abwasser entfernt werden, bevor
dieses wieder verwendet werden kann.
Gemäß der Erfindung werden nun kohlenstoffhaltige und stickstoffhaltige
Verunreinigungen im Abwasser in einem z\*eistufigen
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Einzelschlammverfahren entfernt. Bei diesem Verfahren wird das
Abwasser in der ersten Stufe hauptsächlich anoxischen Bedingungen ausgesetzt, um Nitrat- und/oder Nitritstickstoff (Denitrifikation)
zusammen mit kohlenstoffhaltigem Material als Stickstoff- und Kohlendioxidgas zu entfernen. Das Abwasser wird sodann
in der zweiten Stufe hauptsächlich aeroben Bedingungen ausgesetzt, um ammoniakalisehen Stickstoff in Nitrat- und/oder
Nitritstickstoff umzuwandeln (Nitrifikation). Flüssigkeit von der zweiten Stufe wird in die erste Stufe zurückgeführt, um den
Nitratstickstoff einzuführen, der von den aeroben Bedingungen
herrührt.
Das Verfahren wird gewöhnlich in zwei Reaktionstanks durchgeführt,
in denen jeweils die zwei Stufen durchgeführt werden. In jedem Tank werden die Reaktionen mit der eintretenden Flüssigkeit
entlang eines stromabwärts gerichteten Fließweges bewirkt. Die Flüssigkeit wird im Inneren jedes Tanks unter Anwendung
einer Lufthebung zirkulieren gelassen, um die löschflüssigkeit als im wesentlichen gleichförmige Suspension innerhalb des Tanks
zu halten.
Bei dem Verfahren wird ein einziger gemischter Mikrobenschlamm verwendet. Die verschiedenen Reaktionen finden statt, wenn der
Schlamm sich durch unterschiedliche Umgebungsbedingungen hindurchbewegt. Die vorwiegenden biologischen Reaktionen, die an
einem bestimmten Punkt des Systems ablaufen, hängen von der Form und Verfügbarkeit von Kohlenstoff, Stickstoff und gelöstem Sauerstoff
an diesem Punkt ab.
Abwasser, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wird und das eine relativ niedrige Konzentration an restlichen
kohlenstoff- und stickstoffhaltigen Verunreinigungen hat, wird gewöhnlich einer Schlammabtrennungsstufe zugeführt, worin der
suspendierte Schlamm von dem behandelten Abwasser abgetrennt
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wird. Der abgetrennte suspendierte Schlamm wird in die zweite
Behandlungsstufe zurückgeführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit weiteren Behandlungen
zur weiteren Reinigung des Abwassers kombiniert v/erden. Es wird bevorzugt, den Abstrom der Schlammabtrennungsstufe einer chemischen
Behandlung zur Ausfällung von Phosphor zuzuführen. Auf diese Welse wird die Phosphorverunreinigung des Anfangsabwaseers
zu einem niedrigen Wert vermindert.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Fließschema einer Abwasserbehandlungsanlage gemäß der Erfindung;
Fig. 2 einen scbematischen Querschnitt der Kohlenstoff- und
Stickstoffentfernungseinheit der Behandlungsanlage der Figur 1 und
Fig. 3 eine Aufsicht der Kläreinheit der Behandlungsanlage der Figur 1.
In der Figur 1 ist eine Abwasserbehandlungsanlage 10 dargestellt, welche eine Anzahl von Erneuerungsstufen zur Entfernung
der Verunreinigungen aus dem Abwasser enthält.
Rohes Grundabwasser oder ein anderes zu behandelndes Abwassermaterial
wird durch die Leitung 12 einem Sieb 14 zur Entfernung von groben Feststoffen zugeführt. Diese werden in der Leitung
16 gesammelt, um verworfen zu werden. Es kann jede beliebige
Siebform verwendet werden. GewUnschtenfalls kann das Sieb
14 auch weggelassen werden.
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Das rohe gesiebte Abwasser wird sodann durch die Leitung 13 einer
integrierten Kohlenstoff- und Stickstoffbehandlungseinheit 20 zugeführt, in welcher das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt
wird. Diese wird genauer im Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 beschrieben. In dieser Einheit werden kohlenstoffhaltiges
Material und stickstoffhaltiges Material zusammen mit etwas Phosphatmaterial durch biologische Oxidations- und Reduktionsreaktionen mit aktiviertem Schlamm, wobei Luft durch die Leitung
22 zugeführt wird, und durch das Zellwachstum entfernt.
Das rohe gesiebte Abwasser gelangt durch die Leitung 18 in einen
ersten Reaktortank 24, durch die Leitung 26 in einen zweiten
Reaktortank 28 und durch die Leitung 30 in einen Schlammseparator 32, bevor das von kohlenstoffhaltigen und stickstoffhaltigen
Materialien abgereicherte Wasser aus der Behandlungseinheit
20 durch die Leitung 34 ausgetragen wird.
In der Behandlungseinheit wird abgesetzter Aktivschlamm aus dem Schlammseparator 32 in den zweiten Reaktor 28 durch die Leitung
36 zurückgeführt. Die Feststoffe der Mischflüssigkeit v/erden von dem zweiten Reaktor 28 durch die Leitung 33 in den ersten
Reaktor 24 zurückgeführt.
Das behandelte Wasser in der Leitung 34 wird mit Alaun, der
durch die Leitung 40 zugeführt wird, in einem chemischen Behandlungstank 42 kontaktiert, um eine Abscheidung von Phosphat
zu bewirken. Der Tank 42 zur chemischen Behandlung kann beispielsweise die Form gemäß der US-PS 4 003 159 haben. Wie darin
beschrieben wird, wird die chemische Behandlung zur Entfernung von Phosphor in der V/eise bewirkt, daß man ein Gemisch der wasserhaltigen
phosphorhaltigen Materialien und Alaun in ein rotierendes Wirbelschichtbett von chemischem Schlamm einbringt.
Das phosphorhaltige Material wird innerhalb des Wirbelschichtbettes chemisch koaguliert, Flüssigkeit aus dem Wirbelschicht-
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bett wird in das Beschickungsgemisch zurückgeführt, um da3 Wirbelschichtbett
aufrechtzuerhalten, und die behandelte Flüssigkeit wird von dem Wirbelschichtbett abgetrennt. Bei dieser Verfahrensweise
hängen die Menge des zugesetzten Alauns und das Zurückführungsverhältnis voneinander ab. In dieser Hinsicht ist
festgestellt worden, daß eine optimale Phosphatentfernung bei einem Zurückführungsverhältnis zwischen etwa 1 : 1 und 1:3
und einer Alaunbeschickung von etwa 180 bis 200 mg/1 stattfindet.
Überflüssiger Schlamm, der in der Behandlungseinheit 20 gebildet wird, kann aus dem Schlammseparator 32 mit der Flüssigkeit
in der Leitung 34 in den Tank 42 zur chemischen Behandlung überfließen.
Er wird darin zusammen mit dem chemischen Schlamm, der durch die Alaunbehandlung gebildet wird, gesammelt.
Der in dem Tank 42 zur chemischen Behandlung gesammelte Schlamm
wird periodisch oder kontinuierlich durch die Leitung 44 in einen Schlammverdicker 46 abgezogen. Die Flüssigkeit, die von
dem Schlammverdicker 46 abgetrennt wird, kann durch die Leitung 48 in den ersten Reaktor 24 der Behandlungseinheit 20 geleitet
v/erden. Sie kann auch durch die Leitung 49 in den Schlammseparator 32 geleitet werden oder in die Einlaßleitung 34 für die
chemische Behandlung zurückgeführt werden, je nach der Wasserqualität
der Flüssigkeit. Der Abfallschlamm wird durch die Leitung
50 zum Verwerfen abgezogen.
Die chemisch behandelte Flüssigkeit wird durch die Leitung 51
in eine Ozonbehandlungskolonne 52 eingeleitet, in die Ozon durch die Leitung 54 eingeleitet wird, um weitere Verunreinigungen zu
entfernen, bevor durch die Leitung 56 in ein Filtrationsbett 58 eingeleitet wird, um suspendierte Feststoffe zu entfernen.
Das Filtrationsbett kann von Zeit zu Zeit rückgewaschen v/erden, um angesammelte Feststoffe zu entfernen. Der RUckwaschabstrom
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kann gelagert werden und dem Tank 42 zur chemischen Behandlung
während des Betriebs der Abwasserbehandlungsanlage 10 zugeführt v/erden.
Die gereinigte Flüssigkeit aus dem Kohlenstofffilterbett 5Q kann
zur Lagerung oder durch die Leitung 60 in einen Desinfektionstank 62 geleitet werden, in den Ozon durch die Leitung 64 eingeführt
wird, bevor der Abstrom durch die Leitung 66 ausgetragen
wird.
Die Figur 2 zeigt eine Ausführungsform der Behandlungseinheit genauer. Die einzelnen Tanks, nämlich der erste Reaktor 24, der
zweite Reaktor 28 und der Schlammseparator 32, liegen in Form eines aufrechten zylindrischen Tanks mit einem kegelstumpfartigen
Einsatz am unteren Teil vor, um die Ansammlung von Schlamm in den Bodenecken jedes Tanks zu verhindern.
In dem ersten Reaktortank 24 ist ein umgekehrter Trichter 110
angeordnet, wodurch der Tank 24 in eine erste Zone 112, die zwischen
der Innenwand des Tanks 24 und der äußeren Oberfläche des umgekehrten Trichters 110 angeordnet ist, und eine zweite Zone
114, die innerhalb des Trichters 110 angeordnet ist und die mit der ersten Zone 112 nur am unteren Ende des Trichters 110 in
Verbindung steht, aufgeteilt. Es wird daher ein Flüssigkeitsströmungsweg
durch den ersten Reaktionstank 24 in Abwärtsrichtung durch die erste Zone 112 von dem Einlaß 18 für das gesiebte
rohe Abwasser und in Aufwärtsrichtung durch die zweite Zone 114 zu dem Austragungsrohr 26 ausgebildet, welches mit dem
Hals 116 des umgedrehten Trichters 110 in Verbindung steht.
Bei einer alternativen Struktur kann der umgekehrte Trichter 110 vollständig weggelassen sein. Um einen Kurzschluß des Flüssigkeit
sstroms durch den Tank 24 zu verhindern, kann sich das
Austragungsrohr 26 nach unten in den Tank 24 erstrecken, um mit der Flüssigkeit an einem Zwischenniveau in dem Tank 24 in Ver-
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bindung zu stehen. Eine ähnliche Anordnung wird unten im Zusammenhang mit dem Tank 28 beschrieben.
Ein Rohr 118 erstreckt sich axial des umgekehrten Trichters 110
durch den Hals 116 und die zweite Zone 114 zu einem Ort, der an den Boden des Tanks 24 angrenzt.
Ein Paar Arme 120, 122 erstrecken sich radial des Reaktionstanks 24 von dem oberen Ende des Rohrs 113 zu einem Ort angrenzend an
die Innenwand des Tanks 24, wo sie mit Austragungsrohren 124, 126 in Verbindung stehen, welche angrenzend an das vorgesehene
FlUssigkeitsniveau in der ersten Zone 112 angeordnet sind.
Das Rohr 118, die Arme 120, 122 und die Austragungsrohre 124, 126 ergeben einen Strömungsweg von dem unteren Ende des Tanks 24
zu dem oberen Teil der ersten Zone 112 ohne eine andere Verbindung des Flüssigkeitsstroms mit der Flüssigkeit in dem Tank 24
als an dem unteren Ende des Rohrs 118. Sie gestatten eine innere Zurückführung der MischflUssigkeit in den Tank 24.
Ein zweites axiales Rohr 128 erstreckt sich durch das Rohr 118 zu dessen unteren Ende. Es dient dazu, Luft oder ein anderes
sauerstoffhaltiges Gas in den Tank 24 am unteren Ende des Rohrs 118 einzuleiten, um eine innere Flüssigkeitszurückführung aufrechtzuerhalten
.
Der zweite Reaktortank 28 hat eine zylindrische Buchse 130, die sich axial des Tanks 28 erstreckt und eine erste Zone 132 definiert,
v/elche zwischen der Innenwand des Tanks 28 und der äußeren Oberfläche der Buchse 130 angeordnet ist. Die Buchse 130
kann gewünschtenfalls weggelassen werden.
Es wird daher einFlUssigkeitsströmungsweg durch den zweiten Reaktionstank 28 in Abwärtsrichtung durch die erste Zone 132
von dem Einlaßrohr 26 zu dem Austragungsrohr 30, welches sich
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zum unteren Ende der Buchse 130 erstreckt, ausgebildet. Der Flüssigkeitsstrom
durch die Kombination der zwei Reaktortanks 24 und 28 strömt daher von dem Abwassereinlaßrcar 18 in Abwärtsrichtung
um die Außenseite des umgekehrten Trichters 110 herum, in Aufwärtsrichtung zu dem Austragungsrohr 26 innerhalb des umgekehrten
Trichters 110 und in Abwärtsrichtung von dem Eintrittsrohr 26 um die Außenseite der Buchse 130 herum zu dem Austragungsrohr
30 innerhalb der Buchse 130. Wenn der Trichter 110 weggelassen wird und sich das Austragungsrohr 26 nach unten in
den Tank 24 hineinerstreckt, dann strömt der Flüssigkeitsstrom in dem ersten Tank 24 in Abwärtsrichtung von dem Abwassereintrittsrohr
18 zu dem Austragungsrohr 26.
Gewünschtenfalls kann der zweite Reaktionstank 28 mit einem umgekehrten
Trichter in identischer V/eise zu dem Tank 24 versehen sein, wobei die Austragungsleitung 30 mit dem oberen Ende des
umgekehrten Trichters in Verbindung steht. In diesem Falle strömt Flüssigkeit innerhalb des Trichters nach oben zu dem Austragungsrohr
30.
Ein Rohr 136 erstreckt sich axial der Buchse 130 von deren Oberseite
durch die Innenzone 134 der Buchse 130 und grenzt dann an den Boden des Tanks 28 an. Ein Paar Arme 13<3 und 140 erstrecken
sich radial des Reaktionstanks 23 vom oberen Ende des Rohrs 136 zu einer Stelle, angrenzend an die Innenwand des Tanks 28, wo
sie mit den Austragungsrohren 142 und 144 in Verbindung stehen, die angrenzend an das vorgesehene Flüssigkeitsniveau in der ersten
Zone 132 angeordnet sind.
Die Rohre 136, die Arme 138, 140 und die Austragungsröhre 142,
144 bilden einen Strömungsweg zwischen dem unteren Ende des Tanks 28 zu dem oberen Teil der ersten Zone 132 ohne eine andere
Verbindung des Flüssigkeitsstroms mit der Flüssigkeit in dem Tank 28 als am unteren Ende des Rohrs 136 aus und gestatten
eine innere Zurückführung der Mischflüssigkeit in den Tank 23.
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Ein zweites axiales Rohr 146 erstreckt sich durch das Rohr 136
zu dessen unterem Ende. Es dient dazu, Luft oder ein anderes,
molekularen Sauerstoff enthaltendes Gas in den Tank 28 am unteren
Ende des Rohrs 136 einzubringen, um die innere Zurückführung der Flüssigkeit aufrechtzuerhalten und den erforderlichen
Sauerstoff zur Verfügung zu stellen, wie es unten näher beschrieben werden wird.
Ein drittes Rohr 148 erstreckt sich im Inneren der Buchse 130
in Abwärtsrichtung und parallel zu dem Rohr 136 zu einem Ort, angrenzend an das untere Ende des Tanks 28. Es steht an seinem
anderen Ende mit dem ZurUckführungsrohr 38 in Verbindung, welches
sich in den ersten Tank 24 erstreckt. Das dritte Rohr 148 und das Rohr 38 bilden einen Strömungsweg vom unteren Ende des
zweiten Tanks 28 zum oberen Teil der ersten Zone 112 in dem ersten
Tank 24 zur Zurückführung der Mischflüssigkeit aus dem zweiten Tank 28 in den ersten Tank 24 aus.
Ein viertes Rohr 150 erstreckt sich axial des Rohrs 148, um an
dessen unteres Ende anzugrenzen. Es dient dazu, Luft in das Rohr 148 einzuleiten, um eine Luftförderung der gemischten Flüssigkeit
entlang des Zurückführungsströmungswegs von dem zweiten Tank 28 zu dem ersten Tank 24 zu erzielen.
In dem Schlammseparatortank 32 ist ein umgekehrter Trichter 152 angeordnet, wodurch die Kläreinheit in Zonen aufgeteilt wird,
daß ein Strömungsweg der Flüssigkeit von dem Einlaßrohr 30 zunächst in Abwärtsrichtung zwischen der äußeren Wand des umgekehrten
Trichters 152 und der Inneren Wand des Tanks 32 und sodann in Aufwärtsrichtung im Inneren des umgekehrten Trichters
zu dem Auslaßrohr 34 ausgebildet wird.
Ein Rohr 154 erstreckt sich axial des umgekehrten Trichtere 152 durch den Hals 156 zu einer Stelle, die an den Boden des Schlamm-
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separatortanks 32 angrenzt. Das Rohr 154 steht an seinem oberen
Ende mit dem Zurückführungsrohr 36 in Verbindung, so daß die Rohre 154 und 36 einen Strömungsweg zwischen dem unteren Ende
des Tanks 32 und dem oberen Teil der ersten Zone 132 in dem zweiten Reaktionstank 28 zur Zurückführung des abgesetzten
Schlammes in den zweiten Reaktionstank 28 ausbilden.
Ein zweites axiales Rohr 158 erstreckt sich im Inneren des Rohrs
154 zu einer Stelle, angrenzend an dessen unteres Ende, um Luft in das Rohr 154 einzuleiten, damit Schlamm entlang des Zurückführungsströmungswegs
aus dem Klärtank 32 in den zweiten Reaktionstank 28 lultgefördert wird.
Der Schlamm, der durch die Behandlungseinheit 20 strömt, ist ein Mischungsschlamm, d.h. eine Kombination aus fadenförmigen
Organismen und Stickstoffgasbläschen, die innerhalb der Mischflüssigkeit enthalten sind. Es wurde festgestellt, daß ein mäßiges
Rühren der Mischflüssigkeit das Absetzen verstärkte, wodurch eine Koagulierung der Schlammteilchen zu einer schwereren
Masse bewirkt wurde. Es wird bevorzugt, die einströmende Flüssigkeit in den Schlammseparatortank 32 als langsam rotierende
Masse außerhalb des umgekehrten Kegels 152 vorzusehen, um eine Flockulierung des Schlamms um den umgekehrten Kegel 152 herum
zu verbessern und die Absetzbarkeit des Schlamms zu erhöhen. Eine typische Umdrehungsgeschwindigkeit ist etwa 1,5 Umdrehungen
pro min.
Wie aus der Draufsicht der Figur 3 ersichtlich wird, kann eine Rotation der Flüssigkeit innerhalb des Klärtanks 32 erhalten
werden, indem man die eintretende Beschickung in der Leitung in drei gesonderte Ströme 160, 162 und 164 auftrennt, die um die
Außenseite des Kegels 156 in ungefähr tangentialer Weise ausgetragen werden.
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Beim Betrieb der Behandlungseinheit 20 v/ird Kloakenwasser oder
ein anderes Abwasser, das durch die Leitung 18 in den ersten Reaktionstank 24 eingeleitet v/ird, mit zurückgeführter Mischflüssigkeit
von dem zweiten Tank 23 und mit innen zurückgeführter Mischflüssigkeit vermischt. Die Rezirkulierungsgeschwindigkeit
der Mischflüssigkeit innerhalb des Tanks 24 ist ausreichend, um den Schlamm innerhalb des Tanks 24 in im wesentlichen gleichförmiger
Suspension zu halten.
Der in der Flüssigkeit an der Oberseite der Zone 112 gelöste Sauerstoff und Sauerstoff, der durch Einspritzen der Zurückführungsströme
in die Flüssigkeit im ersten Tank 112 aufgenommen wird, wobei ein momentan höherer Gehalt an gelöstem Sauerstoff
erhalten v/ird als in der Flüssigkeit, die den Tank 28 durch die Leitung 38 verläßt, ist ausreichend, daß aerobische Reaktionen
im Strömungsweg der Flüssigkeit durch den Tank 24 aufrechterhalten werden mit Einschluß einer Umwandlung von ammoniakalischem
Stickstoff zu Nitrat- und/oder Ilitritstickstoff und Umwandlung von kohlenstoffhaltigem Material zu Kohlendioxid. Es wird bevorzugt,
an der Oberseite der Zone 112 eine Konzentration an gelöstem Sauerstoff von weniger als etwa 0,5 mg/1 vorzusehen.
Wenn sich die Flüssigkeit nach unten durch die Zone 112 bewegt, wird der für aerobe Reaktionen verfügbare Sauerstoff rasch
verringert und es beginnt eine anoxische Umwandlung von Nitrat- und/oder Nitritstickstoff zu Stickstoffgas (Denitrifikation)
mit einem damit verbundenen Verbrauch an gelöstem Kohlenstoff. Dies führt zu einer typischen Konzentration von gelöstem Sauerstoff
am unteren Ende des Tanks von weniger als 0,1 mg/1. Durch die Denitrifikation wird die Nitrat- und/oder Nitritkonzentration
der Flüssigkeit zu einem niedrigen Viert vermindert.
Anoxische Reaktionen herrschen in dem Reaktionstank 24 vor. Durch diese Reaktionen wird zusammen mit dem Zellv/achstum der Kohlen-
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stoffgehalt des eintretenden Abwassers fast vollständig eliminiert.
Das Zellwachstum trägt auch zu einer gewissen Stickstoff-
und Sauerstoffentfernung bei. Etwas Mischflüssigkeit wird innerhalb
des Tanks 24 durch das Rohr 118 zurückgeführt. Diese zurückgeführte
Mischflüssigkeit wird während der Zurückführung oxygeniert, wodurch der erforderliche gelöste Sauerstoff in der
Mischflüssigkeit erhalten wird, und die Mischflüssigkeit wird durchgemischt. Gase, die sich in dem ersten Reaktionstank 24
bilden, werden abgelassen.
Die Rezirkulationsgeschwindigkeit der gemischten Flüssigkeit von dem zweiten Tank 28 durch die Leitung 38 ist größer als die
Fließgeschwindigkeit der äußeren Flüssigkeit des Tanks 24 durch die Leitung 18. Bei steigener Zurückführungsgeschwindigkeit
nimmt die Konzentration an flüchtigen suspendierten Feststoffen der Mischflüssigkeit im Tank 24 zu, wodurch ihrerseits die
Stickstoffentfernungsfähigkeit des Reaktors auf ein Maximum erhöht wird. Gewöhnlich beträgt die Zurückführungsgeschwindigkeit
durch die Leitung 38 etwa 2CO bis etwa 500?ά der Fließgeschwindigkeit
der äußeren Flüssigkeit in den Tank 24 durch die Leitung 18.
Bei der Beschreibung der Bedingungen, die in dem ersten Tank vorliegen, wird die Bezeichnung "anoxische" im Gegensatz zu
"anaerob1' bevorzugt, da letztere Bezeichnung auf eine vollständige Abwesenheit von Sauerstoff hinweist, während die erstere
Bezeichnung die Anwesenheit von Sauerstoff, wie es im Tank 24 der Fall ist, zuläßt.
Mischflüssigkeit, die von dem Tank 24 in den zweiten Tank 2Ö
überfließt und die einen niedrigen Gehalt an gelöstem kohlenstoffhaltigen Material und Nitrat- und/oder Nitritstickstoff
aufweist, die jedoch immer noch die Hauptmenge des ammoniakalischen Stickstoffs des ursprünglichen Abwassers enthält, wird
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mit dem zurückgeführten abgesetzten Schlamm vom Schlammseparator 32 und innen zurückgeführter oxygenierter Mischflüssigkeit vermischt,
wodurch eine Mischflüssigkeit an der Oberseite der Zone 132 erhalten wird, welche eine hohe Konzentration an gelöstem
Sauerstoff hat.
Die Zurückführungsgeschwindigkeit der Mischflüssigkeit in den
Reaktionstank 28 ist erheblich höher als innerhalb des Tanks 24, was auf die erforderliche höhere Konzentration an gelöstem Sauerstoff
in dem Tank 23 zurückzuführen ist. Sie dient dazu, die Aufschlämmung innerhalb des Tanks 28 in im wesentlichen gleichförmiger
Suspension zu halten.
In dem Tank 28 sollte die Konzentration des gelösten Sauerstoffs
in der Mischflüssigkeit an der Oberseite der Zone 132 ausreichend sein, daß hauptsächlich aerobe Bedingungen innerhalb
der Zone 132 ausgebildet v/erden. Vorzugsweise ist die Konzentration
an gelöstem Sauerstoff mehr als 2 mg/1.
Die aeroben Bedingungen, die in dem Tank 28 vorherrschen, führen zu einer Umwandlung von ammoniakalischem Stickstoff in Nitrat-
und/oder Nitritstickstoff, bis der Sauerstoffgehalt nicht ausreichend ist, daß aerobe Bedingungen aufrechterhalten
werden und anoxische Reaktionen stattfinden. Die Konzentration an gelöstem Sauerstoff der Mischflüssigkeit, die in das Rohr
eintritt, um in den ersten Reaktionstank 24 zurückgeführt zu v/erden, ist ungefähr genauso groß wie diejenige der Mischflüssigkeit
an der Oberseite der Zone 112 in dem Tank 24 und vorzugsweise weniger als 0,5 mg/1.
Das Sauerstoffvolumen, das in der Behandlungseinheit 20 zur Entfernung
von stickstoffhaltigen und kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen verwendet wird, ist erheblich geringer als von der
Environmental Protection Agency (EPA), USA, für ausgedehnte belüftete AbwasSerbehandlungsanlagen - denen das erfindxingsgemäße
System am stärksten ähnlich ist - empfohlen wird.
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Bei dem erfindungsgemäß vorgesehenen Abwasserbehandlungssystem
werden kohlenstoffhaltige Verunreinigungen in dem eintretenden Abwasser hauptsächlich durch Oxidation durch den Sauerstoff, der
mit Stickstoff in dem Nitrat und/oder Nitrit chemisch gebunden ist, in dem ersten Tank 24 unter anoxischen Bedingungen entfernt,
obgleich eine gewisse Entfernung des kohlenstoffhaltigen Materials durch eine direkte Oxidation unter aeroben Bedingungen
und ein Zellwachstum stattfindet. Die Anwendung von chemisch gebundenem Sauerstoff zur Oxidation von kohlenstoffhaltigem
Material wandelt auch Nitrat und/oder Nitrit in Stickstoffgas um, wodurch diese Verunreinigung entfernt wird.
Gemäß der Erfindung ist Sauerstoff in dem System hauptsächlich deswegen erforderlich, um ammoniakalischen Stickstoff in dem
eintretenden Abwasser zu Nltratstickstoff zu oxidieren. Diese
Sauerstoffanwendung steht im ausgeprägten Gegensatz zu herkömmlichen Abwasserbehandlungssystemen, wo Sauerstoff dazu verwendet
wird, um sowohl kohlenstoffhaltiges Material als auch ammoniakalischen Stickstoff vor der nachfolgenden Entfernung des resultierenden
Nitrat- und/oder Nitritsstickstoffs durch biologische Denitrifikation unter Anwendung einer zugesetzten Kohlenstoff
quelle, wie z.B. Methanol, zu oxidieren. Dieser fundamentale Unterschied ermöglicht die Anwendung von erheblich weniger
Sauerstoff als es vom EPA für ausgedehnte belüftete Anlagen empfohlen wird.
Der Sauerstoff, der in den zweiten Tank 28 eingeleitet wird, wird so kontrolliert, daß die oben erwähnten hauptsächlich aerobischen
Bedingungen erhalten werden. Vorzugsweise wird die Sauerstoffbeschickungsgeschwindigkeit so kontrolliert, daß gewährleistet
v/ird, daß anoxische oder im wesentlichen anoxische Bedingungen in der Flüssigkeit vorherrschen, welche den Tank 23
zur Zurückführung in den Tank 24 verlassen, so daß hauptsächlich anoxische Bedingungen in dem Tank 24 vorliegen und wirksame
anoxische Reaktionen stattfinden können.
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Die Beschickungsgeschwindigkeit des Abwassers durch die Leitung 18 in die Behandlungseinheit 20 kann durch Anwendung geeigneter
Fließaus- .eichungssysteme im wesentlichen konstant gehalten werden.
Eine der Vielseitigkeiten der Behandlungseinheit 20 besteht jedoch darin, daß diese dazu imstande ist, variierbare
Ströme des eintretenden Abwassers bis zu der hydraulischen Grenze des Systems sov/ie variierbare Konzentrationen der Verunreinigungen
in dem eintretenden Abv/asser zu handhaben und daraus v/irksam stickstoffhaltige und kohlenstoffhaltige Materialien zu
entfernen. Wenn die Einheit 20 unter variierbaren Strömungsbedingungen betrieben wird, dann wird es gleichfalls bevorzugt,
die Sauerstoffströmungsgeschwindigkeit in den zweiten Tank 23 zu
variieren, daß in diesem Tank hauptsächlich aerobische Bedingungen und in dem Tank 24 hauptsächlich anoxische Bedingungen aufrechterhalten
werden.
Bei dem in der gezeigten Ausführungsform der Erfindung verwendeten
Zwei-Reaktionstank-System sind die Verunreinigungen in dem eintretenden Abwasser einem symbiotischen Prozeß mit einem einzigen
biologischen Schlamm unterworfen, bei dem die Verunreinigungen zunächst aeroben Reaktionen über einen kurzen Zeitraum
und sodann anoxisehen Bedingungen in dem Tank 24 unterworfen
werden und sodann aeroben Bedingungen über einen langen Zeitraum und hierauf anoxischen Bedingungen in dem Tank 28 unterworfen
werden, wobei eine Zurückführung von dem Tank 28 in den Tank 24 vorgesehen ist, um eine Verarmung an Nitrat- und/oder
Nitritstickstoff zu bewirken.
Der biologische Schlamm in beiden Tanks ist zwar der gleiche,
doch treten unterschiedliche Reaktionen auf, da sich gemischte Mikrobenpopulationen durch verschiedene Umweltbedingungen innerhalb
der Tanks bewegen. Die Form und die Verfügbarkeit von Kohlenstoff, Stickstoff und gelöstem Sauerstoff an jedem Punkt
des Tanks bestimmt die vorwiegenden mikroblellen Reaktionen, die an diesem Punkt stattfinden.
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Der Gehalt an verunreinigenden kohlenstoffhaltigen und stickstoffhaltigen
Materialien wird in den Tanks durch aerobe und anoxische Reaktionen, die darin stattfinden, in Kombination mit
dem Schlammzellenwachstum auf niedrige Werte gesenkt. Phosphatmaterial wird ebenfalls durch das Zellwachstum des Schlamms entfernt.
Die Mischflüssigkeit aus dem zweiten Reaktionstank 28 fließt in
den Schlammseparator 32 über, worin ein Absetzen von Schlamm stattfindet, was gestattet, daß ein überstehender klarer Abstrom
durch die Leitung 34 entfernt werden kann. Die periodische Verwerfung von überschüssigem Schlamm aus dem System ist erforderlich.
Dies wird in der Weise erzielt, daß Schlamm mit dem Abstrora in der Leitung 34 zu dem Tank 42 für die chemische Behandlung
überfließen kann, aus dem er mit dem chemischen Schlamm durch die Leitung 44 in den Schlammverdicker 46 abgezogen wird.
Alternativ kann derSchlanim auch von dem Schlammseparatortank 32
verworfen werden, indem eine Schlammpumpe verwendet v/ird, die mit dem Tank 32 oder der Zurückführungsleitung 36 verbunden ist.
Die Zurückführungsgeschwindigkeit des abgesetzten Schlamms von dem Schlammseparator 32 durch die Leitung 36 in den Tank 28 beträgt
im allgemeinen mindestens 3OO?o des Flusses des Abwassers
in den Tank 24. Sie ist mindestens ausreichend, daß eine genügende Rotation des Schlammes in dem Tank 32 erhalten wird, daß
eine Flockulierung bewirkt wird und eine hydraulische Last auf den Schlammseparator 32 ausgeübt wird, welche eine anaerobe Zersetzung
des Schlamms in dem Separator verhindert.
Die Konzentration der Mischflüssigkeit in dem zweiten Tank 28 variiert von etwa 3000 bis etwa 7000 mg/1, vorzugsweise von etwa
4000 bis etwa 5000 mg/1, was einem allgemeinen Bereich von flüchtigen suspendierten Feststoffen der Mischflüssigkeit von
etwa 2500 bis etwa 6000 mg/1, vorzugsweise etwa 3400 bis etwa 4500 mg/1, entspricht.
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Wie oben erwähnt,, bestimmt sich die Konzentration der Miscliflüssigkeit
in dem ersten Tank 24 durch die Zurückführungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit von dem zweiten in den ersten Tank
durch die Leitung 33 im Vergleich zu dem eintretenden strom des
Abwassers durch die Leitung 1ö. Da die Konzentration des Hitratstickstoffs
in der Flüssigkeit, der aus dem Tank 24 in den Tank 28 strömt, durch eine erhöhte Konzentration an flüchtigen suspendierten
Feststoffen in der Mischflüssigkeit in dem Tank 24 vermindert wird, wie es oben erwähnt wurde, ist das Verhältnis
der Konzentration der flüchtigen suspendierten Feststoffe in der Mischflüssigkeit in dem Tank 24 zu derjenigen in dem Tank 23
ungewöhnlich hoch und reicht an 1 : 1 heran und beträgt typischen/eise
etwa 0,8 : 1.
Es hat sich gezeigt, daß die Behandlungseinheit 20 dazu wirksam ist, um stickstoffhaltige und kohlenstoffhaltige Verunreinigungen
zu entfernen. Sie entfernt etwa 0,006 bis etwa 0,057 g ammoniakalischen Stickstoff pro g flüchtige suspendierte Feststoffe
der Mischflüssigkeit pro Tag, vorzugsweise etwa 0,02 g NH-z-N/g
flüchtige suspendierte Feststoffe der Mischflüssigkeit/Tag, etwa 0,011 bis etwa 0,054 g Gesamtstickstoff pro g flüchtige suspendierte
Feststoffe der Mischflüssigkeit pro Tag, vorzugsweise etwa 0,031 g Gesamtstickstoff/g flüchtige suspendierte Feststoffe
der Mischflüssigkeit/Tag, und etwa 0,017 bis etwa 0,112 g lösliche organische Kohlenstoffwerte/g flüchtige suspendierte
Feststoffe der Mischflüssigkeit/Tag, vorzugsweise etwa 0,040 g lösliche organische Kohlenstoffwerte/g flüchtige suspendierte
Feststoffe der MischflUssigkeit/Tag.
Hierin bedeutet NHyN die ammoniakalisehen Stickstoffwerte, ausgedrückt
als mg/1 Stickstoff. Der Gesamtstickstoff ist der Summe von Gesamt-Kjeldahl-Stickstoff, ΝΟ,Η und NOgN, ausgedrückt in
mg/1 Stickstoff, gleich. N0*N bedeutet den Nitratstickstoff, angegeben
als mg/1, und NO2N bedeutet den Nitritstickstoff, angegeben
als mg/1. Der lösliche organische Kohlenstoff ist als mg/1 Kohlenstoff angegeben.
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Obgleich die Wirksamkeit der Entfernung der Verunreinigungen aus eintretendem Rohabwasser in dem System gemäß den Figuren 1
bis 3 entsprechend verschiedenen Faktoren variieren kann, sind doch im Einklang stehende Gesamtleistungen bei längeren Betriebszeiten
von mehr als etwa S0% Stickstoffentfernung, mehr
als etwa 90?£ Gesamtkohlenstoffentfernung und mehr als etwa 95%
BODc-Entfernung durch die Behandlungseinheit 20 sowie von mehr
als etwa 95/4 Phosphorentfernung durch die Behandlungseinheit
und den Tank 42 zur chemischen Behandlung festgestellt worden.
Die BODc-Vferte sind die Werte des biochemischen Sauerstoffbedarfs
von 5 Tagen.
Diti Behandlungseinheit 20 arbeitet in Abwesenheit von zugesetzter
Aktivkohle wirksam. Es hat sich gezeigt, daß die Anwesenheit von zugesetzter Aktivkohle wenig oder keinen Effekt auf die
Entfernung der verunreinigenden Stoffe ausübt, obgleich das Vorhandensein von Aktivkohle die Absetzbarkeit des Schlamms verbessern
kann.
Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert. Beispiel 1
Ein Abwasserbehandlungssystem gemäß Figur 1 wurde kontinuierlich unter Versuchsanlagebedingungen bei einer durchschnittlichen Umgebungstemperatur
von etwa 14° C über einen Zeitraum von 16 Wochen
betrieben. Es wurden Haushaltsabwässer eines angrenzenden Wohngebiets behandelt. Dem System wurde keine Aktivkohle zugesetzt.
Die Dimensionen der Einheiten des Systems sind in der folgenden Tabelle I zusammengestellt.
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-Vf-
Einheit
Höhe (m) Durch- effekti-Gesamt effektiv messer ves Vo-
(m) lumen
Reaktor 24 | 3,1 | 2,9 | 2,0 . | 7760 |
Reaktor 23 | 3,1 | 2,9 | 2,0 | 7760 |
Separator 32 | 3,1 | 2,9 | 2,0 | 3736 |
chemische Behandlung 42 | 3,1 | 2,7 | 2,0 | . .7509 |
Ozonkolonne 52 | 4,6 | 4,6 | 0,1 | 83 |
Filter 56 | 3,1 | 1,8 | 0,6 | 893 |
Desinfektion 62 | 4,6 | 4,6 | 0,6 | 1336 |
Verdicker 46 | 3,2 | 3,0 | 1,2 | 3452 |
Die Strömungsgeschwindigkeiten der Flüssigkeit durch das System und die Luftströmungsgeschwindigkeiten sind in der Tabelle Il
zusammengestellt:
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Strömung Geschwindigkeit Luft
cm-Vsec */
473 | 1938 | 2360 |
3786 | 600 | 236 |
757 | 118 | |
126 | ||
1357 | 11800 | |
15144 | 944 | |
1388 | ||
Leitung 12 für rohes Abwasser
Reaktor 24 für die innere Zurückführung
Reaktor 28 zu Reaktor 24
Leitung 38
Leitung 38
Schlammverdickerflüssigkeit in Leitung 48 oder Leitung 49
Leitung 26
Reaktor 28 zur inneren Zurückführung
Separator 32 zu Reaktor 28
Leitung 36
Leitung 36
Leitung 30
Leitung 34
Leitung 34
Eingang in die chemische Behandlung 42 1073 236
Zurückführung in der chemischen Behandlung 42 473
Leitung 51 473
Leitung 44 126
Leitung 56 473
Leitung 60 473
Leitung 66 473
Während der Testperiode wurde die Wasserqualität des eintretenden Abwassers und des Endabstroms anhand von Proben bestimmt,
welche 24 h pro Tag alle 15 min abgenommen wurden. Daraus wurden die wöchentlichen Mittelwerte für die verschiedenen verunreinigenden
Stoffe bestimmt. Diese sind in der Tabelle III zusammengestellt.
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Wo- ΝΗ,-Ν NO»-N NO2-N GKN GP 1 POj-P GOK BOD5
ehe mg/1 mg/1 mgfl mg/1 mg/1 mg/r* mg/1 mg/1
Nr. Ab- Ab- Ab- Ab- Ab- Ab- Ab- Ab- Ab- Ab- Ab- Ab-j Ab- Ab- Ab- Ab-
was- strom was- strom was- strom was- strom was- strom was- strom was- strom was- strom
ser ser ser ser ser ser ser ser
"Ϊ 21,4 0,25 0,1 8,64 0,1 0,02 31,4 0,5 5,3 0,19 3,7 0,16 - 4^3 213. 5
2 24,0 0,07 0,17 7,49 0,03 0,01 26,5 0,5 5,5 0,12 4,1 0,16 - 6,6 189 5
3 20,1 0,14 0,15 8,0 0,08 0,01 30,5 0,2 5,3 0,19 3,5 0,11 - 5,3 407 2
4 22,6 0*07 0,18 5,69 0,27 0,02 31,5 0,2 4,9 0,08 3,4 0,13 - 3,5 394 4
oo 5 19,2 0,10 2,09 3,311,04 0,01 25,7 0,3 6,2 0,34 3,3 0,26 - 3,7 425 4
S 6 19,7 0,05 3,04 4,62 0,56 0 23,5 0,2 4,8 0,08 2,3 0,07 - 2,9 173 5
S 7 19,9 0,27 1,26 2,55 0,18- 24,8 1,02 5,7 0,07 3,9 0,03 60 5,5 143 3
■-r 8 19,4 0,24 1,28 2,86-0,16- 24,8 0,25 4,4 0,05 3,2 0,05 53 6,2 122 3
S 9 18,9 0,06 1,61 4,53 0,16 - 27,5 0,35 4,3 0,02 3,5 0,05 55 4,9 146 2
ο 10 18,2 0,15 1,07 4,03 0,17- 28,10,40 5,0 - 2,9 0,03 84 3,7 118 2
1^ 11 - - 2,40 6,04 0,44- - - - 2,9 0,02 96 6,0 138 5
12 37,5 0,17 2,91 3,10 0,69 - 38,0 0,50 2,9 0,1 2,5 0,05 91 2,4 147 1
13 31,6 0,05 4,91 2,88 0,42 0,01 33,4 0,50 3,6 0,1 2,4 0,03 78 2,5 119 1
14 29,0 0,27 2,87 3,38 0,43 - 30,8 0,50 5,6 0,1 4,0 - 81 3,2 121 1
15 23,7 0,67 5,64 4,11 0,18 0,01 37,5 1,79 6,4 0,1 3,7 0,02 75 4,2 139 2
16 20,6 1,27 5,31 5,11 0,50 0,01 42,3 2,60 5,5 0,1 4,4 0,05 81 4,2 161 2
Fußnoten:
NIU-N bedeutet ammoniakalisehen Stickstoff.
ΝΟ,-Ν bedeutet Nitratstickstoff. NO2-N bedeutet Nitritstickstoff.
GKN bedeutet Gesamt-Kjeldahl-Stickstoff.
GP bedeutet Gesamtphosphor»' IPO^-P bedeutet löslichen Phosphor.
GOK bedeutet gesamtorganischen Kohlenstoff, bedeutet chemischen Sauerstoffbedarf.
Aufgrund der Werte der Tabelle III wurden die Entfernungsleistungen
für Stickstoff, Kohlenstoff und Phosphor des Systems bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle IV zusammengestellt.
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Woche
Nr. |
3 | 4 | Gesamtstickstoff GKN+N0,+N02 mg/1 Abwas- AbStrom ser |
9,16 | % Entfer- nung |
Gesamtphosphor mg/1 Abwas- Abstrom % Ent- ser fernung |
0,1 | 96,4 | Gesamtkohlenstoff mg/1 Abwas- Ab- % Ent- ser strom fernung |
5,5 | 90,8 | BOD5 - Abwas ser |
mg/1 Ab strom |
5&nt
fer- r^xng |
|
1 | 5 | 31,51 | 8,00 | 70,9 | 5,3 | 0,12 | 97,8 | 6,2 | 88,3 | ||||||
2 | 6 | 26,70 | 8,21 | 70,0 | 5,5 | 0,19 | 96,7 | 4,9 | 91,1 | ||||||
7 | 30,73 | 5,91 | 73,3 | 5,8 | 0,15 | 99,0 | 3,7 | 95,6 | |||||||
8 | 31,95 | 3,62 | 81,5 | 4,9 | 0,34 | 94,5 | 6,0 | 93,8 | |||||||
9 | 28,83 | 4,82 | 87,4 | 6,2 | 0,08 | 98,3 | 2,4 | 97,4 | |||||||
co | 10 | 27,10 | 3,57 | 72,2 | 4,8 | 0,07 | 98,7 | 2,5 | 96,8 | ||||||
O co |
11 | 26,24 | 3,11 | 86,4 | 5,7 | 0,05 | 93,5 | 60 | 3,2 | 96,1 | 143 | 3 | 97,9 | ||
co K\ |
12 | 26,24 | 4,88 | 88,1 | 4,4 | 0,02 | 99,5 | 53 | 4,2 | 94,4 | 122 | 3 | 97,5 | ||
13 | 29,27 | 4,43 | 83,1 | 4,3 | - | - | 55 | 4,2 | 94,8 | 146 | 2 | 93,6 | |||
O | 14 | 29,34 | - | 84,9 | - | - | - | 84 | 118 | 2 | 93,3. | ||||
-J O |
15 | 3,6 | - | - | 0,1 | 96,5 | 96 | 133 | 5 | 96,4 | |||||
16 | 41,60 | 3,39 | 91,3 | 2,9 | 0,1 | 97,2 | 91 | 147 | 1 | 99,3 | |||||
38,73 | 3,88 | 91,2 | 3,6 | 0,1 | 98,2 | 78 | 119 | 1 | 99,2 | ||||||
34,10 | 5,91 | 88,6 | 5,6 | 0,1 | 98,4 | 81 | 121 | 1 | 99,2 | ||||||
43,32 | 7,72 | 86,4 | 6,4 | 0,1 | 93,2 | 75 | 139 | 2 | 93,f | ||||||
48,11 | 84,0 | 5,5 | 31 | 161 | 2 | 90,8 | |||||||||
Die mittlere Entfernungsleistung von 82,3?ό für Stickstoff, 93,95'ά
für gesamtorganischen Kohlenstoff, 98,4^ für BOD5 und 97,7/S
für Phosphor stellen sehr zufriedenstellende Ergebnisse dar.
Während des Tests des Beispiels 1 wurden plötzliche Proben in zweiwöchigen Intervallen an der Eingabeleitung 1Ü, am Abstrom
des Schlammseparators in der Leitung 34, am Abstrom der chemischen Kläreinheit in der Leitung 51 und am Endabstrom in der
Leitung 66 genommen. Während der gleichen Periode wurden willkürliche Bestimmungen in den zwei Reaktionstanks 24 und 23 der
Konzentrationen der flüchtigen suspendierten eststoffe, der Sc- arstoffaufnahmegeschwindigkeiten und der spezifischen Aufnahmegeschwindigkeiten
durchgeführt.
In der folgenden Tabelle V sind die Konzentrationen der flüchtigen
suspendierten Feststoffe (FSF) und die Aufnahmegeschwindigkeiten zusammengestellt. In Tabelle VI sind die wöchentlichen
Durchschnittswerte der Verunreinigungen in den Proben an verschiedenen Stellen zusammengestellt.
Reaktor 24 FSF SAG mg/1 mg/l/h |
60 | Tabelle | V | 60 | SSAG g 02/g FSF/h |
|
Reaktions bestimmung Nr. |
4620 | 60 | SSAG g oa/g FSF7h |
60 | 0,016 | |
1 | 3390 | 78 | 0,013 | Reaktor 23 FSF SAG mg/1 mg/l/h |
72 | 0,018 |
2 | 3600 | 66 | 0,013 | 3300 | 60 | 0,016 |
3 | 3150 | 60 | 0,022 | 3390 | 64 | 0,019 |
4 | 2890 | 0,021 | 4580 | 0,020 | ||
5 | 0,021 | 3030 | ||||
3130 | ||||||
Fußnote: SAG = Sauerstoffaufnahmegeschwindigkeit
SSAG = spezifische Sauerstoffaufnahmegeschwindigkeit
809821 /0702
COt-t-CUOOOOO
0*000*0*0*0*0*0*
I O
CM CM
CM O Il
CO ΚΛ
cm in
<f ΚΛ I I
ιη | VO | ιη | ιη | ι | ιη | VO | ΟΛ | ΟΛ | O <t | |
O | ο | O | ο | CM | VO | |||||
O | ο | O | ο | ο | ό* | bp | ΚΛ | CM* | ΚΛ ΚΛ | |
O | ΚΛ | ιη | ο | ι | ||||||
ΚΛ | ΟΛ | ο | ΟΛ | ιη | ■ | |||||
ΟΟ* | τ- | ιη |
9%
CM |
ι | O | |||||
T- | 1-1 | |||||||||
00 | ω | C- | ιη | VO | Φ | ΟΛ | C- | νθ |
ιη | ιη | ιη | ,84 |
is*
O |
,03 | m ω |
,05 |
CM I t>
O VD
ΟΟΟΟΟΟΟ I Ol
VVV Μ-
I I
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τ- ΚΛ
I I O τ- I
O ΚΛ Ο» CM
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CM
I I
νο
νο
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τ-Ο C- C- ΚΛ C— in CM ΚΛ VO T-ΟΛ C*~ VO ΚΛ ΚΛ ΚΛ ΚΛ <ί tn ΚΛ -it"
ΚΛΟ\θ00 τ- τ- in VO C- ΟΛ <t
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ΟίηΟΛ-^τΟΛΕ— CTvvOt-ΟΛΟΛ
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ΚΛ
£3
Κ\ νο
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CM ΚΛ
CMCO τ-
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ΚΛ τ-τ-τ-
CM ΚΛ OO CM VO T^ O* 00* 00* 00*
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ΚΛ ΚΛ CM CM O
CM VO ΚΛ -4"
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cm ι ιη νο
ΚΛ
809821/0702
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H
H
H
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co in ο σ» ο ω
CvT τ- CM O τ-" O
4 -i 4 IO ΙΛ in
C-- ω σ» ο τ- in
809821/0702
Die Versuche dieses Beispiels zeigen den Effekt, den die Kohlenstoff-
und Stickstoffbehandlungseinheit 20 und die chemische Behandlung in dem Gesamtabwasserbehandlungssystem der Figur 1
haben. Die detaillierten Ergebnisse sind im Beispiel 1 enthalten.
Während der Testperiode der Beispiele 1 und 2 vmrden willkürliche
Bestimmungen von ammoniakalischem Stickstoff, Hitratstickstoff und löslichem organischen Kohlenstoff an verschiedenen
Stellen der Behandlungseinheit 20 gemacht. Die erhaltenen Ergebnisse
sind in der Tabelle VlI zusammengestellt.
809821/0702
- -ae- -
Bestim- ΝΗ,-Ν mg/1 ΝΟ,-Ν mg/1 1-ΟΚ mg/1
mung Nr. Leitung Leitung Lei- Lei- Lei- Lei- Lei- Lei- Lei- Lei- Lei- Lei- Lei- Lei- Lei-
18 26 tung tung tung tung tung tung tung tung tung tung tung tung tung
38 30 34 18 26 33 30 34 18 26 38 30
1 2
Mittelwert
31
34,5 35,7 35,4
12,8 1,04 1,32 0,68 0,11 0,05 3,90 2,40 2,70 30 9
9,3 0,22 0,22 0,22 0,21 0,09 1,70 0,55 0,81 43,2 11
13 1,57 3,31 1,5 0,13 0,47 5,70 4,30 5,10 40 11
6,6 0,26 0,35 0,26 0,18 0,23 4,0 2,37 3,35 43
34,2 10,4 0,77 1,3 0,87 0,17 0,21 3,85 2,53 3,2
Fußnote: 1-OK = löslicher organischer Kohlenstoff, mg/1 Kohlenstoff
15
11
11
8 10 10 16
18
11 10
Die Ergebnisse der obigen Tabelle VII zeigen die verschiedenen Effekte der verschiedenen Komponenten der Einheit 20 auf die
Verunreinigungen, die in dem eintretenden Abwasser enthalten sind.
Bei ST?iel 4
Die Verfahrensweise des Beispiels 1 wurde unter Zugabe von verschiedenen
Mengen Aktivkohle wiederholt. Die Verunreinigungen wurden getestet, wobei eine kontinuierliche Probeabnahme (d.h.
alle 15 min) gemäß Beispiel 1 erfolgte. Die Entfernungsleistungen wurden bestimmt. Es wurden auch die Konzentrationen der
löschflüssigkeit und die Aufnahmegeschwindigkeiten beliebig bestimmt.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in den Tabellen VIII und IX zusammengestellt .
809821/0702
Wo- NH-N mg/1 NO,-N mg/1 NO2-N mg/1 GKIi mg/1 GN mg/1 (4) GP mg/1
ehe Abwas- Ab- Abwas- Ab- Abwas- Ab- Abwas- Ab- Abwas- Ab- % Ent- Abwas- Ab- % Ent-
Hr. ser strom ser strom ser strom ser strom ser strom fernung ser strom fernung
1(1) 19,6
2(1) 17,9
3(2) 21,9
4(3) 19,5
5(3) 21,7
1,32
0,58
0,24
0,28
0,21
0,58
0,24
0,28
0,21
6,98
5,02
3,50
5,63
5,63
5,02
3,50
5,63
5,63
5,03 6,59 5,39 7mO5 5,95
0,18 0,35 0,77 0,17 0,36
0,05 0,01 0,01 0,01 0,01
31,9 33,5 37,4 30,7 36,1
3,17 1,65
39,06
.38,37
.38,37
8,25
8,25
8,25
T,00 4it67 6,40
0,96 35,00 8,02
Ii37 42,09 7,33
0,96 35,00 8,02
Ii37 42,09 7,33
78,9 78,5 84,6 77,6 82,6
7,2 6,4 6,6 6,1 5,9
0,1
0,04
0,03
0,10
0,05
93,6 99,4 98,8 98,4
99,2
CO
O
CO
CO
1
2
3
4
5
2
3
4
5
1-PO4 mg/1 GSK mg/1
Abwas- Ab- Abwas- Ab- % Ent-
ser strom ser strom fernung ser
4,0
5,0
3,4
3,5
3,4
5,0
3,4
3,5
3,4
c mg/1
Abwas- Ab- % Entström fernung
0,05
0,02
0,03
0,03
0,02
0,03
0,03
86
102
75
87
94
102
75
87
94
4,8 5,4 6,1 6,9 6,2
94,4 94,7 91,9 92,1 93,4
97,9
99,0
97,7
98,5
99,2
99,0
97,7
98,5
99,2
Fußnoten:
(1) in den Wochen 1 und 2 wurden mg/1 Aktivkohle zugesetzt.
(2) in Woche 3 wurden 400 mg/1 Aktivkohle zugesetzt.
(3) in den Wochen 4 und 5 wurden SOC mg/1 Aktivkohle zugesetzt.
(4) GNbGKN+N03-N+N02-N ^
GN
Gesamtstickstoff
?749971
Bestim- Reaktor 24
mung Nr. FSF SAG SSAG
mung Nr. FSF SAG SSAG
mg/1 mg/l/h g 0,,/g FSF7h
Reaktor 23
FSF SAG SSAG
mg/1 mg/l/h g 02/g FSF/h
FSF SAG SSAG
mg/1 mg/l/h g 02/g FSF/h
3270 90
3260 93
3850 102
3580 100
4510 105
3090 32
6680 57
0,023
0,029 0,026 0,020 0,023 0,009 0,009
3770 3530 3290 3700 4320 3560 4330
72
84
94
98
83
68
84
94
98
83
68
15
0,019 0,024 0,029 0,026 0,019 0,019 0,003
Fußnote: Die Bestimmungen 1 bis 5 erfolgten in den Wochen 1 und 2. Die Bestimmung Nr. 6 erfolgte in der Woche 3 und die
Bestimmung Nr. 7 in der Woche 5.
Die durchschnittlichen Entfernungsleistungen von 80,2% für Stickstoff,
93,3% für gesamtorganischen Kohlenstoff, 93,5% für BOD5
und 98,9/β für Phosphor stellen sehr zufriedenstellende Ergebnisse
dar. Sie unterscheiden sich jedoch nicht signifikant von den Ergebnissen des Beispiels 1, welche in Abwesenheit von zugesetzter
Aktivkohle erhalten wurden.
Aus den Werten der obigen Beispiele können spezifische bevorzugte Konstruktionsparameter für das erfindungsgemäße Verfahren
mit denjenigen von herkömmlichen Aktivschlammprozessen verglichen werden, wie sie in dem Lehrbuch von Metcalf und Eddy "Wastewater
Engineering-Collection, Treatment and Disposal'1, McGraw-Hill
Book Company, New York, USA (1972) enthalten sind. Dieser Vergleich ist in der Tabelle X enthalten.
809821/0702
Tage*1' | g BOD./g FSF/Täg |
Tabelle X | /1000 m3 | FSF mg/1 | h | 1-3 | Zurückfüh rung ^ ^' QR/Q |
|
Verfahren ©c | 10-20 | 0,10-0,34 | kg BOD5 | 4,4 | 4000-5000 | 7,2 | 3,0 | |
gemäß der Erfindung | 5-15 | 0,2 -0,4 | 1,2 bis | 2,5 | 1500-3000 | 4-3 | 0,25-0,5 | |
herkömmlich | 5-15 | 0,2 -0,6 | 1,3 bis | 7,5 | 3000-6000 | 3-5 | 0,25-1,0 | |
vollständige Vermischung | 5-15 | 0,2 -0,4 | 3,1 bis | 3,8 | 2000-3500 | 3-5 | 0,25-0,75 | |
Stufenbelüftung | 0,2-0,5 | 1,5 -5,0 | 2,5 bis | 9,4 | 200-500 | 1,5-3 | 0,05-0,15 | |
modifizierte Belüftung | 5-15 | 0,2 -0,6 | 4,7 bis | 4,7 | (4) | (5) | 0,25-1,0 | |
Kontaktstabilisierung | 20-30 | 0,05-0,15 | 3,8 bis | 1,6 | 3000-6000 | 18-36 | 0,75-1,50 | |
ausgedehnte Belüftung | 5-10 | 0,4 -1,5 | 0,6 bis | 62,3 | 4000-10000 0,5-2 | 1,0-0,5 | ||
hohe Geschwindigkeit | 8-20 | 0,25-1,0 | 6,3 bis | 15,6 | 6000-8000 | 0,25-0,5 | ||
Purox | 6,3 bis | |||||||
Fußnoten: (1) θ_ bedeutet die mittlere Zellenverweilzeit in dem Reaktor
(2) V/Q bedeutet das Verhältnis des Reaktorvolumens zu der eintretenden Fließgeschwindigkeit
(hydraulische Retentionszeit)
(3) QR/Q bedeutet das Verhältnis der Fließgeschwindigkeit der eintretenden Flüssigkeit
(Q) zu der Geschwindigkeit der Flüssigkeit, die aus einer Kläreinheit zurückgeführt
wird (QR)
(4) Kontakteinheit (1000 - 3000) Stabilisierung (4000-10000)
(5) Kontakteinheit Stabilisierung
(0,5 -1,0) (3 - 6)
L e e r s e i t e
Claims (11)
- PatentansprücheVerfahren zur Behandlung von Abwasser, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Stufen:(1) Abwasser, welches Verunreinigungen mit Einschluß von gelösten, biologisch abbaubaren kohlenstoffhaltigen Materialien und stickstoffhaltigen Materialien hauptsächlich in Nicht-Nitrat- und/oder Nicht-Nitritform enthält, wird nacheinander entlang von Strömungswegen durch erste und zweite physikalisch getrennte, jedoch fluidverbundene Reaktionszonen geleitet, welche einen gemischten mikrobiell aktivierten Schlamm enthalten;(2) Mischflüssigkeit aus der zv/eiten Reaktionszone wird in die erste Reaktionszone mit einer Strömungsgeschwindigkeit zurückgeführt, welche größer ist als die Strömungsgeschwindigkeit dee Abwassers in die erste Reaktionszone j · um einen einzigen Schlamm in den zwei Reaktionszonen zu erzeugen;(3) Mischflüssigkeit wird im Inneren jeder der Reaktionszonen zurückgeführt, um die MischflUssigkeit darin im wesentlichen in Suspension zu halten;(A) hauptsächlich anoxische Bedingungen werden in der ersten Reaktionszone ausgebildet und aufrechterhalten, um Nitrat- und/oder Nitritstickstoff in Stickstoffgas umzuwandeln und kohlenstoffhaltiges Material bei der Umwandlung zu verbrauchen;(5) hauptsächlich aerobe Bedingungen v/erden in der zweiten Reaktionszone ausgebildet und aufrechterhalten, um809821/0702stickstoffhaltiges Material zu Nitrat- und/oder Ilitritstickstoff umzuwandeln und kohlenstoffhaltiges Material zu oxidieren;(6) in der ersten und zweiten Reaktionszone gebildete Gase werden abgelassen; und(7) aus der Reaktionszone wird ein Abstrom entfernt, v/elcher einen verminderten Gehalt an biologisch abbaubaren kohlenstoffhaltigen Materialien und stickstoffhaltigen Materialien hat.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Konzentration der suspendierten Feststoffe in der Mischflüssigkeit in der zweiten Reaktionszone 3000 bis 7000 mg/1, vorzugsweise 4000 bis 5000 mg/1, beträgt.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zurückführungsgeschwindigkeit von der zweiten Reaktionszone zu der ersten Reaktionszone 200 bis 500% der Beschickungsgeschwindigkeit des Abwassers in die erste Reaktionszone beträgt.
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration an gelöstem Sauerstoff in dor Mischflüssigkeit von einem Wert von weniger als 0,5 mg/1 auf weniger als 0,1 mg/l entlang des Strömungsweges des Abwassers in der ersten Reaktionszone abnimmt und daß die Konzentration des gelösten Sauerstoffs in der Mischflüssigkeit von einem Wert von mehr als 2 mg/1 auf einen Wert von weniger als 0,5 mg/1 entlang des Strömungsweges des Abwassers in der zweiten R^aktionszone und vorzugsweise auf einen Wert, der im wesentlichen der gleiche ist, wie die Konzentration an gelöstem Sauerstoff in der Mischflüssigkeit am Stromaufwärtsende des Strömungsweges in der ersten Reakt.lonszone.abnimmt.809821 /070227A997 1
- 5. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß jede der Reaktionszonen in einem aufrechten Reaktionstank angeordnet ist, welcher die llischflüssigkeit enthält und in welchem ein Einlaß mit einem oberen Bereich des Tanks verbunden ist und ein Auslaß mit einem unteren Bereich des Tanks verbunden ist, v/obei die ZurückfUhrung der Mischflüssigkeit aus dem zweiten Reaktionstank in den ersten Reaktionstank in der Weise bewirkt wird, daß man ein molekularen Sauerstoff enthaltendes Gas in den Einlaß eines umschlossenen Strömungsv/eges und angrenzend dazu einleitet, v/elcher sich von einem unteren Bereich des zweiten Reaktionstanks bis zu einem oberen Bereich des ersten Reaktionstanks erstreckt, um Mischflüssigkeit entlang des Strömungsweges zu fördern, und daß man die Zurückführung der Mischflüssigkeit innerhalb jedes Reaktionstanks in der Weise bewirkt, daß man ein molekularen Sauerstoff enthaltendes Gas in den Einlaß und angrenzend dazu eines umschlossenen Strömungsweges einleitet, der sich von einem unteren Bereich des Reaktionstanks bis zu einer Stelle oberhalb des Flüssigkeitsniveaus in dem Tank erstreckt, um Mischflüssigkeit entlang des Strömungsweges zu fördern.
- 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Strömungsgeschwindigkeit des molekularen Sauerstoff enthaltenden Gases in jeden der umschlossenen Strömungswege, der für die innere Zurückführung verwendet wird, so kontrolliert, daß in dem ersten und zweiten Reaktionstank anoxische bzw. hauptsächlich aerobe Bedingungen aufrechterhalten werden.
- 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß man(B) den Abstrom der zweiten Reaktionszone in Form einer Mischflüssigkeit einer physikalisch abgetrennten, je-ßO98?1 /0702- 36 -doch Fluidverbundenen Schlammseparatorzone zuführt;(9) suspendierten Schlamm von dem behandelten Abwasser in der Schlammseparatorzone mindestens teilweise abtrennt;(10) behandelte Flüssigkeit von der Schlammseparatorzonemit einer Geschwindigkeit entfernt, die die gleiche ist, wie die Beschickungsgeschwindigkeit des Abwassers in die erste Reaktionszone; und(11) abgetrennten angesammelten Schlamm von der Schlammabtrennungszone in die zweite Reaktionszone mit einer Geschwindigkeit, die größer ist als die Beschickungsgeschwindigkeit des Abwassers in die erste Reaktionszone, und mit einer Geschwindigkeit, die mindestens ausreichend ist, daß eine anaerobe Zersetzung des Schlamms in der Schlamraseparatorzone verhindert wird, zurückführt.
- 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlammseparatorzone in einem aufrechten zylindrischen Schlammseparatortanlc angeordnet ist, in dem ein umgekehrtes trichterartiges Element koaxial mit dem Tank angeordnet ist und den Tank in einzelne Zonen aufteilt, wobei ein Einlaß für die Mischflüssigkeit mit einem oberen Bereich des Schlammseparatortanks außerhalb des trichterartigen Elements in Verbindung steht, wobei ein Auslaß für die behandelte Flüssigkeit mit einem oberen Bereich des Separatortanks im Inneren des trichterartigen Elements in Verbindung steht und wobei die Zurückführung des angesammelten Schlamms von dem Schlammseparatortanlc in die zweite Reaktionszone in der V/eise bewirkt wird, daß ein Gas in den Einlaß eines umschlossenen Strömungsweges und angrenzend dazu eingeleitet wird, welches sich von einem unteren Bereich des Schlammseparatortanks zu einer zweiten Reaktionszone erstreckt.809821/0702- 37 -
- 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Mischflüssigkeit in die Zone des Schlammseparatortanks außerhalb des trichterartigen Elements in einer Vielzahl von im Umfang im Abstand angeordneten gesonderten Austragungseinrichtungen jeweils im allgemeinen zu der Flüssigkeit in der Zone tangential austrägt, um eine rotierende Masse der Flüssigkeit in der Zone zu erhalten und aufrechtzuerhalten, welche mit einer ausreichenden Geschwindigkeit rotiert, daß die Gasabtrennung von dem Schlamm unterstützt wird und die Flockulierung von fadenförmigen Organismen in den Schlamm unterstützt wird.
- 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß man(12) überschüssigen Schlamm von der Abwasserbehandlung verwirft, indem man diesen aus der Schlammseparatorzone mit der behandelten Flüssigkeit austrägt und sodann überschüssigen Schlamm aus der behandelten Flüssigkeit entfernt.
- 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß man(13) die behandelte Flüssigkeit von der Schlammseparatorzone chemisch behandelt, um Phosphorverunreinigungen von der behandelten Flüssigkeit als ausgefällte Phosphorverbindungen zu entfernen, indem man 180 bis 200 mg/l Alaun mit der behandelten Flüssigkeit vermischt, das Gemisch in ein rotierendes Wirbelschichtbett von chemischem Schlamm einleitet, welcher ausgefällte Phosphorverbindungen enthält, die Phosphorverunreinigungen in dem Wirbelschichtbett koaguliert, behandelte Flüssigkeit und chemischen Schlamm von dem Wirbelschichtbett809821/0702- ,38 -entfernt, die behandelte Flüssigkeit von dem chemischen Schlamm abtrennt und die behandelte Flüssigkeit entfernt, und daß man die Flüssigkeit von dem Wirbelschichtbett zu dem Beschickungsgemisch mit einem Verhältnis von zurückgeführter Flüssigkeit zu Beschikkung von 1 : 1 bis 1 : 3 zurückführt, um das Wirbelschichtbett aufrechtzuerhalten.DIPL. ■ Iff i809821/0702
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