DE2801030C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung, bei der das Abwasser ein mit Bakterien angereichertes Aktivkohlebett durchströmt und in einer Zwischenschicht des Aktivkohlebettes eine Belüftung zur Sauerstoffanreicherung der darüber angeordneten Aktivkohlebettschicht stattfindet.

Im Prinzip ist ein solches Verfahren aus der DE-OS 22 39 205 bekannt, jedoch sind dem Fachmann keinerlei verfahrensbestimmende Größen bezüglich der Korngröße des Aktivkohlebettes, der Durchflußgeschwindigkeit und der Kontaktzeit des Abwassers vorgegeben. Praktizierte Verfahren dieser Art führen nur zu einer unzureichenden Reinigung von Abwässern der Industrie oder von Haushalten.

Bei diesen bekannten Verfahren werden mit Bakterien angereicherte Schlämme verwendet. Die Abwässer durchströmen dabei ein Aktivkohlebett, in dessen Zwischenräumen in geeigneter Weise Bakterienkolonien eingelagert werden, die die Stoffwechselvorgänge oder den Abbau der Verunreinigungen ermöglichen. Das Verfahren basiert also auf der Adsorption der Verunreinigungen mittels Aktivkohle und auf dem allmählichen Abbau der adsorbierenden Verunreinigungen durch Bakterien. Nach der britischen Patentschrift 12 96 333 soll es auf diese Weise möglich sein, den chemischen Sauerstoffbedarf um mehr als 90% zu senken bei einer Abwasserdurchflußleistung von bis zu 300 l/h/dm², das entspricht einer linearen Durchflußgeschwindigkeit von ungefähr 30 m/h durch das Aktivkohlebett. Es wurde festgestellt, daß bei Verwendung eines solchen Verfahrens für städtische Abwässer annehmbare Reinigungseffekte nur erzielt werden konnten, wenn drei oder mehrere Aktivkohlebetten in entsprechenden Kolonnen hintereinander eingesetzt wurden. Eine gewisse Verbesserung des Reinigungsgrades wurde erzielt mit Filterbetten aus einer Mischung von Aktivkohlegranulaten und sogenannten belebten Schlämmen und durch das ständige Hinzufügen von diesen belebten Schlämmen in das strömende zu reinigende Wasser. Mit einem solchen Verfahren wurde jedoch die gesamte Reinigungseinrichtung sehr kompliziert, da eine Kläreinrichtung zur Wiedergewinnung der Filterschlämme vorgesehen werden mußte.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung der eingangs genannten Art mit erhöhtem Reinigungsgrad vorzuschlagen.

Die Erfindung ist dazu durch folgende Verfahrensbedingungen gekennzeichnet:

• a) die Korngröße des Aktivkohlebettes beträgt zwischen 1,5 und 8 mm;
• b) die lineare Durchflußgeschwindigkeit des Abwassers durch das Aktivkohlebett ist kleiner als 2 m/h;
• c) die Kontaktzeit des Abwassers mit der belüfteten Aktivkohlebettschicht beträgt mindestens 30 min.

Unter "Kontaktzeit" ist das Verhältnis zwischen dem Kohlemengenvolumen oberhalb der Zwischenschicht des Aktivkohlebettes und dem stündlichen Durchfluß des zu reinigenden Wassers zu verstehen. Mit sehr guter Annäherung kann abgeschätzt werden, daß das vom Wasser eingenommene Volumen in dieser Aktivkohlemenge ungefähr der Hälfte des Volumens dieser Kohlemenge entspricht.

Wie man aus dieser Beziehung ableiten kann, läßt das erfindungsgemäße Verfahren die gesamte adsorbierende Aktivität der Aktivkohle außer acht. Die Hohlräume der Aktivkohle sind in dem Maße von Bedeutung, in dem sie große Oberflächen für die Bildung von Bakterienkolonien bilden, deren Dichte oberhalb der genannten Zwischenschicht maximal ist. Bei der beanspruchten Korngröße und der linearen Durchflußgeschwindigkeit bilden die Bakterienkolonien ein Gefüge, welches die einzelnen Körner oder Kohleteile miteinander verbindet. Dieses Zusammenwirken trägt in entscheidender Weise zur Reinigung bei. In Verbindung mit der erfindungsgemäßen Durchflußgeschwindigkeit wird die Wirksamkeit der Bakterienkolonien begünstigt. Die Verschmutzungen werden bei diesen Bedingungen über einen ausreichenden Zeitraum dem Einfluß der Bakterien ausgesetzt.

Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren mit Korngrößen des Aktivkohlebettes zwischen 3 und 5 mm und einer linearen Durchflußgeschwindigkeit des Abwassers durch das Aktivkohlebett von 0,5-1 m/h bei einer Kontaktzeit von 40 min durchgeführt.

Bei der Praktizierung des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitet die Ausbildung der Bakterienkolonien keine Schwierigkeiten. Bei einer frischen Schicht von Aktivkohle genügt es, das zu reinigende Wasser im geschlossenen oder offenen Kreislauf durch das Bett strömen zu lassen, wobei gleichzeitig Luft eingeführt wird, so lange, bis das ausfließende Wasser klar erscheint. Diese vorangehende Phase dauert einige Stunden, im Maximum bis zu 12 Stunden. In der Aktivkohleschicht unterhalb der mit Sauerstoff angereicherten Zwischenschicht verringert sich die Zahl der Bakterien zunehmend mit einem erhöhten Gradienten, zum Teil aufgrund der fehlenden Nährstoffe im abströmenden Wasser und zum Teil aufgrund des Sauerstoffmangels in diesem Bettbereich. Die Kohleschicht unterhalb der Zwischenschicht arbeitet sowohl als Reinigungsschicht als auch gleichzeitig als Filter. Insbesondere werden die nach unten aus der oberen Schicht mitgenommenen Bakterien in Form von Flocken oder Mikroflocken durch die untere Schicht festgehalten und durch den vom Wasser mitgenommenen Sauerstoff mineralisiert.

In der Praxis zeigt es sich, daß ungefähr nach einer Arbeitszeit von einer Woche ein solches Aktivkohlebett gereinigt werden muß. Dazu genügt es, das Bett aufwärts mit Wasser zu durchströmen, vorzugsweise mit einem Strom solcher Intensität, der das Bett entmischt, etwa mit einer linearen Geschwindigkeit von 30 m/h oder mehr. Man entfernt auf diese Weise alle Schlämme, die praktisch vollständig mineralisiert und daher wirkungslos sind. Daraufhin werden die Bakterienkolonien in der beschriebenen Weise neu gebildet.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in vorteilhafter Weise durchgeführt mit Hilfe eines Aktivkohlebettes, dessen über der belüfteten Zwischenschicht angeordneter Teil eine Höhe von 1-1,5 m und dessen darunter angeordneter Teil eine Höhe von mindestens 10 cm, vorzugsweise 15-20 cm besitzt. Größere Schichten mit einer Schichthöhe über 20 cm ergeben keine Verbesserungen bezüglich des Reinigungsgrades.

In der Praxis benötigt man etwa 1-1,5 m³ Aktivkohle zur Reinigung von 1 m³/h Abwasser, wobei die Reduzierung des chemischen Sauerstoffbedarfes um mehr als 90% und des biologischen Sauerstoffbedarfes um mehr als 95% möglich ist.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Verfahrensschemas wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II durch die Vorrichtung in Fig. 1.

Mit der Ziffer 10 ist ein vertikal stehender, zylindrischer Behälter mit einer Höhe von 1,9 m und einem inneren Durchmesser von 0,6 m bezeichnet, der nach oben offen ist und in einen konischen unteren Teil 10 A ausläuft. In seinem Inneren ist zwischen dem Boden und dem zylindrischen Teil des Behälters eine gelochte Platte 12 eingesetzt, die ein festes Bett 13 aus 370 l Aktivkohle aufnimmt mit einer Korngröße von 3,3-4,7 mm (6-4 mesh).

In einer Ebene A in einer Höhe h = 20 cm über der Platte 12 ist radial in den Behälter ein Luftzuführungsrohr 14 eingeführt, von dem in horizontaler Richtung eine Vielzahl von perforierten Rohren 16 abzweigen. Das Rohr 14 ist mittels des Verbindungsrohres 18 mit einem Kompressor 20 verbunden. Die perforierten Rohre 16 sind in das Bett 13 eingeführt. Die Kohleschicht M über dem Niveau A hat eine Höhe H von ungefähr 1,1 m und ein Volumen von ungefähr 0,310 m³. Das Volumen der Schicht M₁ unterhalb des Niveaus A beträgt ungefähr 0,060 m³. In den oberen Teil des Behälters 10 mündet ein Zuführungsrohr 24 für das Abwasser, dessen Durchflußmenge durch ein Ventil 26 während des Betriebes so gesteuert wird, daß das das Bett 13 überdeckende Abwasser eine Höhe von ungefähr 40 cm besitzt. Über diesem Wasserspiegel weist der Behälter 10 eine Überlauföffnung 28 auf.

Vom Boden des Behälters geht ein Rohr 30 ab, welches sich in drei Rohrarme 32, 34, 36 teilt, die über die Ventile 38, 40, 42 steuerbar sind. Der Rohrarm 36 mündet in das Rohr 24 zwischen dem Ventil 26 und dem Behälter 10, wobei die Verbindung zwischen diesen beiden Rohren über das Ventil 44 steuerbar ist, welches in dem Rohrarm 36 eingesetzt ist. Zwischen den Ventilen 44 und 42 ist in dem Rohrarm 36 eine Umlaufpumpe P eingesetzt, mit einem variierbaren Durchfluß und vorzugsweise mit einer Umsteuerbarkeit. Unmittelbar oberhalb der gelochten Platte 12 ist der Behälter 10 mit einer seitlichen Öffnung ausgerüstet, die fest von einem Deckel 46 verschlossen ist, durch die gegebenenfalls das Kohlebett ausgewechselt werden kann.

Mit der gezeigten Vorrichtung, die mit frischer Aktivkohle gefüllt ist, wird das erfindungsgemäße Verfahren wie folgt durchgeführt:

Die Ventile 38 und 40 sind geschlossen, der Behälter 10 ist mit Abwasser über das Zuführungsrohr 24 gefüllt, das Ventil 26 ist geschlossen, die Pumpe P ist in Betrieb und regelt den Durchfluß durch das Bett 13 in Abwärtsrichtung (Pfeil F) des Abwassers mit einer Geschwindigkeit unter 2 m/h, vorzugsweise unter 1 m/h. Der Kompressor 20 ist in Betrieb, seine Leistung ist so geregelt, daß das über dem Bett stehende Wasser den Sauerstoff größtenteils aufnehmen kann ohne das geschlossene Kohlebett zu beeinflussen. Diese Bedingungen werden so lange aufrechterhalten, bis das umlaufende Wasser im wesentlichen ohne kolloidale Turbidität ist.

Das Bett 13 ist nunmehr biologisch aktiv. Die Pumpe P wird daher stillgesetzt, die Ventile 42 und 44 sind geschlossen. Die Ventile 40 und 26 werden erneut geöffnet, wobei der Durchfluß durch diese Ventile so geregelt wird, daß sich im Behälter eine Abwasserdurchflußmenge von ungefähr 0,25 m³/h einstellt. Wenn der Querschnitt des Behälters 0,283 m² beträgt, während die Hälfte des Volumens der Aktivkohleschicht M ungefähr 0,155 m³ beträgt, so beträgt die lineare Filtergeschwindigkeit 0,9 m/h und die Kontaktzeit ungefähr 37 min. Das gereinigte Wasser wird fortlaufend über den Rohrarm 34 abgezogen.

Die typische Reinigungswirkung kann mittels nachfolgender Tabelle angegeben werden:

Nach einer gewissen Benutzungsdauer mit entsprechender Schlammansammlung im Bett muß eine Regenerationsbehandlung durchgeführt werden. Aus diesem Grunde werden das Zuführungsventil 26 und das Ablaßventil 40 geschlossen, während einige Minuten die Luftzufuhr vom Kompressor 20 erhöht wird. Danach wird der Kompressor stillgesetzt.

Nach Öffnung des Ventils 38 schickt man durch den Rohrarm 32 in Aufwärtsrichtung gereinigtes Wasser in einer Durchflußmenge (beispielsweise 10 m³/h) derart, daß das Bett 13 fluidisiert wird. Auf diese Weise werden die Schlämme vom durchströmenden Wasser mitgenommen und fließen durch den Überlauf 28 in einen nicht gezeigten Überlaufkanal. Vorzugsweise, nachdem man einmal auf diese Weise eine erste Entfernung der Schlämme erreicht hat, schließt man das Ventil 38, öffnet erneut die Umlaufventile 42 und 44 und setzt die Pumpe P in umgekehrter Richtung (Pfeil F′) in Gang mit einer maximalen Durchflußmenge, wodurch das Bett 13 etwa während 10 min in einem fluidisierten Zustand gehalten wird. Eine endgültige Spülung erreicht man durch erneutes Öffnen des Ventils 38 und durch Abführen der Schlämme durch die Überlauföffnung 28. Das Bett 13 ist danach durch die Umlaufspülung im offenen oder geschlossenen Kreislauf reaktiviert.

Das beschriebene Verfahren kann zur Behandlung der verschiedensten zu reinigenden Abwässer eingesetzt werden.

Claims (2)

1. Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung, bei der das Abwasser ein mit Bakterien angereichertes Aktivkohlebett durchströmt und in einer Zwischenschicht des Aktivkohlebettes eine Belüftung zur Sauerstoffanreicherung der darüber angeordneten Aktivkohlebettschicht stattfindet, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensbedingungen:

• a) die Korngröße des Aktivkohlebettes beträgt zwischen 1,5 und 8 mm;
• b) die lineare Durchflußgeschwindigkeit des Abwassers durch das Aktivkohlebett ist kleiner als 2 m/h;
• c) die Kontaktzeit des Abwassers mit der belüfteten Aktivkohleschicht beträgt mindestens 30 min.
• 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des Aktivkohlebettes zwischen 3 und 4 mm beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lineare Durchflußgeschwindigkeit des Abwassers durch das Aktivkohlebett 0,5-1 m/h bei einer Kontaktzeit von 40 min beträgt