DE2815199C3 - Verfahren zur Konservierung eines aktiven Belebtschlammes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konservierung eines aktiven Belebtschlammes für die Wiederverwendung in nach dem Belebtschlammverfahren arbeitenden Abwasserreinigungsstufen, wobei der zu konservierende Belebtschlamm-Anteil mit Gas gespült wird

Müssen nach dem Belebtschlamm-Verfahren arbeitende Abwasserreinigungsstufen bei stark schwankenden Belastungen arbeiten, deren Schwankungsbreite relativ lang - beispielsweise Tage - ist oder erfährt hei ihnen der Rohwasseranfall gar einen Unterbruch in der Größenordnung von ebenfalls Tagen, so ergeben sich bei plötzlich ansteigender Belastung bzw. dem Wjederanfahren Schwierigkeilen, weil die für das Erlangen der notwendigen Reinigungsleistung erforderlichen, aeroben Mikroorganismen nicht in der erforderlichen Menge oder mit der erforderlichen Aktivität vorhanden sind. Wahrend einer relativ lan gen Anfahrzeit arbeiten derartige Stufen daher mit reduzierter Wirksamkeit. Zur Überwindung dieses Nachteils ist es bekannt (UL-US λi 11 \Ψ))> wahrend des Nofmalbetriebs immer anfallenden aktiven Überschuß-Schlamm in einem Behälter zu speichern und mit Hilfe einer Belüftung sowie unter Umständen durch Zugabe von Nährstoffen am Leben zu erhalten; bei Bedarf wird dieser Schlamm dann als zusätzlicher Belebtschlamm wiederum in die Reinigungsstufe eingespeist. Wird dieser Resefvebelebtschlamm nicht ständig ausgetauscht, weil beispielsweise ein Abwasserunterbruch eintritt, ist die Zugabe von Nährstoffen in Verbindung mit einer Belüftung notwendig, weil anderenfalls die aktiv erhaltene Biomasse infolge einer Selbstveratmung ständig kleiner wird, ί Die Bereitstellung der für eine Nährstoffzugabe notwendigen Anlageteile und der Verfahrensbetrieb der Nährstoffzugabe selbst ergeben für derartige Anlagen und Verfahren einen zusätzlichen Aufwand. Aufgabe der Erfindung ist es, für die Konservierung

ίο von aktivem, aeroben Belebtschlamm ein Verfahren zu schaffen, bei dem dieser zusätzliche, anlagenseitige und betriebliche Aufwand entbehrlich wird.

Die erfindungsgemäße Lösung diesre Aufgabe besteht darin, daß für die Speisung ein Gas verwendet

π wird, das Kohlendioxid (CO₁) mindestens enthält und an Sauerstoff (Ο,) gegenüber Luft mindestens verarmt ist.

Die Wirksamkeit des neuen Verfahrens, bei dem für die Konservierung dem aktiven Belebtschlamm keinerlei Nährstoffe zusätzlich beigegeben werden müssen, wird durch im folgenden beschriebene Versuche nachgewiesen. Obwohl bisher dafür keine absolut gesicherte Erklärung gegeben werden kann, wird angenommen, daß im Belebtschlamm derartiger biologischer Abwasserreinigungsstufen als Mikroorganismen in erster Linie sogenannte fakultative Aerobier vorhanden sind, die sowohl mit als auch ohne Sauerstoff lebensfähig sind. Bei einem ausreichenden Sauerstoffpartialdruck atmen diese Organismen wie

jo alle Aerobier. wobei als Endprodukt des Stoffwechsels im wesentlichen Kohlendioxid entsteht. Bei sinkendem Sauerstoffangebot und Vorhandensein von Kohlendioxid - das ja, wie gerade erwähnt, bei der Veratmung entsteht - stellt sukzessive eine immer

Ji größere Anzahl dieser Organismen ihren Stoffwechsel auf sogenannte Gärungsprozesse um, wobei die Kohlendioxid-Konzentration in dem die Mikroorganismen umgebenden Wasser die Art des dann ablaufenden Gärungsprozesses stark beeinflußt. Dieser Einfluß kann nun summarisch als eine Verlangsamung der Stoffwechselvorgänge aufgefaßt werden, was dann ähnlich wie bei der Kühlung oder Gefrierung zu einer Konservierung der ursprünglichen Zustände führt, so daß dann die Verluste an aktiver Biomasse durch Selbstveratmung, wie sie bei der Schlammstabilisierung durch Belüftung auftreten, weitgehend verhindert werden können. Diese Stoffwechseländerungen sind reservihel. d. h. bei erneutem Sauerstoffangebot beginnen diese Organismen wieder 7·> atmen.

ίο Die vorstehende Erklärung der bei dem neuen Verfahrrnindem zu konservierenden Belebtschlamm ablaufenden Vorgänge macht deutlich, daß das Spülgas zweckmäßige rweisc das oder die Abgase einer mit Luft oder Sauerstoff betriebenen, nach dem Belebt-

r» schlammverfahren arbeitenden biologischen Abwasserreinigungsstufe sein kann. Hierbei tritt der zusätzliche Vorteil auf. daß zum einen das benötigte Kohlendioxid praktisch kostenlos zur Verfügung gestellt wird, und daß zum zweiten die mit derartigen

(,Ο Anlügen verbundenen möglichen Geruchsbelastigungen stark reduziert Werden, Von Vorteil ist hierbeij wenn das Spülgas höchsten 10Vol,-% Sauerstoff, mindestens 10% Kohlendioxid Und gegebenenfalls als Restgas Edelgase und/oder Stickstoff bis zu 90 VoU % enthält. Es kann jedoch auch nützlich sein, als Spülgas technisch reines Kohlendioxid zu verwenden-

Läßt sich für die Abwasserreinigungsstufe ein Ansteigen odef ein Wiedereinsetzen der Belastung recht-

zeitig voraussagen, was in sehr vielen Fällen - wie ζ. Β. bei über Feiertage und Wochenenden stilliegenden Anlagen für die Reinigung von Industrieabwässern möglich ist, so kann man eine rechtzeitige Aktivierung des konservierten Belebtschlamms erreichen, wenn dieser vor seinem erneuten Einsatz in einer derartigen Stufe eine gewisse Zeit mit einem Gas gespült wird, dessen Sauerstoffgehalt mindestens demjenigen der Luft entspricht.

Zur Einsparung von Platz und Investitionsaufwand ist es sinnvoll, wenn der für die Konservierung vorgesehene Belebtschlamm vorher eingedickt wird. Zur Durchführung des neuen Verfahrens lassen sich alle bekannten, bisher für die Belüftung vorgesehenen Einrichtungen und Anlagen - wie z. B. mechanische oder selbstansaugende Belüfter und/oder Blasensäulen-verwenden; der Gaseintrag und/oder die Durchmischung des Schlammes können verbessert werden, wenn darüber hinaus mechanische Rührwerke und/ oder statische Misc'jelemente für die Durchführung des Verfahrens verwendet werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, bei dem die Konservierungswirkung einer Belüftung mit derjenigen nach dem neuen Verfahren verglichen wird.

Zwei Doppelwand-Rührkessel von gleicher Geometrie mit gleichartigen, für die Belüftungsverfahren bekannten Rührorgane werden mit gleichen Mengen Belebtschlamm einer kommunalen biologischen Abwasserreinigungsstufe gefüllt, der einen Gehalt von 1 g/I Trockensubstanz aufweist; für diese Trockensubstanz wird angenommen, daß in ihr zu Beginn bei allen Versuchen die gleiche Menge a>i Biomasse, d. h. an lebenden Organismen, enthalten ist. Diese Annahme wird durch die Meßergebnisse in Zeile 1 der Tabelle am Schluß der Unterlagen bestätigt, wie noch beschrieben wird.

Der eine Rührkessel wird dann mit Luft begast, während im anderen technisch reines CO₂ zur Begasung verwendet wird; die Begasungsrate beträgt 0,05 VVM (Volumen Gas pro Volumeneinheit des Kessels und Minute, was identisch ist mit 3 Nm' Gas pro m^! und Stunde [NmVm' · h]).

Zur Bestätigung der Aktivität des in jedem Kessel gespeicherten Schlammes wird in bestimmten zeitlichen Abständen ein Substrat definierter Zusammensetzung den beiden Kesseln zugeführt. Dieses Substrat, durch das den Organismen vor allem organischer Kohlenstoff zugeführt wird, besteht aus einer Pepton-Lösung mit einem Gehalt an organischem Kohlenstoff von 100 Milligramm (mg) pm Gramm (g) Biomasse, d. h. wie vorstehend erwähnt, pro Gramm (g) Trockensubstanz. Für 100 mg an organischem Kohlenstoff sind in der Lösung darüber hinaus noch 0,01 mg Phosphat in Form von Dinatriumphosphat (Na-HPO₄ 2 H₇O) enthalten. Die Zugabe der Substratlösung erfolgt stoßartig mit Hilfe einer Einsprit-7ung.

(iemessen wird in beiden Kesseln die Geschwindigkeit der Kohlenstoffclimination, d. h. der Verbrauch anorganischem Kohlenstoff nach der Substratzugabe, woraus die Zeit bis zur Erreichung eines stationären Züstandcs ermittelt wird. Der Abbau an organischem Kohlenstoff wird dabei durch in zeitlichen Abständen erfolgenden Probeentnahmen und anschließender Analyse in einem handelsüblichen automatischen Analysator für organischen Kohlenstoff bestimmt,

Für die Durchführung der Messungen wird auch der Kessel, in den während der Speicher- oder Ruhezeiten, d, h, während der Zeiten, in denen kein Substrat zugeführt wird, Kohlendioxid eingeleitet wird, nach Zugabe des Substratstoßes mit Luft begast, jund ί zwar so lange, bis der Substratstoß wieder abgebaut ist. Die Temperaturen beider Kessel werden mittels Thermostaten mit Hilfe der Doppelmäntel auf 15° C± 1° C konstant gehalten. Der pH-Wert, mittels Elektroden gemessen, wird durch Zudosieren von

ίο 5%iger NaOH oder 5%iger H₂SO₄ im Bereich von 6,5 bis 7,5 konstant gehalten. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefaßt, in deren vorderster Spalte dabei die Konservierungszeiten in Tagen (d), d.h. das Alter des Schlammes seit seiner Entnahme aus einer in Betrieb stehenden Reinigungsstufe, eingetragen sind.

In der Tabelle sind als Meßergebnisse Zeiten z_so und f₉₅ angegeben, die die jeweiligen Zeiten in Stunden verkörpern, die der Belebtschlamm im Kessel benötigt hat, um jeweils 50% bzw. 95% des Substratstoßes oder Schmutzstoffimpulses wieder abzubauen.

Die Spalten 1, 2 und 3 sind je einem unterschiedlichen Konservierungsverfahren zuzuordnen.

Spalte 1 gilt für eine Konservierung durch Belüf-

:5 tung ohne eine zusätzliche Nährstoffzugabe.

Bei Spalte 2 ist e ine Konservierung nach dem neuen Verfahren mit Kohlendioxid durchgeführt worden, wobei die CO^Einspeisung bis unmittelbar zu dem Zeitpunkt der geschilderten Substratzugabe dauert;

jo zu diesem Zeitpunkt ist auf die erwähnte Luftbegasung umgestellt worden, die so lange beibehalten worden ist, bis nach einem solchen Substratstoß in dem konservierten Schlamm wieder ein Gleichgewichtszustand erreicht, d. h. die durch diesen Stoß verursachte

J5 Störung, abgebaut ist.

Spalte 3 schließlich betrifft eine Konservierung ebenfalls nach dem neuen Verfahren mit Kohlendioxid; hier wird jedoch die CO₂-Begasung etwa 1 Stunde vor dem Substratstoß auf «ine Belüftung umgeschaltet, um die Aerobie der Mikroorganismen bis zum Beginn dieses Stoßes anzuregen. Nach Erreichen des neuen stationären Zustandes wird, wie bei Spalte 2, jeweils wieder auf CO₂-Begasung übergegangen.

Die erhaltenen Ergebnisse zeigen, daß die Konservierung durch Begasung mit Kohlendioxid erhebliche Vorteile bringt und dann besonders erfolgreich ist, wenn man den konservierten Belebtschlamm vor einem erneuten Einsatz unter aeroben Bedingungen eine gewisse Zeit, wie z. B. in dem dargestellten Fall etwa 1 Stunde lang, wieder mit Luft oder einem mit Sauerstoff angereicherten Gas vorbehandelt.

Weiterhin bestätigen die für alle drei Konservierungsmethoden gemessenen, etwa gleichen Zeiten in der ersten Zeile, in der die Zeiten /,„ und i_y, für im Schlamm nach einem Tag ermittelte Biomasse, also praktisch die Biomasse im Frischschlamm, eingetragen sind, daß die erwähnte Annahme gleiche Startbedingungen, d. h. gleicher Biomasse zu Beginn für alle

bo drei Versuchsreihen, zurecht unterstellt worden ist.

	'50	1	'50 ...	2	'50	3
el	0,25	'95	0,24		0,26	.'93
I	1,1	1,06	0,5	1,02	0,4	1,08
4	6,7	4,8	0,9	2,2	0,7	1,8
9	29	3,75	3,3

Claims (6)

no ί IC/" Patentansprüche:

1. Verfahren zur Konservierung eines aktiven Belebtschlammes für die Wiederverwendung in biologischen Abwasserreinigungsstufen, wobei der zu konservierende Belebtschlammanteil gespeichert und mit einem Gas gespult wird, dadurch gekennzeichnet, daß tür die Spülung ein Gas verwendet wird, das Kohlendioxid mindestens enthält und gegenüber Luft an Sauerstoff mindestens verarmt ist

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spülgas höchstens 10 Vol.-% Sauerstoff, mindestens 10% Kohlendioxid und gegebenenfalls als Restgas Edelgase und/oder Stickstoff bis zu 90 Vol.-% enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Spülgas technisch reines Kohlendioxid verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Spülgas das oder die Abgase einer mit Luft oder Sauerstoff betriebenen, nach dem Belebtschlammverfahren arbeitenden biologischen AbwasserreinigungLstufe ist bzw. sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß der konservierte Belebtschlamm vor seinem erneuten Einsatz in einer aeroben biologischen Abwasserreinigungsstufe eine gewisse Zeit mit einem Gas gespült wird, dessen Sauerstoffgehalt mindestens demjenigen dvr Luft entspricht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis

5. dadurch gekennzeichnet, daß der für die Konservierung vorgesehene Belebtschlamm vorher eingedickt wird.