DE2825007C2

DE2825007C2 - Verfahren zur Reinigung von Abwasser

Info

Publication number: DE2825007C2
Application number: DE19782825007
Authority: DE
Inventors: Boris Petrovi&ccaron; &Scaron;antalaj; Geb. Denisova Vera Alekseevna Gubernatorova; Raisa Michajlovna Slobodjanik; geb. Nechoro&scaron;aja Anna Andreevna Severodonezk Sopova
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-06-07
Filing date: 1978-06-07
Publication date: 1987-02-26
Also published as: DE2825007A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reinigung von Abwasser mittels Belebtschlamm durch Entfernen organischer Verbindungen, Nitrifikation und Denitrifikation.
In der DE-OS 24 54 426 wird ein Verfahren zum Reinigen von Abwässern beschrieben, die organische Verbindungen und Stickstoffverbindungen enthalten, und zwar in zwei Stufen, also Nitrifizierung und Denitrifizierung, unabhängig davon, ob sie in unterschiedlichen Zonen verlaufen oder in verschiedenen Behältern und damit auch bei einem unterschiedlichen Gehalt an löslichem Sauerstoff, da eine Trennung in verschiedene Zonen auch unterschiedliche Verfahrensbedingungen erfordert.
Als Aufgabe wurde der Erfindung zugrundegelegt, bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 den Reinigungsprozeß in einer einzigen Behandlungsstufe durchzuführen und einen hohen Reinigungsgrad zu erzielen.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden zwei biochemische Prozesse, nämlich eine Nitrifikation und eine Denitrifikation, vereinigt. Ammoniumstickstoff und Harnstoff werden beim Verfahren der vorliegenden Erfindung für den Ablauf der gleichzeitigen Reinigung der Abwässer von organischen Verbindungen, Nitraten und Ammoniak zugesetzt, nicht jedoch als biogene Elemente.
Erfindungsgemäß wird der Ammoniumstickstoff auf biologischem Wege in einer einzigen technologischen Stufe gleichzeitig mit den Hydraten und anderen Verunreinigungen entfernt. Damit entfällt eine zusätzliche physiko-chemische Reinigung von Ammoniumionen. Dies stellt eine bedeutende Vereinfachung dar, nicht nur aus Kostengründen, sondern auch damit natürlich eng verbunden, in technologischer Hinsicht. Das erfindungsgemäße Verfahren ist wesentlich einfacher, intensiver, ökonomischer und erlaubt auch die Reinigung der Abwässer in hohem Maße von stickstoffhaltigen organischen Verbindungen durchzuführen.
Bei einer Konzentration des gelösten Sauerstoffes von unterhalb 0,1 mg/l wird die Nitrifikation des in dem Abwasser enthaltenen Ammoniumstickstoffs gehemmt, während die Denitrifikation aktiv vor sich geht.
Bei einer Konzentration des gelösten Sauerstoffs von mehr als 4 mg/l wird in den Abwässern die Denitrifikation gehemmt, während die Nitrifizierung vorherrscht und es zur Umwandlung des Ammoniumstickstoffes in den Nitratstickstoff kommt.
In dem genannten Intervall der Konzentrationen des gelösten Sauerstoffes 0,1 bis 4 mg/l laufen die Nitrifizierung und die Denitrifizierung gleichzeitig ab. Dies wird durch den hohen Grad der Reinigung der Abwässer von dem Ammonium- und Nitratstickstoff sowie durch das Vorliegen in dem Belebtschlamm nitrifizierenden Bakterien der I. und II. Phase der Nitrifikation und von Denitrifikatorbakterien, die sich unter günstigen Bedingungen der Lebenstätigkeit befinden, bestätigt.
Man führt zweckmäßig das Verfahren in Gegenwart biogener Phosphorverbindungen durch.
Bei der Oxydation der organischen Stoffe, die durch die Mikroorganismen sowohl auf Kosten des in dem Abwasser gelösten Sauerstoffs als auch auf Kosten des Sauerstoffes der Nitrate und Nitrite bewirkt wird, wird Energie frei, die durch die Mikroorganismenzellen nicht sofort ausgenutzt, sondern in den makroergischen Bindungen der Adenosintriphosphorsäure (ATP) gespeichert wird.
Die Energie dieser Bindungen wird von den Zellen in verschiedenen Prozessen ihrer Lebenstätigkeit ausgenutzt, in andere Energieformen, beispielsweise in mechanische, Wärme-, elektrische Energie, umgewandelt, sowie für die Syntheseprozesse ausgenutzt.
Die Atmungsintensität der Mikroorganismen und folglich die Intensität der Oxydation der organischen Verbindungen kann durch Zugabe zum Nährmedium biogener phosphorhaltiger Verbindungen verstärkt werden. Gleichzeitig mit der Verstärkung der Atmung beobachtet man eine Verringerung der biogenen Phosphorverbindungen und die Synthese der Adenosintriphosphorsäure. Bei der Zugabe zum Nährmedium biogener Phosphorverbindungen verstärkt sich der Verbrauch des Sauerstoffes durch die Mikroorganismengewebe.
Man verwendet zweckmäßig als biogene Phosphorverbindungen Superphosphat und Trinatriumphosphat.
Man gibt die biogenen Phosphorverbindungen in einer Menge bis 200 mg/l zu.
Der breite pH-Bereich des Mediums, in dem die Nitrifikation und Denitrifikation durchgeführt werden, ist bedingt durch die Besonderheit dieser Prozesse.
Während der Denitrifizierung kommt es zur Alkalisierung des Reaktionsmediums durch die Bildung von Hydroxiden der Alkalimetalle Kalium, Natrium, Calcium oder deren Carbonaten.
Zum Beispiel:
&udf53;sb37,6.el1,6&udf54;5 CÎHÉÊOÎ + 24 KNOË = 24 KHCOË + 6 COÊ + 12 NÊ _ 18 HÊO + Energie@,(1)&udf53;zl10&udf54;
Die Intensität der Alkalisierung hängt von der Konzentration der zu reduzierenden Nitrate ab. Je höher die Stickstoffkonzentration der Nitrate, ein desto geringerer pH- Wert des ankommenden Wassers kann angewandt werden.
Während der Nitrifikation kommt es zur Ansäuerung des Mediums durch die Bildung der Stickstoff- und der Salpetersäure
&udf53;sb37,6.el1,6&udf54;2 NHË + 3 OÊ = 2 HNOÊ _ 2 HÊO + Energie@,(2)&udf53;zl10&udf54;2 HNOÊ + OÊ = 2 HNOË + Energie@,(3)&udf53;zl10&udf54;
Je höher also die Ammoniakkonzentration in dem zu reinigenden Wasser ist, ein desto höherer pH-Wert ist zulässig.
Die Alkalisierung des Mediums während der Denitrifikation und die Ansäuerung des Mediums während der Nitrifikation machen es möglich, das Verfahren in dem genannten pH-Bereich durchzuführen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird wie folgt durchgeführt:
In einen Reaktor vom Typ einer Schlammbelebungsanlage mit Belebtschlamm leitet man Abwasser mit einem pH-Wert von 4 bis 12 ein, die Nitrate und bzw. oder Nitrite und biologisch oxydierbare organische Verbindungen enthalten, gibt diesen Ammoniumionen und bzw. oder Harnstoff zu und belüftet in einem Bereich von 0,1 bis 4 mg/l des gelösten Sauerstoffes.
Nach dem Kontakt führt man den Belebtschlamm einer Absetzanlage zu.
Nach dem Abstehenlassen wird der Belebtschlamm zurückgeleitet und das gereinigte Wasser aus dem System herausgeleitet und erforderlichenfalls einer Nachreinigung unterworfen. In Abhängigkeit von der Konzentration der Verunreinigungen in den der Reinigung zugeführten Abwässern kann die Dauer des Kontaktes mit dem Belebtschlamm in einem Bereich von 1 bis 25 Stunden schwanken. Die Konzentrationen der Nitrate und bzw. oder Nitrite und der organischen Verbindungen in dem zu reinigenden Abwasser hängen von der Konzentration der in einer Menge von vorzugsweise 10 bis 1000 mg/l zugegebenen Ammoniumionen und bzw. oder Harnstoff und von der Konzentration des gelösten Sauerstoffes ab, die in dem System in einem Bereich von 0,1 bis 4 mg/l aufrechterhalten wird. Zur Intensivierung des Oxydations- und Reproduktionsprozesses der Reinigung ist die Zugabe biogener Phosphorverbindungen in einer Menge bis 200 mg/l möglich.
Während der Nitrifikation erfolgt die Oxydation der Ammoniumionen zu Nitraten in zwei Phasen nach der Reaktion (2) und (3).
Die erste Phase wird durch die Bakterien durchgeführt, die zu der Art Nitrosomonas gehören, die zweite Phase durch die Bakterien, die zu der Art Nitrobakter gehören.
Die Denitrifikation ist ein biochemischer Prozeß der Reduktion der Nitrate durch denitrifizierende Bakterien zu elementarem Stickstoff. Die denitrifizierenden Bakterien sind fakultative Anaerobier. Nach der Ernährungsweise sind die Denitrifikatoren heterotroph. Die Reduktion der Nitrate hat für sie energetische Bedeutung. Durch die Reduktion der Nitrate oxydieren sie organische Stoffe, indem sie die für ihre Lebenstätigkeit notwendige Energie freisetzen, d. h. die bakterielle Reduktion der Nitrate ist mit der Substratoxydation verbunden und reduziert sich dem Wesen nach auf die Ausnutzung des Sauerstoffes der Nitrate als Wasserstoffakzeptor statt des Luftsauerstoffes. Dieser komplizierte Oxydations-Reduktions-Prozeß kann in allgemeiner Form durch folgende Gleichung (4) dargestellt werden:
&udf53;sb37,6.el1,6&udf54;4 NOË°H^°h + 24 H°H+°h = 12 HÊO + 2 NÊ@,(4)&udf53;zl10&udf54;
Er wird durch reichliche Entwicklung der Gase CO&sub2; und N&sub2; und Alkalisierung des Mediums durch die Bildung von Carbonaten gekennzeichnet.
Beim Fehlen von Nitraten können die Bakterien in der Regel gelösten Sauerstoff ausnutzen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Denitrifikatoren in ihren Zellen zwei Fermentsysteme enthalten. Eines dieser Systeme stellt ein gewöhnliches Atmungssystem dar, welches Oxydasen und Dehydrasen enthält, und das zweite System ist spezifisch und besteht aus Dehydrasen und besonderen Fermenten, die den Sauerstoff der Nitrate aktivieren, den Nitratreduktasen. Beide Fermentsysteme können gleichzeitig arbeiten und nur die chemische Natur des Wasserstoffdonators und der Partialdruck des gelösten Sauerstoffes bestimmen, welche von ihnen vorherrscht.
Gegenwärtig ist entwickelt und wird betrieben eine Anlage zur Reingiung von Abwasser, welche Ammonium- und Harnstoffionen, Nitrate, Nitrite, organische Verbindungen enthalten. Der Betrieb der Anlage während eines Jahres zeigte Stabilität und eine hohe Wirksamkeit der Reinigung von Industrieabwässern. Nachstehend wird die annähernde Zusammensetzung der zu reinigenden Abwässer angeführt: biochemischer Sauerstoffverbrauch (BSB&sub2;&sub0;) 4000 bis 8000 mg/l; NO&sub3;^- 2600 bis 4400 mg/l; NH&sub3; 160 bis 200 mg/l.
Der Reinigungsgrad beträgt nach dem biochemischen Sauerstoffverbrauch 95 bis 98%, nach NO&sub3;^- 99%, nach NH&sub3; 98 bis 100%.
Die Kontaktdauer des Abwassers mit dem Belebtschlamm beträgt bis zu 8 Stunden.

Beispiel 1

In einen Reaktor mit Belebtschlamm leitet man kontinuierlich Abwasser ein, welches 200 mg/l Nitratstickstoff, 2500 mg/l organische Verunreinigungen BSB&sub2;&sub0; enthält, und gibt diesem gleichzeitig 400 mg/l Harnstoff zu. Die Kontaktdauer des Belebtschlammes mit dem Abwasser beträgt 4,5 bis 9 Stunden. Nach dem Kontakt führt man den Belebtschlamm mit der gereinigten Flüssigkeit einer Absetzanlage zu, von der der Belebtschlamm in den Reaktor zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Konzentration zurückgeleitet wird, während man das gereinigte Wasser aus dem System herausleitet. Die Konzentration des gelösten Sauerstoffes beträgt 0,1 bis 2,5 mg/l. Der pH-Wert des zu reinigenden Wassers ist im Bereich von 7 bis 9 zulässig. Der Reinigungsgrad des Abwassers nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vom Nitratstickstoff und Harnstoff beträgt 98 bis 100%, von organischen Verunreinigungen 95%.

Beispiel 2

Die Reinigung des Abwassers wird analog zu Beispiel 1 bei einem Gehalt des Abwassers an Nitratstickstoff von 700 mg/l, an organischen Beimengungen BSB&sub2;&sub0; von 6000 mg/l unter Zugabe zu diesem von 200 mg/l Ammoniumstickstoff durchgeführt. Der pH-Wert des zur Reinigung tretenden Abwassers ist im Bereich von 4 bis 8 zulässig. Die Konzentration des gelösten Sauerstoffes beträgt 0,1 bis 2,5 mg/l. Die Kontaktdauer des Abwassers mit dem Belebtschlamm beträgt 12 Stunden. Der Reinigungsgrad des Abwassers nach dem erfindungsgemäßen Verfahren von dem Nitrat- und Ammoniumstickstoff beträgt 98 bis 100%, von organischen Verunreinigungen 98%.

Beispiel 3

Die Reinigung des Abwassers wird analog zu Beispiel 1 durchgeführt. Dem zu reinigenden Abwasser, welches 700 mg/l Nitratstickstoff und 6000 mg/l organische Verunreinigungen BSB&sub2;&sub0; enthält, gibt man 70 mg/l Ammoniumstickstoff zu. Die Konzentration des gelösten Sauerstoffes im Reaktor beträgt 0,1 bis 1,5 mg/l, pH-Wert 4 bis 6, die Kontaktdauer des Abwassers mit dem Belebtschlamm 12 Stunden. Der Reinigungsgrad des Abwassers von dem Nitrat- und Ammoniumstickstoff beträgt 98 bis 100%, von organischen Verunreinigungen 96%.

Beispiel 4

Die Reinigung des Abwassers wird analog zu Beispiel 1 durchgeführt. Dem zu reinigenden Abwasser, welches 900 mg/l Nitratstickstoff und 6500 mg/l organische Verunreinigungen BSB&sub2;&sub0; enthält, gibt man 100 mg/l Ammoniumstickstoff zu. Die Konzentration des gelösten Sauerstoffes verändert man in einem Bereich von 0,7 bis 3 mg/l, den pH-Wert des zu reinigenden Abwassers in einem Bereich von 4 bis 7. Die Kontaktdauer des Abwassers mit dem Belebtschlamm beträgt 12 Stunden. Der Reinigungsgrad des Abwassers vom Nitrat- und Ammoniumstickstoff beträgt 98 bis 100%, von organischen Verunreinigungen 95%.

Beispiel 5

Die Reinigung des Abwassers wird analog zu Beispiel 1 durchgeführt. Dem zu reinigenden Abwasser, welches 700 mg/l Nitratstickstoff und 7000 mg/l organische Verunreinigungen BSB&sub2;&sub0; enthält, gibt man 300 mg/l Ammoniumstickstoff zu. Der pH-Wert des Abwassers beträgt 5 bis 8. Die Konzentration des gelösten Sauerstoffes verändert man in einem Bereich von 1,2 bis 4 mg/l. Die Kontaktdauer des Abwassers mit dem Belebtschlamm beträgt 12 Stunden. Der Reinigungsgrad des Abwassers vom Nitrat- und Ammoniumstickstoff beträgt 99 bis 100%, von organischen Verunreinigungen 95%.

Beispiel 6

Die Reinigung des Abwassers wird analog zu Beispiel 1 durchgeführt. Dem zu reinigenden Abwasser, welches 500 mg/l Nitratstickstoff und 15 000 mg/l organische Verunreinigungen BSB&sub2;&sub0; enthält, gibt man 1000 mg/l Ammoniumstickstoff zu. Die Konzentration des zugegebenen Superphosphates beträgt 200 mg/l, die Konzentration des gelösten Sauerstoffes 2 bis 4 mg/l, der pH-Wert des Abwassers 9 bis 12, die Kontaktdauer des Abwassers mit dem Belebtschlamm 25 Stunden. Der Grad der Reinigung des Abwassers von dem Nitrat- und Ammoniumstickstoff beträgt 98 bis 100%, von organischen Verunreinigungen 95%.

Beispiel 7

Die Reinigung des Abwassers von den Beimengungen wird analog zu Beispiel 1 durchgeführt. Dem Abwasser, welches 2000 mg/l Nitrat- und Nitritsstickstoff und 18 000 mg/l organische Verunreinigungen enthält, gibt man 200 mg/l Trinatriumphosphat und 400 mg/l Ammoniumstickstoff zu. Die Konzentration des gelösten Sauerstoffes beträgt 0,1 bis 2 mg/l, der pH-Wert des Abwassers 4 bis 5, die Kontaktdauer des Abwassers mit dem Belebtschlamm 25 Stunden.
Der Grad der Reinigung des Abwassers von dem Ammonium- und Nitritstickstoff beträgt 98 bis 99%, von organischen Verunreinigungen 96%.

Beispiel 8

Die Reinigung des Abwassers von den Beimengungen wird analog zu Beispiel 1 durchgeführt. Dem Abwasser, welches von 100 mg/l Nitritstickstoff und 700 mg/l organische Verunreinigungen enthält, gibt man 10 mg/l Ammoniumstickstoff zu. Die Konzentration des gelösten Sauerstoffes beträgt 1 bis 2 mg/l, der pH-Wert des Abwassers 8, die Kontaktdauer des Abwassers mit dem Belebtschlamm 1 Stunde.
Der Grad der Reinigung des Abwassers von dem Ammonium- und Nitritstickstoff beträgt 99 bis 100%, von organischen Verunreinigungen 98%.

Claims

1. Verfahren zur Reinigung von Abwasser mittels Belebtschlamm durch Entfernen organischer Verbindungen, Nitrifikation und Denitrifikation, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Entfernung organischer Verbindungen, Nitrifikation und Denitrifikation in einem Behandlungsbecken das zu behandelnde Abwasser bis zu 2000 mg/l Nitrat- und Nitrit-Stickstoff und organische Verbindungen entsprechend einem BSB&sub2;&sub0; von 700 bis 18000 mg/l aufweist und entsprechend dem vorhandenen Stickstoffgehalt 10 bis 1000 mg/l Ammoniumstickstoff oder Harnstoff zugesetzt werden und der pH-Wert des Abwassers zwischen 4 und 12, die Konzentration an gelöstem Sauerstoff zwischen 0,1 und 4 mg/l und die Behandlungszeit 1 bis 25 Stunden beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man dem zu behandelnden Abwasser biogene Phosphorverbindungen, wie Superphosphat und/oder Trinatriumphosphat, in einer Menge bis 200 mg/l zusetzt.