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Verfahren und Vorrichtung zur bio-
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logischen Reinigung von Abwasser Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur biologischen Reinigung von Abwasser unter Einsatz von Schaumstoffteilchen als
Ansiedlungsfläche für Mikroorganismen, bei dem das Abwasser durch mehrere voneinander
getrennte Behandlungszonen geleitet wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
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Aus der DE-AS 25 50 818 ist beispielsweise ein Verfahren zur biologischen
Abwasserreinigung in drei unmittelbar hintereinander geschalteten, von unten nach
oben durchströmten Reaktoren zur getrennten Oxidation von Kohlenstoffverbindungen,
Nitrifikation und Denitrifikation bekannt, bei dem Abwasser in allen Reaktoren durch
offenporige, flexible Schaumstoffkörper, insbesondere aus Polyester- bzw. Polyurethanschaumstoff,
die als Haftkörper für die Biomasse und als Kolloidfänger dienen, hindurchgeleitet
wird und bei dem die Schaumstoffkörper in den einzelnen Reaktoren intermittierend
zusammengedrückt und entspannt werden, um einen möglichst hohen Stoffaustausch in
den Trägerteilchen zu erhalten. Dadurch siedln sich die Mikroorganismen in den Poren
der
Schaumstoffkörper so zahlreich an, daß nach kurzer Zeit in hoher
Konzentration eine hochaktive Biomasse gebildet ist. Mit dem Vorgang des intermittierenden
Zusammenpressens und Entspannens der Schaumstoffteilchen ist dieses bekannte Verfahren
jedoch relativ aufwendig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens so auszugestalten,
daß auf einfache und wirtschaftliche Weise möglichst hohe Reinigungswerte erzielt
werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in zumindest
zwei Behandlungszonen unterschiedliche Schaumstoffteilchen verwendet werden.
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Dabei besteht die Möglichkeit, in jeder einzelnen Behandlungszone
unterschiedliche Schaumstoffteilchen oder in jeder einzelnen Behandlungszone nur
gleiche Schaumstoffteilchen einzusetzen. Gerade die letztere Variante ermöglicht
es, die Schaumstoffteilchen der Beschaffenheit des zu behandelnden Abwassers sowie
dem erwünschten Behandlungsvorgang in den einzelnen Behandlungszonen anzupassen
und so die Leistungsfähigkeit der auf den Schaumstoffteilchen fixierten Biomasse
voll auszuschöpfen. Als Schaumstoffteilchen werden dabei bevorzugt solche aus Polymerverbindungen
mit einer zumindest weitgehend offenzelligen Struktur und mit Makroporen verwendet,
da solche Schaumstoffteilchen nicht nur eine große Ansiedlungsflä.che für Mikroorganismen
bieten sondern auch aufgrund ihres Aufbaus einen hohen Stoffaustausch ermöglichen.
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Vorteilhafterweise unterscheiden sich die in den einzelnen Behandlungszonen
verwendeten Schaumstoffteilchen im Volumen und/oder in der Porengröße und/oder im
Material und/ oder im Raumgewicht. Durch den gezielten Einsatz von sich solcher
Art unterscheidenden Schaumstoffteilchen kann eine Verbesserung der Reinigungsleistung
beispielsweisebeimBSB5-Abbau, bei der simultanen Nitrifikation und Denitrifikation
oder bei der Behandlung von Chemieabwässern mit aggressiven Inhaltsstoffen erreicht
werden, wobei insbesondere durch Veränderung der Materialqualität, die beispielsweise
durch die Zugfestigkeit, die Stauchhärte oder die Bruchdehnung gekennzeichnet ist,
und des Raumgewichtes der Schaumstoffteilchen in den einzelnen Behandlungszonen
einem wirtschaftlichen Einsatz der Schaumstoffteilchen insofern Rechnung getragen
werden kann, als Schaumstoffteilchen aus Polymerverbindungen mit hohen Raumgewichten
und großer Stabilität relativ teuer sind, während Schaumstoffteilchen mit geringen
Raumgewichten und niedriger Stabilität entsprechend billiger sind.
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Im allgemeinen ist es zweckmäßig, in Fließrichtung von Behandlungszone
zu Behandlungszone Schaumstoffteilchen mit jeweils verminderter Materialqualität
und vermindertem Raumgewicht zu verwenden. Das Raumgewicht der Schaumstoffteilchen
sollte dabei in der ersten oder in den beiden ersten Behandlungszonen zwischen 50
und 100 kg/m3 und in nachfolgenden Behandlungszonen zwischen 25 und 50 kg/m3 liegen.
Damit ergibt sich ein wirtschaftlicher Einsatz der Schaumstoffteilchen bei guter
Reinigungsleistung insofern, als in der Regel in den in Fließrichtung ersten Behandlungszonen
aggressive Abwasserinhaltsstoffe abgebaut werden und aufgrund des Zulaufs von Abwasser
und Belebtschlamm die Begasungsintensität und damit
die mechanische
Beanspruchung der Schaumstoffteilchen relativ hoch ist, während in den in Fließrichtung
weiter hinten liegenden Behandlungszonen kaum mehr aggressive Stoffe vorhanden sind
und auch die Begasungsintensität aufgrund des in den ersten Behandlungszonen bereits
erfolgten Hauptabbaus vermindert ist Besonders bei der Behandlung von Chemieabwässern
ist es im Hinblick auf die aggressiv wirkenden Abwasserinhaltsstoffe zweckmäßig,
in Fließrichtung in den ersten Behandlungszonen Schaumstoffteilchen aus Polypropylen-
und/ Polyäthylenverbindungen und in den letzten Behandlungszonen Schaumstoffteilchen
aus Polyurethanverbindungen zu verwenden, da die Widerstandsfähigkeit der Polypropylen-
bzw. Polyäthylenverbindungen im Hinblick auf aggressive Abwasserinhaltsstoffe größer
ist als die von Polyurethanverbindungen und da der Abbau der aggressiven Abwasserinhaltsstoffe
in der Regel in den ersten Behandlungszonen abgeschlossen ist, so daß die billiger
herzustellenden Polyurethanschaumstoffteilchen ohne Gefahr in den letzten Behandlungszonen
zum Einsatz kommen können. Bei zwei hintereinander geschalteten Bebandlungszonen
sollte das Volumen der Polypropylen-oder Polyäthylenteilchen zwischen 1 und 3 cm3
liegen, wobei ein Durchmesser der Makroporen zwischen 0,2 und 1,5 mm zweckmäßig
ist, während für die Polyurethanteilchen in der zweiten Behandlungszone ein Volumen
zwischen 3 und 15 cm3 und Makroporen mit einem Druchmesser zwischen 0,5 und 2 mm
ausreichend sind.
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Für einen BSB5-Abbau bei normal- und hochbelasteten Abwässern ist
es weiterhin zweckmäßig, in Fließrichtung von Behandlungszone zu Behandlungszone
Schaumstoffteilchen mit jeweils größerem Volumen und steigender und/oder zumindest
gleichbleibender Porengröße
zu verwenden. Beispielsweise können
bei einem Belebungsbecken mit drei Behandlungszonen in der ersten Behandlungszone
Schaumstoffteilchen mit einem Volumen von 1 bis 3 cm3 und mit einem Durchmesser
der Makroporen von 0,2 bis 1 mm, in der zweiten Behandlungszone Schaumstoffteilchen
mit einem Volumen von 3 bis 5 cm3 und mit einem Durchmesser der Makrporen von 0,5
bis 1,5 mm und in der dritten Behandlungszone Schaumstoffteilchen mit einem Volumen
von 5 bis 15 cm3 und mit einem Durchmesser der Makroporen von 1 bis 3 mm vorhanden
sein.
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Durch diese Abstufung der Volumina und der Makroporen der Schaumstoffteilchen
wird dem Umstand Rechnung getragen, daß am Beckenanfang der Substratgehalt am größten
ist, daß damit die Zahl der Mikroorganismen und die Begasungsintensität zur Erreichung
eines guten Stoffübergangs in der ersten Behandlungszone sehr hoch sein muß und
entsprechend der Zahl der Mikroorganismen Trägerteilchen mit möglichst großer Oberfläche
zur Ansiedlung zur Verfügung stehen müssen, wobei bei kleiner Porengröße ein Auswaschen
der Mikroorganismen aus den Trägerteilchen vermindert werden kann, und daß bei abnehmendem
Substratgehalt auch die Zahl der Mikroorganismen und die Belüftungsintensität abnehmen
kann, und entsprechend der abnehmenden Zahl der Mikroorganismen größere und demzufolge
billigere und haltbarere Trägerteilchen verwendet werden können, wobei zur Sicherstellung
eines ausreichenden Stoffaustausches bis ins Innere der Trägerteilchen die Porengröße
zweckmäßigerweise möglichst groß sein muß.
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Bei der Behandlung von Abwässern in schwachbelasteten Anlagen, in
denen auch eine simultane Nitrifikation vorgesehen ist,oder bei einer anaeroben
Behandlung von hochbelasteten Abwässern ist es dagegen #von Vorteil, wenn in Fließrichtung
von Behandlungszone zu Behandlungszone
Schaumstoffteilchen mit
jeweils vermindertem Volumen und/ steigender Porengröße verwendet werden.
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Für eine simultane Nitrifikation in einem Belebungsbecken mit beispielsweise
drei Behandlungszonen ist es dabei zweckmäßig, entweder den Porendurchmesser bei
einem Volumen der Schaumstoffteilchen zwischen 1 und 15 cm3 in der ersten Behandlungszone
zwischen 0,2 bis 1 mm, in der zweiten Behandlungszone zwischen 0,5 und 1 mm und
in der dritten Behandlungszone zwischen 1 und 2 mm einzustellen, oder das Teilchenvolumen
bei einem Porendurchmesser von 0,2 bis 2 mm in der ersten Behandlungszone zwischen
2,5 bis 15 cm3, in der zweiten Behandlungszone zwischen 2,5 bis 10 cm3 und in der
dritten Behandlungszone zwischen 1 und 2,5 cm3 einzustellen n Damit wird erreicht,
daß in den in Fließrichtung weiter hinten befindlichen Behandlungszonen aufgrund
der steigenden Porengröße bzw. aufgrund des abnehmenden Teilchenvolumens ein intensiver
Stoffaustausch mit einem verstärkten Auswaschen heterotropher, nicht aber sessiler
autotropher Bakterien stattfindet, wodurch die Nitrifikanten vorwiegend in den hinteren
Behandlungszonen angesiedelt sind, in denen die Oxidation der Kohlenstoffverbindungen
bereits weitgehend abgeschlossen ist.
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Für einen anaeroben Abbau in einem Reaktor mit einer Versäuerungszone
und einer Methanisierungszone ist es zweckmäßig, in der Versäuerungszone Schaumstoffteilchen
mit einem Volumen von 1 bis 10 cm3 und mit Makroporen von 0,2 bis 1 mm Durchmesser
und in der Methanisierungszone Schaumstoffteilchen mit einem Volumen von 0,5 bis
5 cm3 und mit Makroporen von 0,5 bis 1,5 mm zu verwenden. Damit wird sichergestellt
daß das in der Methanisierungszone entstehende, im Wasser schwer lösliche Methan
aufgrund der großen Porengröße und des
kleinen Teilchenvolumens
leicht aus den Schaumstoffteilchen entweichen kann, wodurch ein unerwünschtes Aufschwimmen
der Schaumstoffteilchen aufgrund übermäßiger Gasansammlung im Inneren der Schaumstoffteilchen
vermieden werden kann. Außerdem wird den vergleichsweise relativ langsam wachsenden
Methanbakterien mit kleinen Schaumstoffteilchen eine große Oberfläche zur Ansiedlung
zur Verfügung gestellt, so daß sie ohne Probleme in genügender Anzahl in der Methanisierungszone
vorhanden sind. Für die schnell wachsenden Bakteriengruppen in der Versäuerungszone
sind dagegen große Trägerteilchen und eine entsprechend geringe Ansiedlungsfläche
völlig ausreichend.
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Des weiteren ist es für Filtrationsvorgänge vorteilhaft, in Fließrichtung
von Behandlungszone zu Behandlungszone Schaumstoffteilchen mit jeweils vermindertem
Volumen und verminderter Porengröße zu verwenden. Beispielsweise ist es zweckmäßig,
in einem Filtration#-; becken mit drei aufeinander folgenden Behandlungszonen in
der ersten Behandlungszone Schaumstoffteilchen mit einem Volumen von 2 bis 3 cm3
und einem Porendurchmesser von 1 bis 2 mm, in der zweiten Behandlungszone Schaumstoffteilchen
mit einem Volumen von 1 bis 2 cm3 und einem Porendurchmesser von 0,5 bis 1 mm und
in der dritten Behandlungszone Schaumstoffteilchen mit einem Volumen von 0,5 bis
1 cm3 und einem Porendurchmesser von 0,2 bis 0,5 mm vorzusehen. Damit werden dann
die im Abwasser enthaltenen Feststoffe selektiv nach ihrer Teilchengröße entfernt.
In den ersten Behandlungszonen werden vorwiegend die größeren Feststoffe und in
den letzten Behandlungszonen vor allem kleine Partikel zurückgehalten. Je größer
dabei die Schaumstoffteilchen in den ersten Behandlungszonen gehalten werden, desto
größer sind auch die sich zwischen den Schaum-
stoffteilchen ausbildenden
Zwischenräume, in denen dann auch eine größere Anzahl an Schmutzstoffen zurückgehalten
werden kann.
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Für die Durchführung simultaner Denitrifikationsvorgänge ist es schließlich
zweckmäßig, das Abwasser durch mindestens drei Behandlungszonen zu leiten, und in
der zweiten Behandlungszone Schaumstoffteilchen mit kleinerem Volumen und größerer
Porengröße als in der ersten Behandlungst zone und in der dritten Behandlungszone
Schaumstoffteilchen mit größerem Volumen und größerer Porengröße als in der ersten
und zweiten Behandlungszone zu verwenden. Auf diese Weise wird in der ersten Behandlungszone
ein BSB-Abbau, in der zweiten Behandlungszone eine Nitrifikation und in der dritten
Behandlungszone eine Denitrifikation ermöglicht. Zur Versorgung der Denitrifikanten
mit ausreichend Kohlenstoff kann zum Beispiel Methanol oder ein Teil des zulaufenden
Abwassers direkt der dritten Behandlungszone zugeleitet werden. Bei einer hochbelasteten
ersten Behandlungszone kann diese Maßnahme eventuell entfallen. Die Schaumstoffteilchen
in der ersten Behandlungszone weisen zweckmäßigerweise ein Volumen von 3 bis 5 cm3
und einen Porendurchmesser von 0,5 bis 1,5 mm auf, während für die Schaumstoffteilchen
in der zweiten Behandlungszone ein Volumen von 1 bis 2,5 cm3 und ein Porendurchmesser
von 1 bis 2 mm und in der dritten Be-.
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handlungszone ein Volumen von 1,5 bis 15 cm3 und ein Porendurchmesser
von 0,2 bis 1,5 mm günstig ist. Diese Volumenabstufung der Schaumstoffteilchen in
den einzelnen Behandlungszonen erlaubt es, daß die auf und in den Schaumstoffteilchen
der ersten Behandlungszone angesiedelten, schnell wachsenden Mikroorganismen ausreichend
mit Sauerstoff versorgt werden können, daß den langsam wachsenden Nitrifikanten
in der zweiten Behandlungszone eine ausreichende Ansiedlungsfläche zur Ver-
fügung
steht und daß die Ausbildung anaerober Verhältnisse in den Schaumstoffteilchen der
dritten Behandlungszone für die schnell wachsenden Denitrifikanten begünstigt werden.
Die angegebene Abstufung der Porendurchmesser verhindert in der ersten Behandlungszone
ein Auswaschen der heterotrophen Bakterien, begünstigt dagegen in der zweiten Behandlungszone
gerade das Auswaschen der heterotrophen Bakterien, während langsam wachsende sessile
Nitrifikanten zurückgehalten werden, und begünstigt schließlich in der dritten Behandlungszone
den für die Denitrifikation erforderlichen Gasaustrag, so daß ein Aufschwimmen der
Schaumstoffteilchen in dieser Behandlungszone vermieden wird.
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Schließlich ist es für die Durchführung einer simultanen Denitrifikation
auch möglich, das Abwasser durch mindestens drei Behandlungszonen zu leiten und
in der zweiten Behandlungszone Schaumstoffteilchen mit kleinerem Volumen und kleinerer
Porengröße als in der ersten Behandlungszone und in der dritten Behandlungszone
Schaumstoffteilchen mit kleinerem Volumen und größerer Porengröße als in der zweiten
Behandlungszone zu verwenden.
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Damit wird in der ersten Behandlungszone eine Denitrifikation, in
der zweiten Behandlungszone ein BSB5-Abbau und in der dritten Behandlungszone eine
Nitrifikation ermöglicht, wobei in üblicher Weise ein interner Rücklauf zwischen
Nitrifikationszone und Denitrifikationszone erforderlich ist. Die Abstufung des
Volumens und der Porengröße der Schaumstoffteilchen in den einzelnen Behandlungszonen
kann dabei im wesentlichen derjenigen entsprechen, wie sie bei einer vorstehend
beschriebenen nachgeschalteten Denitrifikation in der jeweiligen BSB5-Abbauzone,
Nitrifikationszone und Denitrifikationszone gegeben ist. Nur das Volumen der Schaumstoffteilchen
in der vorteschalteten Denitrifikationszone muß
etwas kleiner bemessen
sein als das der Schaumstoffteilchen in der nachgeschalteten Denitrifikationszone,
da die BSB-Konzentration in der vorgeschalteten Denitrifikationszone aufgrund des
direkten Abwasserzulaufs höher ist als in der nachgeschalteten Denitrifikationszone
und bei kleineren Teilchen ein besserer Substratübergang zu erzielen ist. Zweckmäßigerweise
weisen deshalb in diesem Fall die Schaumstoffteilchen in der ersten, als Denitrifikationszone
ausgebildeten Behandlungszone ein Volumen von 1,5 bis 10 cm3 und eine Porendurchmesser
zwischen 0,5 und 1,5 mm auf.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung zur Durchführung des Verfahrens
umfaßt mehrere vom Abwasser durchströmte Behandlungszonen, in denen Schaumstoffteilchen
als Ansiedlungsfläche für Mikroorganismen vorhanden sind. Erfindungsgemäß ist eine
solche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens zwei Behandlungszonen
unterschiedliche Schaumstoffteilchen vorhanden sind.
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In der Zeichnung ist schematisch für unterschiedliche Abwasserreinigungsverfahren
die erfindungsgemäße Anordnung unterschiedlicher Schaumstoffteilchen in aufeinanderfolgenden
Behandlungszonen aufgezeigt.
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Die Figur 1 zeigt einen BSB -Abbau normal- oder hoch-5 belasteter
Abwässer in drei hintereinander geschalteten Behandlungszonen, Die Figur 2 zeigt
einen BSB -Abbau in relativ schwachbelasteten 5 Anlagen mit simultaner Nitrifikation
in ebenso drei hintereinander geschalteten Behandlungszonen, wobei in der Figur
2a das Teilchenvolumen konstant gehalten und der Porendurchmesser variiert ist und
in Figur 2b der umgekehrte Fall dargestellt ist.
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Die Figur 3 zeigt einen BSB5-Abbau mit nachgeschalteter Nitrifikation
und Denitrifikation in vier hintereinander geschalteten Behandlungszonen, wobei
die beiden ersten Behandlungszonen dem BSB5-Abbau dienen und wobei zur Versorgung
der vierten Behandlungszone mit ausreichend Kohlenstoff für eine Denitrifikation
ein Teilstrom des der ersten Behandlungszone zulaufenden Rohabwassers in die vierte
Behandlungszone eingeleitet wird.
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Die Figur 4 zeigt einen BSB5-Abbau mit vorgeschalteter Denitrifikation
und nachgeschalteter Nitrifikation in vier hintereinander geschalteten Behandlungszonen,
wobei die zweite und dritte Behandlungszone dem BSB5-Abbau dient und wobei zwischen
der vierten und der ersten Behandlungszone ein interner Rücklauf betrieben wird.
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In den Figuren ist das Volumen der Schaumstoffteilchen jeweils durch
die oberen in die einzelnen Behandlungszonen eingetragenen Zahlenbereiche (Benennung
cm3) und der Porendurchmesser der Schaumstoffteilchen jeweils durch die unteren
in die einzelnen Behandlungszonen eingetragenen Zahlenbereiche (Benennung mm) gekennzeichnet.
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Wie eingangs bereits erwähnt, ist es im allgemeinen wirtschaftlich
daß in Fließrichtung von Behandlungszone zu Behandlungszone Schaumstoffteilchen
mit jeweils verminderter Materialqualität und vermindertem Raumgewicht verwendet
werden. Das Raumgewicht liegt in den ersten Behandlungszonen zwischen 50 und 100
kg/m3 und in den letzten Behandlungszonen zwischen 25 und 50 kg/m3. Die Struktur
der Schaumstoffteilchen ist zumindest weitgehend offenzellig. Die Form der Schaumstoffteilchen
kann rund, eckig, würfelförmig oder beliebig gewählt sein.