DE3779987T2

DE3779987T2 - Anaerobes verfahren.

Info

Publication number: DE3779987T2
Application number: DE8787850270T
Authority: DE
Inventors: Erik Saerner
Original assignee: A C Biotechnics AB
Current assignee: A C Biotechnics AB
Priority date: 1986-09-24
Filing date: 1987-09-07
Publication date: 1993-02-04
Anticipated expiration: 2007-09-08
Also published as: CA1321427C; NZ221828A; ES2032867T3; EP0262107B1; ATE77611T1; US4966704A; FI874126A; SE466198B; SE8604043L; FI874126A0; NO873976D0; EP0262107A2; DE3779987D1; EP0262107A3; NO873976L; SE8604043D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von verschmutztem Wasser auf biologische Art, bei der anaerobe Bedingungen in einem Reaktor verwendet werden, der ein Festbett und einen darauf angebrachten Biofilm aufweist.
In biologischen Reinigungsmethoden werden hauptsächlich zwei verschiedene Verfahren verwendet, nämlich ein aerobes Verfahren und ein anaerobes Verfahren. Bei Verwendung aerober Reinigungstechniken haben bisher zwei Verfahrenstypen dominiert, nämlich das aktive Schlammverfahren und das biologische Bett. Erst kürzlich hat man begonnen, in Wasser gequollene Füllmaterialien in Belüftungsbecken zu verwenden. In vielen Fällen lag das Ziel eines solchen Verfahrens darin, auf dem Füllmaterial langsam wachsende, nitrifizierende Bakterien in dem System zu halten.
Mit den anaeroben Reinigungstechniken war die Entwicklung anders. Der übliche Digestor wurde für das Kontaktverfahren, nämlich das anaerobe, aktive Schlammverfahren, entwickelt. Während der letzten zehn bis fünfzehn Jahre wurden anaerobe Filter mit festen, in einer Flüssigkeit gequollenen Füllelementen entwickelt und in Verwendung gebracht.
Eine andere Technik, die auf nicht-durchtränkten Filtern oder sogenannten Tropffiltern basiert, wird in GB A 20 68 929 beschrieben. Dieses Patent zeigt drei verschiedene Anwendungen, nämlich anaeroben Abbau organischer Verbindungen mit der Bildung von Kohlendioxid und anderen Produkten, anaeroben Abbau organischer Verbindungen mit der Bildung von Kohlendioxid, Methan und anderen Produkten, und Denitrifizierung.
Die vorliegende Erfindung, in der anaerobe Reinigungstechniken verwendet werden, hat das Ziel, den gleichen, in dem vorstehend angegebenen GB-Patent beschriebenen Filtertyp zu verwenden. Sie betrifft die Entgiftung durch Entfernung von Schwefelverbindungen in einem ersten Schritt, dem ein zweiter Schritt folgt, der eine übliche mikrobiologische Reinigung umfaßt. Die vorliegende Erfindung betrifft somit im wesentlichen ein Verfahren zur biologischen Reinigung von verschmutztem Wasser unter Verwendung anaerober Bedingungen, wobei das Verfahren in einem Reaktor mit einem Festbett und einem darauf angebrachten Biofilm stattfindet. In einem solchen Verfahren wird das verschmutzte Wasser an dem oberen Teil des Reaktors zugegeben und kann dann abwärts auf den angebrachten Biofilm fließen, ohne daß dabei das Bett durchtränkt wird und währenddessen eine kontinuierliche Gasphase innerhalb des Bettes beibehalten wird. Ein Reaktor dieses Typs wird in der angelsächsischen Literatur als "Tropffilter" oder "Tropfkörperanlage" bezeichnet. Der Ausdruck bedeutet somit, daß das Bett nicht mit Flüssigkeit durchtränkt ist, sondern eine kontinuierliche Gasphase enthält, wohingegen die Flüssigkeit in Form einer dünnen flüssigen Schicht auf der Oberfläche des in dem Bettmaterial vorliegenden Biofilms fließt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird somit ein Zweistufen-Verfahren zur mikrobiologischen Reinigung von verschmutztem Wasser bereitgestellt, wobei das Verfahren einen ersten Vorreinigungsschritt unter Verwendung anaerober Bedingungen in einem Reaktor mit einem Festbett und einem darauf angebrachten Biofilm umfaßt, dem ein üblicher zweiter Reinigungsschritt, wie ein anaerobes-aerobes Verfahren, folgt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß das verschmutzte Wasser in dem ersten Schritt durch bakterielle Reduktion von Schwefelverbindungen zu Sulfiden und durch Entfernung der erhaltenen Sulfide aus dem Wasser vorgereinigt wird.
Das Bettmaterial des Reaktors kann durch Kunststoff- oder anorganisches Material gebildet werden. Als Kunsttoff sind Polyester oder Polyvinylchloride gemeint, während das anorganische Material Stein, Glas, feuerfester Ton oder anderes keramisches Material sein kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann derart durchgeführt werden, daß behandeltes Wasser durch den Reaktor zirkulieren kann. Eine Zirkulation kann auch in Bezug auf die in dem Verfahren gebildeten Gase, beispielsweise Kohlendioxid und Methangas, verwendet werden. Ebenso können in späteren Behandlungsschritten gebildete Gase durch den Reaktor zirkuliert werden.
Der in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete biologische Reaktor umfaßt somit einen aufrechten Behälter oder Turm, worin festes, angebrachtes Material vorliegt und auf dem Mikroorganismen unter der Bildung eines sogenannten Biofilms auf dem Material wachsen können. Das verschmutzte Wasser wird dann an dem oberen Ende des Behälters zugegeben und verteilt sich über das feste, mit Mikroorganismen überwachsene Material des Bettes. Der Reaktor wird von der umgebenden Luft abgeschlossen, so daß Sauerstoff von dem Inneren des Behälters ausgeschlossen wird, d.h., die in dem Reaktor stattfindenden biologischen Umsetzungen haben anaeroben Charakter. Die Kontaktoberfläche zwischen dem auf dem Biofilm fließenden Wasser und dem umgebenden Gas ist in dem Reaktor sehr groß. Die Verweilzeit ist relativ kurz im Vergleich zu dem Fall, wo ein durchtränktes Bett verwendet wird.
Die Erfindung wird im folgenden in Verbindung mit speziellen Beispielen und durch Hinweis auf die beigefügte Zeichnung weiter erläutert, worin die Figur zeichnerisch ein Ausführungsbeispiel eines anaerob arbeitenden Reaktors zeigt.
Der in der Zeichnung gezeigte und im allgemeinen mit 1 bezeichnete Reaktor enthält einen zylindrischen, länglichen Behälter 2, der ein festes, in drei Teile eingeteiltes Bett 3 enthält. Der Behälter 2 ist mit einem Flüssigkeitszulauf 5 für das zu reinigende Wasser versehen, der in eine Sprühdüse 7 zur Verteilung des zugegebenen Wassers auf das Bett 3 übergeht. Der Behälter ist ferner mit einem Abfluß 9 versehen, der ein Abschlußventil 11 aufweist.
Im Bereich zwischen den Bettteilen 3 sind Ablaufrohre 13 angebracht, um Proben verschiedenen Höhen des Reaktors zu entnehmen. Diese Ablaufrohre 13 sind jeweils mit zwei Abschlußventilen 15 ausgestattet, die die Entnahme von Wasserproben bei Verschluß während des Betriebs erlauben. Der Reaktor ist schließlich mit einem Gasabfluß 17 zum Abzug der gebildeten Gase versehen.
In den folgenden zwei Beispielen wird einerseits die Gesamtreinigung von Abwasser und andererseits die Entgiftung von Schwefel-haltigem Wasser erläutert.

BEISPIEL 1

Abwasser mit einer COD-Konzentration von 6700 mg/l wird anaerob in einem Reaktor gereinigt, der gemäß des erfindungsgemäßen Prinzips arbeitet. Das Wasser fließt mit etwa 40 m³/h. Der Reaktor enthält als Packmaterial einen PVC-Kunststoff des Blocktyps (Biodek, vertrieben durch AB Carl Munters, Schweden). Die Betthöhe beträgt 8 m und die Querschnittsfläche 54 m², entsprechend einem Durchmesser von 8,3 m.
Die Beschickung auf dem Bett beträgt etwa 15 kg COD/m³ pro Tag. Die verwendete hydraulische Beschickung beträgt 1,5 m³/m² pro Stunde und dieser Wert basiert auf dem zirkularisierten Wasser zu 100%.
Die COD-Reduktion über den verwendeten Reaktor beträgt etwa 75%, während die BOD-Reduktion etwa 85% beträgt. In der Reinigung wird Methangas in einer Menge von etwas mehr als 1500 Nm³ pro Tag gebildet.

BEISPIEL 2

Abwasser mit einer COD-Konzentration von 7200 mg/l wird durch Behandlung in einem gemäß dem Prinzip, auf dem die vorliegende Erfindung basiert, arbeitenden Reaktor entgiftet. Der als Schwefel berechnete Schwefelgehalt in dem Wasser beträgt etwa 1000 mg/1 SO&sub4;. Der Fluß beträgt etwa 50 m³/h. Das verwendete Packmaterial ist das gleiche wie in Beispiel 1. Die Filterhöhe beträgt 8 m und die Querschnittsfläche 31 m², entsprechend einem Durchmesser von 6,3 m.
Die Beschickung auf dem Filter beträgt etwa 35 kg COD/m³ pro Tag. Die verwendete hydraulische Beschickung beträgt etwa 1,6 m³/m² pro Stunde. Eine Zirkulation wird nicht durchgeführt.
Die COD-Reduktion in der Behandlung in dem Reaktor beträgt etwa 25%, während die Schwefelabtrennungsrate etwa 75% beträgt. Die Methan-Produktion ist gering. Das gebildete Gas enthält einen hohen Gehalt an Schwefelwasserstoff und wird in einem getrennten Waschschritt gewaschen und über den Reaktor zirkuliert.
Das entgiftete Abwasser wird dann einer üblichen Reinigung in einem anaeroben-aeroben System unterzogen.
Die Verwendung eines nicht-durchtränkten anaeroben Filters gemäß der erfindungsgemäßen Techniken bietet wesentliche Vorteile gegenüber der Verwendung eines üblichen anaeroben Filters oder eines üblichen Kontaktverfahrens. Unter solchen Vorteilen ist das folgende zu sehen:
Die Konstruktion des Systems hat die Bedeutung, daß die Dicke des Biofilms hydraulisch kontrolliert werden kann. Darüberhinaus kann eine erhöhte Umsetzungsrate wegen der sehr großen, zwischen Gas und Flüssigkeit erhaltenen Kontaktoberfläche erwartet werden und dies wiederum bedeutet, daß die Konzentration des Kohlendioxids in dem Biofilm auf einem relativ niedrigen Level gehalten werden kann. Es wurde gefunden, daß ein hoher Kohlendioxidgehalt einen inhibitorischen Einfluß auf den Stoffwechsel der Methanbakterien hat. Das System ist einfach in seiner Konstruktion und umfaßt wesentliche technologische Verfahrensvorteile, die mit Verfahren verbunden sind, in denen ein Biofilm verwendet wird. Darüberhinaus kann das System als Vorreinigungsschritt eines üblichen Systems verwendet werden, das auf einem anaeroben-aeroben Verfahren basiert. Diese Vorreinigung kann aus Hydrolyse, Ansäuerung, Entfernung von Oxidationsmitteln oder Giften, wie Schwefel-haltigen Verbindungen, bestehen.
Ein auf einem Biofilm basierendes Verfahren ist normalerweise im wesentlichen widerstandsfähiger in Bezug auf giftige Substanzen als Systeme, die suspendierte Bakterienkulturen verwenden. Eine ökologische Folge in Richtung der Entwicklung von Organismen, die zum Abbau toxischer Substanzen in der Lage sind, wird ebenfalls leichter in einem Verfahren erreicht, das auf einem Biofilm basiert, wo der Durchfluß vom Typ des Massenflusses ist. Im Zusammenhang mit der Verwendung des Systems als Vorreinigungsschritt eignet sich die Erfindung insbesondere zur Reduzierung von Schwefelverbindungen zu Schwefelwasserstoff und zur wirksamen Abführung dieser von der Flüssigkeit in die Gasphase, da die Kontaktoberfläche zwischen der Flüssigkeit und dem Gas wirklich groß ist.

Claims

1. Zweistufen-Verfahren zur mikrobiologischen Reinigung von verschmutztem Wasser, umfassend einen ersten Schritt, bei deni anaerobe Bedingungen in einem Reaktor mit einem Festbett und einem darauf angebrachten Biofilm, gefolgt von einer üblichen mikrobiologischen Reinigung, beispielsweise in einem anaeroben-aeroben Verfahren, verwendet werden, wobei in dem ersten Schritt das Wasser am oberen Ende des Reaktors zugegeben und dazu gebracht wird, über den angebrachten Biofilm zu rieseln, ohne das Bett zu durchtränken, und währenddessen eine kontinuierliche Gasphase innerhalb des Bettes beibehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das verschmutzte Wasser in dem ersten Schritt durch bakterielle Reduktion von Schwefelverbindungen zu Sulfiden und durch Entfernung der erhaltenen Sulfide aus dem Wasser vorbehandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Reinigungsschritt in einem Bett aus Kunststoff oder einem anorganischen Material stattfindet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein Polyester oder PVC ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das anorganische Material Glas oder Feuerton ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser rezirkuliert.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Reaktor oder in nachfolgenden Behandlungsschritten gebildete Gase durch den Reaktor zirkulieren.