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Dokumentenidentifikation DE68904598T2 19.05.1993
EP-Veröffentlichungsnummer 0346013
Titel Abwasserbehandlungsverfahren.
Anmelder Orange Water and Sewer Authority, Carrboro, N.C., US
Erfinder Williamson, Ronald E., Hillsborough North Carolina 27278, US
Vertreter Twelmeier, U., Dipl.-Phys.; Jendryssek-Neumann, D., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 7530 Pforzheim
DE-Aktenzeichen 68904598
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, ES, FR, GB, GR, IT, LI, LU, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 02.06.1989
EP-Aktenzeichen 893055525
EP-Offenlegungsdatum 13.12.1989
EP date of grant 27.01.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.05.1993
IPC-Hauptklasse C02F 3/30
IPC-Nebenklasse C02F 3/12   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Behandeln von Abwasser, insbesondere ein biologisches Verfahren zum Entfernen von Phosphor und anderen Schadstoffen aus Abwasser.

Verfahren zum Behandeln von Abwasser werden gewöhnlich in mehreren Behandlungsbereichen oder -zonen durchgeführt, die grob in: 1) einen Vorbehandlungsbe reich; 2) einen Primärbehandlungsbereich; und 3) einen Sekundärbehandlungsbereich unterteilt werden können.

Das Verfahren zum Behandeln von Abwasser beginnt in dem Vorbehandlungsbereich. Die Vorbehandlung dient zum Entfernen von Grobkorn und Trümmern, wie Dosen, Badetüchern usw., aus dem unbehandelten Abwasser. Diese Behandlung wird gewöhnlich in zwei Stufen durchgeführt, indem die Trümmer, wie Lumpen und Dosen, mit Sieben entfernt werden und das Grobkorn und schwerere anorganische Feststoffe sich aus dem unbehandelten Abwasser absetzen, während es durch eine geschwindigkeitssteuernde Zone tritt. Auf diese Weise werden die schädigend wirkenden anorganischen Trümmer durch Sieben oder Absetzen entfernt, während von dem Flüssigkeitsstrom mitgeführte organische Substanz weitergeführt wird.

Aus dem Vorbehandlungsbereich gelangt das Abwasser in einen Primärbehandlungsbereich. Im Vorbehandlungsbereich wird ein physikalisches Verfahren durchgeführt, in dem ein Teil der organischen Substanzen durch Flotation oder Sedimentation entfernt werden. Zu den organischen Substanzen gehören Fäkalien, Lebensmittelteilchen, Schmierfett, Papier usw., und sie werden technisch als suspendierte Feststoffe bezeichnet. In dieser Primärstufe werden gewöhnlich 40 bis 70 % der suspendierten Feststoffe entfernt.

Die dritte Behandlungsstufe wird als Sekundärbehandlung bezeichnet und ist gewöhnlich ein biologisches Behandlungsverfahren, in dem Bakterien unter gesteuerten Bedingungen zum Entfernen von Nährstoffen und nicht absetzfähigen suspendierten und löslichen organischen Substanzen aus dem Abwasser verwendet werden. Wenn diese Substanzen unbehandelt blieben, würden sie den biologischen Sauerstoffbedarf (BSB) unzulässig erhöhen. In einer Ausführungsform dieses Verfahrens wird das Abwasser in einem Becken mit einer Suspension von Mikroorganismen gemischt und das Gemisch belüftet, um den von den Mikroorganismen benötigten Sauerstoff zur Verfügung zu stellen, so daß diese den unzulässig hohen biologischen Sauerstoffbedarf in dem Abwasser adsorbieren, assimilieren und verstoffwechseln können. Nach einer genügenden Verweilzeit wird das Gemisch dann in ein Klär- oder Absetzbecken eingeleitet, in dem sich die Biomasse als abgesetzter Schlamm von der Flüssigkeit trennt. Die gereinigte Flüssigkeit fließt dann in einen Vorfluter.

Es gibt drei grundlegende Arten von Einrichtungen für die Sekundärbehandlung von Abwasser. Die erste Art ist als Tropfkörperfilter bekannt, in dem das Abwasser durch ein Bett aus Steinen rieseln kann, so daß die im Abwasser enthaltenen organischen Substanzen unter der Einwirkung von auf den Steinen festgehaltenen Mikroorganismen oxidiert werden. Einem ähnlichen Konzept liegt der Scheibentropfkörper (STK) zugrunde, an dem die Biomasse festgehalten ist und der in dem Abwasser rotiert, so daß es ebenso wie in einem Tropfkörperfilter gereinigt wird. Das zweite Verfahren ist ein Belebtschlammverfahren, in dem das Wasser zusammen mit einem Teil der von dem Klär- oder Absetzbecken zurückgeführten Biomasse vollkommen belüftet und gerührt wird, und zwar entweder mit Druckluft oder mit mechanischen Mitteln. Das dritte Verfahren kann als ein halbaerobes (anaerobes-oxisches) Verfahren bezeichnet werden, in dem die erste Stufe anaerob oder anoxisch ist und ihr eine oxische Stufe folgt. Dieses anaeroboxisch-anoxische Verfahren ist den ersten Stufen des Phoredox-Verfahrens und des modifizierten Bardenpho- Verfahrens sehr ähnlich, die beide in der Abwasserbehandlung gut bekannt sind.

Dieses anaerob-oxische Verfahren wurde zuerst in den US-PSen 2 788 127 und 2 875 151 (Davidson) beschrieben, die 1957 bzw. 1959 ausgegeben worden sind. In dem anaerob-oxischen Verfahren wird das unbehandelte Abwasser zuerst einer anaeroben Behandlung und danach einer aeroben Zersetzung unterworfen. Ein Teil des bei der aeroben Zersetzung gebildeten Schlammes wird zurückgeführt und während der anaeroben Behandlung des unbehandelten Abwassers diesem beigemischt. Davidson hat darauf hingewiesen, daß die aeroben Organismen in dem zurückgeführten Belebtschlamm beim Durchgang durch den Reaktor für die anaerobe Behandlung nicht geschädigt werden und daß tatsächlich viele von ihnen ungewöhnlich stark angeregt werden. Heidi und Pasveer haben 1974 die Arbeit von Davidson bestätigt und festgestellt, daß in der anaeroben Zone BSB&sub5; entfernt wird.

Seit einigen Jahren wird stark an biologischen Verfahren zum Entfernen von Schadstoffen, wie Phosphor und Stickstoff (TKN) aus Abwasser gearbeitet. Diese Arbeiten sind zum großen Teil mit einer allgemeinen Zielsetzung durchgeführt worden und waren nicht auf spezielle Probleme und Bedürfnisse gerichtet. Beispielsweise unterliegen zahlreiche Abwasserbehandlungsanlagen jetzt sehr strengen Vorschriften hinsichtlich der Begrenzung des Phosphorgehalts. Wo bereits eine Abwasserbehandlungsanlage vorhanden ist, wird es ratsam, die Möglichkeit zu untersuchen, ob diese vorhandene Anlage so abgeändert werden kann, daß sie neu erlassenen Vorschriften gerecht wird. Dabei kommt es natürlich vor allem auf die Kosten an, und zwar sowohl auf die Anschaffungs- als auch auf die Betriebskosten. Infolgedessen muß die Wirtschaftlichkeit von Maßnahmen untersucht werden, durch die vorhandene Behandlungsanlagen so abgeändert werden können, daß darin Phosphor biologisch entfernt werden kann.

Außer dem Problem der Abänderung von vorhandenen Abwasserbehandlungsanlagen zum wirksamen biologischen Entfernen von Phosphor mit hohem Wirkungsgrad können hinsichtlich des Verfahrens noch spezielle Probleme auftreten, die einfach durch die geographische Lage der Abwasserbehandlungsanlage und die derzeit angewendeten speziellen biologischen Verfahren bedingt sind. In dieser Hinsicht gibt es bestimmte Fälle, in denen in dem der Sekundärbehandlung unterworfenen Abwasser das Verhältnis von BSB zu Phosphor relativ niedrig ist, d. h., im Bereich von 7 bis 14 liegt. Beim biologischen Entfernen von Phosphor aus einem solchen Abwasser tritt ein spezielles Problem auf. Es ist allgemein bekannt, daß das biologische Entfernen von Phosphor aus Abwasser umso leichter gelingt, je höher das Verhältnis von BSB zu Phosphor und das BSB/TKN-Verhält nis sind. Daher ist die Schaffung einer günstigen Umgebung für die phosphorverzehrenden Mikroorganismen an manchen Orten, in denen das Abwasser einen relativ niedrigen BSB hat, schwieriger und ist daher dort auch das biologische Entfernen von Phosphor schwieriger. Diese Schwierigkeit ist so groß, daß manche technischen Verfahren, von denen behauptet wird, daß sie zum Entfernen von Phosphor aus Abwasser geeignet seien, in Abwässern mit derartigen, relativ niedrigen Verhältnissen von BSB zu Phosphor und TKM, nicht angewendet werden können. Für das Bardenpho-Verfahren muß das BSB&sub5;/TKN-Verhältnis mindestens 6:25 und für das UCT-Verfahren muß dieses Verhältnis mehr als 3,6:1,0 und vorzugsweise mindestens 5 betragen, damit ein Entfernen des Phosphors gewährleistet ist.

Daher besteht ein Bedürfnis nach einem zum biologischen Entfernen von Phosphor geeigneten Verfahren, das sich besonders für die Durchführung in einer vorhandenen üblichen Abwasserbehandlungsanlage eignet. Ferner besteht ein Bedürfnis nach einem wirksamen und mit hohem Wirkungsgrad durchführbaren Verfahren, mit dem Phosphor biologisch aus einem Abwasser entfernt werden kann, in dem infolge einer Vorbehandlung in einem Festschichtreaktor oder einer chemischen Vorbehandlung oder des Einflusses von Industrieabfällen mit niedrigem BSB&sub5;/TKN- und niedrigem BSB&sub5;/TP- Verhältnis die Verhältnisse von BOD zu Phosphor und zu TKN relativ niedrig sind.

In manchen Gegenden darf auch der Stickstoffgehalt des gereinigten Abwassers bestimmte Grenzen, gewöhnlich von 3 bis 5 mg/l, nicht übersteigen. Ferner ist zu erwarten, daß in der Zukunft bei zahlreichen Abwasserreinigungsanlagen Grenzen für den Stickstoffgehalt der Effluenten vorgeschrieben werden. Dies ist auf die zunehmende Besorgnis zurückzuführen, der Nitratgehalt von in Vorfluter eingeleitetem Abwasser könnte zu hoch sein. Insbesondere nimmt bei Behörden und in der Öffentlichkeit die Besorgnis wegen der Qualität des Trinkwassers zu, weil im Wasser enthaltene Nitrate für Wild tödlich und für das Wasser trinkende Menschen gesundheitsschädlich sein können.

Zur Beeinflussung des Stickstoffgehalts in dem behandelten Abwasser muß dessen Nitratgehalt gesteuert werden. Dieser ist durch die Beschaffenheit des ungereinigten Abwassers und die üblichen Verfahren zum Behandeln von Abwasser bedingt. In den meisten Anlagen und Verfahren zum Behandeln von Abwasser wird Stickstoff in Form von Ammoniak, NH&sub4;, entfernt. Dabei werden Nitrate gebildet, die in dem behandelten Abwasser enthalten sind. Daher ist zur Steuerung des Stickstoffgehalts ein Verfahren erforderlich, mit dem Nitrite und Nitrate, NO&sub2; und NO&sub3;, entfernt werden.

Für ein derartiges Verfahren ist grundlegend eine Trägersubstanz erforderlich, mit der Sauerstoff aus der Nitratverbindung entfernt wird, so daß der zugeordnete Stickstoff in die Atmosphäre entweichen kann.

Es gibt physikalische und chemische Verfahren zum Entfernen von Ammoniakstickstoff und Nitraten aus dem Abwasser. Diese Verfahren haben jedoch schwerwiegende Nachteile, weil sie zu teuer sind und weil sie häufig mit den vorhandenen Verfahren zum Entfernen anderer Schadstoffe aus demselben Abwasser unverträglich sind. Häufig hat ein derartiges Verfahren zum Entfernen von Stickstoff auf ein gleichzeitig durchgeführtes Verfahren zum Entfernen anderer Schadstoffe einen so schädlichen Einfluß, daß dieses Verfahren vollkommen unwirksam wird und daher das Gesamtverfahren scheitert.

Seit einiger Zeit geht man bei Abwasserbehandlungsanlagen dazu über, die wichtigsten Schadstoffe, wie Phosphor, Ammoniakstickstoff, BSB, suspendierte Feststoffe usw. durch biologische Verfahren zu entfernen. Zahlreiche Autoritäten auf dem Gebiet der Abwasserbehandlung sind der Meinung, daß biologische Verfahren zum Behandeln von Abwasser in den meisten Fällen am wirtschaftlichsten und zweckmäßigsten sind. Diese Tatsache wird durch die große Anzahl von Abwasserbehandlungsanlagen unterstrichen, die seit einigen Jahren für die biologische Abwasserbehandlung eingerichtet worden sind.

Es sind zahlreiche Versuche gemacht worden, den Stickstoffgehalt dadurch biologisch zu beeinflussen, daß eine anoxische Zone einer Reihe von Zonen nachgeschaltet wird, zu denen gewöhnlich aerobe und anaerobe Zonen gehören. Zum Entfernen und Beeinflussen jener Schadstoffe, die traditionell als besonders störend angesehen werden, wie Ammoniakstickstoff, BSB und Phosphor, ist für diese biologischen Verfahren erforderlich, daß die anaeroben und oxischen Zonen zu den ersten Behandlungsstufen gehören. Daher ist in dem Zeitpunkt, in dem das Abwasser oder die Mischflüssigkeit die nachgeschaltete anoxische Zone erreicht hat, nur noch wenig oder gar kein Nährstoff für die Mikroorganismen mehr vorhanden. Ohne Nährstoff ist aber die Wirksamkeit der nachgeschalteten Entstickung stark beeinträchtigt und ist ihr Wirkungsgrad gewöhnlich gering. Ferner ist die Gesamtwirksamkeit eines derartigen biologischen Entstickungsverfahrens von der Strömungsmenge und von der Gesamt-Zusammensetzung des Abwassers abhängig, die sich von Zeit zu Zeit stark ändern können.

Daher besteht ein Bedürfnis nach einem biologischen Entstickungsverfahren, das derart steuerbar ist, daß unabhängig von der Strömungsmenge und der Zusammensetzung des Abwassers oder irgendeines anderen das Entsticken möglicherweise beeinträchtigenden Faktors der Nährstoffgehalt in der anoxischen Zone für ein wirksames Entsticken auf etwa 3 mg/l genügt.

Die Erfindung schafft ein Abwasserbehandlungsverfahren, das besonders zum Entfernen von Phosphor, Stickstoff und anderen Schadstoffen aus rohem Abwasser dient, in dem das Verhältnis von BSB zu Phosphor relativ niedrig ist. Insbesondere wird in dem vorliegenden Verfahren das rohe Abwasser durch ein Tropfkörperfilter geführt und ein Effluent erzeugt, der als Hauptstrom einer Sekundärbehandlung unterworfen wird, zu der eine oxische und erforderlichenfalls eine anoxische Behandlungszone gehören. Nach der biologischen Behandlung wird der Schlamm aus dem gereinigten Abwasser gewonnen und zurückgeführt und mit einem Nebenstrom in Berührung gebracht, bevor er mit dem Hauptstrom in Berührung gebracht wird. Dieser Schlamm wird als Rücklauf- Belebtschlamm bezeichnet, der ständig zu dem Hauptstrom zurückgeführt wird.

Suspendierte organische Substanzen werden während der Primärbehandlung aus dem Abwasser entfernt und werden einem Fermentationstank zugeführt, in dem lösliche Substrate erzeugt werden, die Essigsäure enthalten. Die erzeugten löslichen Substrate werden in einem Nebenstrom dem Rücklauf-Belebtschlamm geigemischt und mit ihm vereinigt, so daß ein konditionierter Rücklauf-Belebtschlamm erhalten wird, der dann zu dem Hauptstrom zurückgeführt und dort mit dem Effluenten von dem Tropfkörperfilter oder STK in einer aeroben Kontaktierzone gemischt wird. Das Gemisch aus vorbehandeltem Abwasser und konditioniertem Rücklauf-Belebtschlamm wird dann durch eine Reihe von Stufen geführt, zu denen sowohl oxische als auch anoxische Zonen gehören und in denen Stickstoff, Phosphor und andere Schadstoffe entfernt werden.

Die Erfindung schafft ferner ein zweites System, das besonders bezweckt, eine günstige Umgebung für die Auswahl, das Wachstum und die Vermehrung von phosphorverzehrenden Mikroorganismen zu schaffen. In diesem zweiten System wird der Rücklauf-Belebtschlamm in zwei ungefähr gleich große Ströme geteilt, von denen der eine in eine Ernährungszelle geführt wird, die einen Teil einer Schlammernährungskammer bildet. Diese Ernährungszelle ist direkt mit dem Gärbehälter verbunden und wird mit löslichen Substraten aus dem Gärbehälter gespeist. Durch das Aufteilen des Rücklauf-Belebtschlammes und das direkte Zuführen nur eines Teils der Mikroorganismen wird das Verhältnis von Nährstoff zu der Masse der zugeführten Mikroorganismen effektiv vergrößert, so daß eine günstigere Umgebung für die Auswahl, das Wachstum und die Vermehrung von phosphorverzehrenden Mikroorganismen geschaffen wird.

Daher hat die Erfindung die Aufgabe, für das biologische Entfernen von Phosphor, Stickstoff und anderer Schadstoffe ein Abwasserbehandlungsverfahren zu schaffen, das besonders bei der Behandlung von Abwasser wirksam ist, in dem das Verhältnis von BSB zu Phosphor und das Verhältnis von BSB zu TKN relativ niedrig ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, zum biologischen Entfernen von Phosphor ein Abwasserbehandlungsverfahren zu schaffen, in dem durch eine Vorbehandlung von rohem Abwasser das Verhältnis von BSB zu Phosphor und das BSB/TKN-Verhältnis in dem vorbehandelten Abwasser vor dessen Mischen mit dem Rücklauf-Belebtschlamm herabgesetzt wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Abwasserbehandlungsverfahrens, in dem fermentierter Rohschlamm oder ein anderer leicht erhältlicher organischer Abfall als Quelle von Nährstoffen für Mikroorganismen verwendet wird, die in dem Rücklauf-Belebtschlamm enthalten sind.

Eine speziellere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Abwasserbehandlungsverfahrens der vorgenannten Art, in dem der fermentierte Rohschlamm lösliche Substrate bildet, die in einem Nebenstrom mit Rücklauf- Belebtschlamm gemischt und vereinigt werden, so daß ein konditionierter Rücklauf-Belebtschlamm erhalten wird, der dann in einen Hauptstrom zurückgeführt und in diesem mit einem Effluenten aus dem behandelten vorbehandelten Abwasser gemischt und vereinigt wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Abwasserbehandlungsverfahrens der vorgenannten Art, in dem der konditionierte Rücklauf-Belebtschlamm in einer aeroben ersten Vorkontaktierzone mit dem Effluenten aus dem vorbehandelten Abwasser gemischt wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Abwasserbehandlungsverfahrens der vorgenannten Art, in dem das Abwasser (gegebenenfalls mit einem unüblichen BSB&sub5;/TKN-Verhältnis) vor seinem Mischen mit dem konditionierten Rücklauf-Belebtschlamm derart vorbehandelt wird, daß das Verhältnis von BOD zu Phosphor höchstens zehn beträgt und das Verhältnis von BSB zu TKN kleiner ist als 4 und weniger als 60 % dieses Verhältnisses in dem zufließenden Abwasser beträgt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Abwasserbehandlungsverfahrens, in dem dem Nitrifizieren eine hohe Priorität zukommt und zu diesem Zweck das Abwasser zum Vorbehandeln durch einen Reaktor mit biologischem Rasen geführt und dessen Effluent einer ersten aeroben Behandlungszone zugeführt wird, in der das Nitrifizieren beginnt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Abwasserbehandlungsverfahrens, in dem es vor allem auf die Schaffung einer günstigen Umgebung für die Auswahl, das Wachstum und die Vermehrung von phosphorverzehrenden Mikroorganismen ankommt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, in einem Abwasserbehandlungsverfahren der vorgenannten Art in einem ausgewählten Teil des Rücklauf-Belebtschlammes das Massenverhältnis von Nährstoff zu Mikroorganismen derart zu erhöhen, daß eine günstige Umgebung für die Auswahl, das Wachstum und die Vermehrung von phosphorverzehrenden Mikroorganismen geschaffen wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Abwasserbehandlungsverfahrens, in dem zum Erzielen des größeren Massenverhältnisses der Rücklauf-Belebtschlamm in mindestens zwei Teilströme geteilt und mindestens einer der Teilströme einer Schlammernährungszelle zugeführt wird, in der dieser direkt aus einem Fermentationstank oder einer anderen Quelle kommende Teilstrom des Rücklauf-Belebtschlammes angereichert und dadurch die Anzahl der um die vorhandenen Nährstoffe oder löslichen Substrate konkurrierenden Mikroorganismen herabgesetzt wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines biologischen Abwasserbehandlungsver fahrens zum wirksamen Entsticken mit hohem Wirkungs grad.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines biologischen Abwasserbehandlungsverfahrens zum wirksamen Entfernen und zum Steuern von Phosphor und Stickstoff mit hohem Wirkungsgrad.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines biologischen Abwasserbehandlungsver fahrens, in dem ein Fermentationstank verwendet wird, in dem flüchtige Fettsäuren erzeugt werden, die einer oder mehreren anoxischen Behandlungszonen zum Entsticken zugeführt werden.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung sind beim Studium der nachstehenden Beschreibung und der beigefugten Zeichnungen erkennbar, die nur der Erläuterung der Erfindung dienen.

Figur 1 erläutert schematisch das grundlegende Abwasserbehandlungsverfahren gemäß der Erfindung.

Figur 2 erläutert schematisch eine zweite Ausführungsform des Abwasserbehandlungsverfahrens gemäß der Erfindung.

Figur 3 erläutert schematisch eine Abänderung des in Figur 2 gezeigten Abwasserbehandlungsverfahrens.

Figur 4 erläutert schematisch ein biologisches Abwasserbehandlungsverfahren, in dem die überstehende Flüssigkeit aus einem Fermentationstank zum Entsticken verwendet wird.

Figur 5 erläutert ein gegenüber dem in Figur 4 erläuterten Verfahren abgeändertes biologisches Abwasserbehandlungsverfahren.

Die Erfindung schafft ein Abwasserbehandlungsverfahren zum Entfernen von BSB, Stickstoff, Phosphor und anderen Schadstoffen aus einem Abwasserstrom. Aus der nachstehenden Beschreibung geht hervor, daß in dem erfindungsgemäßen Verfahren durch eine biologische Sekundärbehandlung BSB, Stickstoff, Phosphor und andere Schadstoffe aus dem Abwasser entfernt werden.

Gemäß der Figur 1 tritt rohes Abwasser in üblicher Weise in einen Vorbehandlungsbereich 10 ein. Während der Vorbehandlung werden Grobkorn und schädigende Trümmer, wie Dosen, Badetücher usw., aus dem Abwasser entfernt.

Der Effluent aus dem Vorbehandlungsbereich 10 wird einer Vorbehandlungszone oder einem Vorbehandlungsbereich 12 zugeführt. Das Primärbehandlungsverfahren ist wieder ein physikalisches Absetz- oder Zurückhalteverfahren, in dem durch Flotation oder Sedimentation organische Stoffe aus dem Abwasser entfernt werden.

Aus dem Primärbehandlungsbereich 12 wird das Abwasser als Effluent einem Reaktor mit biologischem Rasen, beispielsweise einem Tropfkörpersystem 14, zugeführt, in dem das rohe Abwasser einer ersten biologischen Behandlung unterworfen wird.

Aus dem Tropfkörpersystem 14 wird der aus rohem Abwasser bestehende Effluent duich eine Reihe von Sekundärbehandlungszonen oder -bereichen geführt, von denen einige aerob und, wenn Stickstoff entfernt werden soll, einige anoxisch sind.

Insbesondere wird das vorbehandelte rohe Abwasser von dem Tropfkörperfilter 14 einer Reihe von aeroben Zellen oder Zonen 16 zu- und durch diese hindurchgeführt. Hier wird das vorbehandelte Abwasser belüftet und gerührt. Beispielsweise wird eine 1060 m³ fassende aerobe Zelle von einem Teil der Luft aufwärts durchströmt, die von einem Gebläse von 112 kW geliefert wird. In diesem Teil der Abwasserbehandlung beginnt das Nitrifizieren von Ammoniak. Wie nachstehend erläutert wird, ist dies ein biologischer Vorgang. Die Menge des in dem Abwasser enthaltenen Ammoniakstickstoffes NH&sub4;-N, ist von der geographischen Lage, der Jahreszeit usw. abhängig und es ist nicht unüblich, daß ein Abwasser 15 bis 20 ppm Ammoniakstickstoff enthält.

In diesen ersten aeroben Behandlungsstufen muß die dem Abwasser zugeführte Druckluft ausgewählte Mikroorganismen mit einer beträchtlichen Sauerstoffmenge versorgen, damit das Ammoniak oxidiert und der Ammoniakstickstoff in ein Nitrit oder Nitrat umgewandelt wird, das als NOx bezeichnet wird.

Das vorbehandelte Abwasser wird somit durch eine oder mehrere aerobe Behandlungszonen 16 geführt, in denen die verschiedenen im Abwasser enthaltenen Schadstoffe biologischen Verfahren unterworfen werden, mit denen verschiedene Schadstoffe aus dem Abwasser entfernt werden. Die Dauer der Zeit, in der das Abwasser dieser aeroben Behandlung unterworfen wird, kann von dem Zustand des Abwassers, der Jahreszeit usw. abhängen. In dem vorliegenden Verfahren wird das vorbehandelte Abwasser etwa 2 bis 8 Stunden aerob behandelt. In dem bevorzugten Verfahren kann man für die aerobe Behandlung mehr als einen Behälter oder mehr als eine Zelle verwenden und das vorbehandelte Abwasser für die aerobe Behandlung von einer Zelle oder einem Behälter zu einer bzw. einem anderen führen. In der Figur 1 sind beispielsweise zwei Zellen 16 für die aerobe Behandlung gezeigt, doch können in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren diese Zellen auch in einer anderen Anzahl verwendet werden.

Nach dem Entsticken kann das Abwasser einer anoxischen Zelle 18 zugeführt werden, die als eine Entstickungskammer wirkt, weil darin der in dem Zufluß enthaltene Nitratstickstoff in elementaren Stickstoff umgewandelt wird. Zwar kann mit Stickstoff verbundener Sauerstoff vorhanden sein, doch ist in der anoxischen Zelle 18 gelöster Sauerstoff nicht in nennenswerter Menge vorhanden. In der anoxischen Zelle 18 wird das zu behandelnde Abwasser während einer gewählten Zeit gehalten, die in dem vorliegenden Verfahren etwa 1 bis 3 Stunden beträgt. Es versteht sich, daß die anoxische Zelle nicht mit externem Sauerstoff beschickt, aber das darin enthaltene Abwasser durch Umwälzen ständig gemischt wird. Vorstehend wurde schon gesagt, daß die anoxische Behandlungszone 18 zum Entsticken des Abwassers dient, d. h. zum Vermindern seines NOx-Gehaltes. Dies ist möglich, weil die Mikroorganismen ständig Sauerstoff suchen, der aber in gelöster Form nicht vorhanden ist, so daß sie damit beginnen, die NOx-Verbindungen zu Stickstoffgas zu reduzieren. Infolgedessen bleibt Stickstoff in Form eines stabilen Gases (N&sub2;) zurück, das dann durch den Flüssigkeitsspiegel in die Atmosphäre entweichen kann.

Dann wird das Abwasser aus der anoxischen Zelle 18 einer aeroben Zelle oder Behandlungszone 20 zugeführt, die als Stabilisierkammer wirkt, in der der zulaufenden Flüssigkeit Sauerstoff zugesetzt wird. Der aeroben Zelle 20 zugeführte Luft strömt aufwärts durch das in der Zelle enthaltene Abwasser. Die Luftmenge kann variieren, aber für bis zu 2000 mg/l Mischwasserschwebestoffe können etwa 10 bis 15 m³/min pro 1000 m³ Abwasser genügen. Das Abwasser bleibt etwa 45 min in der aeroben Zelle 20. Durch diesen Verfahrensschritt soll in der aeroben Zone die Menge des in dem Abwasser gelösten Sauerstoffs auf etwa 2 bis 4 ppm erhöht werden.

Der Effluent aus der aeroben Zone 20 wird einem Absetz- oder Klärbecken 22 zugeführt, von dem ein gereinigter Effluent in ein strömendes Gewässer oder einen anderen geeigneten Vorfluter geleitet wird.

Während des Abwasserbehandlungsverfahrens setzt sich in dem Klärbecken 22 Schlamm ab, der mit einer nicht gezeigten Pumpe abgezogen wird. Dieser von dem Klärbecken 22 abgezogene Schlamm wird in einen Nebenstrom, insbesondere in eine Rücklaufschlammleitung 24, eingeleitet. Überschüssiger Schlamm wird aus dem System über eine Überschußschlamm-Austragleitung 26 in bestimmten Mengen während eines gegebenen Zeitraums wahlweise abgezogen und Schlammfaulbehältern oder anderen Schlammbeseitigungseinrichtungen zugeführt. Es versteht sich, daß in dem vorliegenden Abwasserbehandlungsverfahren Schlamm anfällt und über eine Rücklaufschlamm- Nebenstromleitung 24 in gewählten Mengen zurückgeführt wird. Der in dem Nebenstrom und durch die Rücklaufschlammleitung 24 geführte Schlamm wird als Rücklauf- Belebtschlamm bezeichnet.

In dem vorliegenden Verfahren wird dieser Rücklauf-Belebtschlamm konditioniert, bevor er in den Hauptstrom zurückgeführt und dem von dem Tropfkörper filter kommenden Effluenten beigemischt wird. Zum Konditionieren des Rücklauf-Belebtschlammes wird in dem vorliegenden Verfahren Primärschlamm verwendet, der in dem Primärbehandlungsbereich 12 von dem Abwasser getrennt worden ist. Dieser Primarschlamm wird von dem Primärbehandlungsbereich 12 in einer Primärschlammleitung 28 einem Fermentationstank 30 zugeführt, der in einem dem Hauptbehandlungsstrom für das Abwasser nebengeordneten Strom angeordnet ist. In einem Zeitraum von zwei bis fünf Tagen erzeugen die in dem Fermentationstank 30 befindlichen organischen Substanzen lösliche Substrate, einschließlich von Essigsäure, in hoher Konzentration. Diese löslichen Substrate werden dann einer Schlammernährungskammer 32 zugeführt, die sich ebenfalls in dem Nebenstrom befindet und in der die löslichen Substrate mit dem Rücklauf-Belebtschlamm etwa drei Stunden gemischt bzw. gehalten werden. Der so erzeugte Effluent hat einen gesteuerten Gehalt an Mikroorganismen, die so konditioniert sind, daß sie Phosphor aus dem Abwasser entfernen können. Es sei darauf hingewiesen, daß in der und im Bereich der Schlammernährungskammer im wesentlichen anaerobe Bedingungen herrschen, obwohl der zugeführte Rücklaufschlamm auch anoxisch sein kann. Der in der Schlammernährungskammer 32 erzeugte Effluent wird als konditionierter Rücklauf-Belebtschlamm bezeichnet.

Der konditionierte Rücklauf-Belebtschlamm wird in der Leitung 34 der ersten anaeroben Behandlungszone 16 zugeführt und in dieser unter aeroben Bedingungen mit dem Effluenten von dem Tropfkörperfilter gemischt. Es sei betont, daß in dieser ersten aeroben Kontaktier- und Behandlungszone 16 die erste Berührung zwischen dem konditionierten Rücklauf-Belebtschlamm und dem aus dem Ab wasser bestehenden Effluenten stattfindet. Der konditionierte Aktivschlamm kann in der Schlammernährungskammer 32 durch Essigsäurechemikalie ergänzt werden.

Somit wird rohes Abwasser zunächst durch einen Vorbehandlungsbereich 10 und einen Primärbehandlungsbereich 12 geführt. Der Primäreffluent wird einem Festschichtreaktor zu- und durch ihn hindurchgeführt, der beispielsweise aus einem Tropfkörpersystem besteht und dessen Effluent in einem Hauptstrom einer Sekundärbehandlung unterworfen wird. Am Ende des Hauptstroms wird Schlamm aus dem Abwasser entfernt und einem Nebenstrom zurückgeführt. Der Rücklauf-Belebtschlamm wird während seiner Rückführung konditioniert und wird dann in dem Hauptstrom mit dem aus Abwasser bestehenden Effluenten gemischt.

Das vorliegende biologische Verfahren ist mit dem Ziel entwickelt worden, eine Anzahl von Schadstoffen aus dem Abwasser zu entfernen. Zu diesen nach dem vorliegenden biologischen Verfahren zu entfernenden Schadstoffen gehört der Phosphor. Zum Entfernen von Phosphor aus dem Abwasser werden bestimmte Mikroorganismen verwendet. Allgemein werden ausgewählte Mikroorganismen entwickelt und in der Ernährungskammer 32 in ihrem Wachstum gefördert, damit sie danach in den aeroben Reaktoren Phosphor entfernen können. In der Ernährungskammer verzehren die in dem Rücklauf-Belebtschlamm enthaltenen Mikroorganismen lösliche Substrate, die in dem Fermentationstank 30 erzeugt worden sind. Diese Essigsäure enthaltenden, löslichen Substrate, zu denen Essigsäure gehört, werden in der anaeroben Ernährungszone in den entsprechenden Mikroorganismen verstoffwechselt und gespeichert. Während die Mikroorganismen die löslichen Substrate, einschließlich von Essigsäure, verzehren und speichern, geben sie gleichzeitig etwas Phosphor ab.

Dieser konditionierte Belebtschlamm wird dann in den Hauptstrom und insbesondere in eine erste aerobe Behandlungszone 16 eingeleitet. Das Vorhandensein von Luft bzw. Sauerstoff in einer beträchtlichen Menge veranlaßt die Mikroorganismen, mit dem Stoffwechsel der in der Ernährungskammer 32 verzehrten, löslichen Substrate zu beginnen. Zum Aufrechterhalten des Stoffwechsels dieser löslichen Substrate benötigen die Mikroorganismen Phosphor. Da die Mikroorganismen vor dem Eintritt in den Hauptbehandlungsstrom sehr viel lösliche Substrate verzehrt haben, findet nach dem Eintritt in eine aerobe Umgebung ein sehr starker Stoffwechsel statt, so daß zur Erhaltung des Lebens Phosphor benötigt wird. Daher entfernen die Mikroorganismen bei ihrer Bewegung mit dem Abwasser durch die aerobe Behandlungszone oder -zonen etwas Phosphor für das Zellenwachstum und beträchtliche weitere Mengen Phosphor zum Ersatz von in der Ernährungszone verbrauchten Reserven.

Außer zum Entfernen von Phosphor soll das vorliegende Verfahren auch zum Vermindern des BSB des Abwassers dienen. Während der Behandlung in dem Tropfkörperfilter wird der BSB beträchtlich vermindert. Während dich das Abwasser durch die aeroben Behandlungszonen 16 bewegt, wird der BSB weiter vermindert, weil dort reichlich Mikroorganismen in Gegenwart von Sauerstoff oder Luft vorhanden sind. Ferner werden die Feststoffe in dem von dem Tropfkörperfilter kommenden Effluenten aerob stabilisiert.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß in vielen Abwasserbehandlungsverfahren das Entfernen von Ammoniakstickstoff wichtig ist. Zu diesem Zweck wird der Ammoniakstickstoff (NH&sub4;-N) in Nitratstickstoff (NO&sub3;-N) umgewandelt, während das Abwasser durch die aerobe Behandlungszone 16 wandert. Wenn das Abwasser danach in die anoxische Stufe des Verfahrens eintritt, findet eine Entstickung statt und werden die Nitrate durch die Mikroorganismen reduziert, so daß der Stickstoff in Form eines Gases (N&sub2;) zurückbleibt, das durch den Flüssigkeitsspiegel in die Atmosphäre entweicht.

Das vorliegende biologische Abwasserbehandlungsverfahren kann in Abwasserbehandlungsanlagen mit verschiedenen Kapazitäten durchgeführt werden. Beispielsweise hat sich das vorliegende Verfahren als in einer Abwasserbehandlungsanlage anwendbar erwiesen, in der Tropfkörpereffluent von 0,2 bis 0,28 m³/s anfiel. Es wird geschätzt, daß in einem solchen Verfahren die Menge des Rücklauf-Belebtschlammes etwa 40 % des von dem Tropfkörperfilter kommenden Effluenten beträgt. Bei einer solchen Kapazität ist zu erwarten, daß Primärschlamm in einer Menge von etwa 280 m³ pro Tag von dem Primärbehandlungsbereich 12 über die Leitung 28 dem Fermentationstank 30 zugeführt wird. Es wurde bereits gesagt, daß die Fermentation etwa 2 bis 5 Tage dauern dürfte. Es wird angenommen, daß lösliche Substrate in einer Menge von etwa 151 m³ pro Tag von dem Fermentations tank 30 dem Schlammernährungsbehälter 32 zugeführt werden. Ferner ist anzunehmen, daß in einem derartigen Verfahren die Lebens- oder Gebrauchsdauer (mittlere Zellenverweilzeit) des Aktivschlammes etwa 5 bis 15 Tage beträgt. Da der Schlamm ständig entsorgt wird, müssen täglich etwa 6,5 bis 20 % des Rücklauf-Belebtschlammes entsorgt werden.

Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel eines Abwasserbehandlungsverfahrens angegeben, in dem ein Abwasser mit einem BSB von 250 mg/l und einem Phosphorgehalt von 8,1 mg/l nach dem in Figur 1 erläuterten Verfahren behandelt wurde. Die Verfahrensparameter sind in der Tabelle I angegeben. Der in diesem Verfahren erhaltene, gereinigte Effluent hatte einen BSB von 5 mg/l, einen Phosphorgehalt von 0,7 mg/l und einen Ammoniakstickstoffgehalt von 1,1 mg/l. Der Schlamm wurde geprüft und hatte einen Schlammvolumenindex von 240 ml/g bei 3 860 mg/l und enthielt 4,4 Gew.-% Phosphor.

Tabelle 1 Typische Betriebsbedingungen des Verfahrens
Kennwert Rohabwasser Primäreffluent (einschl. Rücklauf) Tropfkörpereffluent Gereinigter Effluent

Verweilzeiten in den Reaktoren

Fermentation 3,5 Tage

Ernährung 3,0 Stunden

Aerobe Mischflüssigkeit 6,6 Stunden (Q)

Anoxische Mischflüssigkeit 2,6 Stunden (Q)

Absetzen 9,8 Stunden

Kennwerte des biologischen Systems

RAS 0,09 m³/s

MLSS 3 860 kg

MASS 27 248 kg

MCRT 11,1 Tage (außer Feststoffe im Klärbecken und in der Ernährungskammer)

Ausbeute 0,77 kg Überschußschlamm pro kg entferntem BSB

Ausbeute 2451 kg pro Tag

FR/M 0,12 kg BSB&sub5;R pro kg Mischwasserschwebstoffe pro Tag

(Anmerkung des Übersetzers: In den Tabellen und den Anmerkungen dazu haben die Abkürzungen folgende Bedeutungen:

Q = Gesamtmenge des zu behandelnden Abwassers

Q.MGD = Abwassermenge in Millionen US-Gallonen pro Tag

UCT = Universität Kapstadt-Verfahren

TKN = Gesamtstickstoff nach Kjeldahl

TP = Gesamtphosphor

TBOD = Gesamtwert des biologischen Sauerstoffbedarfs

SBOD = löslicher biologischer Sauerstoffbedarf

TSS = Gesamtschwebstoffe im Mischwasser

RAS = Rücklauf-Belebtschlamm

MLSS = Mischwasserschwebstoffe

MCRT = mittlere Zellenverweilzeit

SVI = Schlammvolumenindex

FR/M = Verhältnis von Nährstoff zu Mikroorganismen)

Eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abwasserbehandlungsverfahrens ist in der Figur 2 schematisch dargestellt und wird als Verfahren mit geteilter Führung des Rücklauf-Belebtschlammes bezeichnet. Das in der Figur 2 erläuterte Verfahren entspricht bis auf die Ausbildung der Ernährungskammer 32 und die Art der Führung des Rücklauf-Belebtschlammes zu dieser und durch diese im wesentlichen dem vorstehend anhand der Figur 1 erläuterten.

Man erkennt in der Figur 2, daß die Schlammernährungskammer 32' zwei getrennte Zellen besitzt, und zwar eine Anreicherungszelle 32a' und eine Trennzelle 32b', die durch eine Zwischenwand 32c' voneinander getrennt sind. Diese ist in dem vorliegenden Verfahren so ausgebildet, daß sie ein Fließen aus der Anreicherungs zelle 32a' in die Trennzelle 32b' gestattet.

Die Rücklauf-Belebtschlammleitung 24 ist in die Leitungen 24a und 24b geteilt. Die Leitung 24a ist mit der Trennzelle 32b' und die Leitung 24b mit der Anreicherungszelle 32a' verbunden.

Der Fermentationstank 30 ist durch die Leitung 31 mit der Anreicherungszelle 32a' verbunden. Die Leitung 34 zwischen der Ernährungskammer 32' und der aeroben Zelle oder den aeroben Zellen 16 geht von der Trennzelle 32b' aus.

Im Betrieb wird der in der Leitung 24 fließende Rücklauf-Belebtschlamm in ungefähr gleich starke Ströme geteilt, die in den Leitungen 24a bzw. 24b fließen. Der in der Leitung 24a fließende Rücklauf-Belebtschlamm tritt in die Trennzelle 32b'. Der in der Leitung 24b fließende Rücklauf-Belebtschlamm tritt in die Anreicherungszelle 32a'. Dank der Zwischenwand 32c' sind die Mikroorganismen in der Zelle 32a' von denen in der Zelle 32' getrennt.

In dem in Figur 2 erläuterten Verfahren wird die Ernährungszelle 32a' vom Fermentationstank 30 aus mit löslichen Substraten beschickt. Der Schlamm und die löslichen Substrate werden in einer anaeroben Umgebung ähnlich wie im Verfahren nach Figur 1 gemischt. Da in dem vorliegenden Verfahren der Rücklauf-Belebtschlamm in ungefähr gleiche Teile geteilt wird, wird die Zahl der um die von der Nährstoffquelle kommenden Nährstoffe oder um die von dem Fermentationstank 30 kommenden löslichen Substrate konkurrierenden Mikroorganismen herabgesetzt, so daß in der Ernährungszelle 32a' das Verhältnis von Nährstoff zu Masse wirksam erhöht und daher eine günstigere Umgebung für die Auswahl, das Wachstum und die Vermehrung von phosphorverzehrenden Mikroorganismen geschaffen wird.

In dem in der Figur 2 erläuterten Verfahren werden dieselben Grundbedingungen und Parameter angewendet, die an Hand des in Figur 1 erläuterten Verfahrens erörtert wurden. In dem in Figur 2 erläuterten Verfahren fließt der in der Ernährungszelle 32a' befindliche, konditionierte Rücklauf-Belebtschlamm einfach über den oberen Rand der Zwischenwand 32c in die Trennzelle 32b, in der er mit dem darin befindlichen Schlamm gemischt und vereinigt wird, und verläßt schließlich die Ernährungskammer 32' über die Leitung 34.

In der Figur 3 ist eine andere Ausführungs form des soeben beschriebenen Verfahrens mit geteilter Führung des Rücklauf-Belebtschlammes erläutert. In dieser anderen Ausführungsform kann der Rücklauf- Belebtschlamm so geteilt werden, daß ein Teilstrom 24a des Rücklauf-Belebtschlammes an der Ernährungskammer 32' vorbei direkt zu der aeroben Zelle oder den aeroben Zellen 16 zurückgeführt wird. In diesem Fall führt die Leitung 24a zu einer oder mehreren der aeroben Zellen 16 und führt die Leitung 24b zu einer Ernährungszelle 32a', die mit dem Fermentationstank 30 in Verbindung steht.

In der Tabelle 2 sind typische Betriebsparameter und Bedingungen für das in Figur 2 erläuterte Verfahren mit geteilter Führung des Rücklauf-Belebtschlammes angegeben. Man erkennt, daß die grundlegenden Basisparameter und die Ergebnisse allgemein mit den in der Tabelle 1 angegebenen übereinstimmen, die für das in der Figur 1 erläuterte Verfahren gelten. Es ist jedoch festzustellen, daß bei Abwasser mit einem BSB von 250 mg/l und einem Phosphorgehalt von 6 mg/l der gereinigte Effluent des Verfahrens nach Figur 2 einen BSB unter 5 mg/l, einen Phosphorgehalt von 0,3 mg/l und einen Ammoniakstickstoffgehalt von 0,1 mg/l hatte. Der Schlamm wurde geprüft und hatte einen Schlammvolumenindex von 80 ml/g und enthielt 4,2 Gew.-% Phosphor.

Tabelle 2 Typische Betriebsbedingungen des Verfahrens mit geteilter Führung des Rücklauf-Belebtschlammes
Kennwert Rohabwasser Primäreffluent (einschl. Rücklauf) Tropfkörpereffluent Gereinigter Effluent

Verweilzeiten in den Reaktoren

Fermentation 3,5 Tage

Ernährung 6,0 Stunden

Aerobe Mischflüssigkeit 5,4 Stunden (Q)

Anoxische Mischflüssigkeit 1,1 Stunden (Q)

Absetzen 8,5 Stunden

Kennwerte des biologischen Systems

RAS 0,09 m³/s

MLSS 2340 mg/l

MASS 14 873 kg

MCRT 5,0 Tage (außer Feststoffe im Klärbecken und in der Ernährungskammer)

Ausbeute 0,77 kg Überschußschlamm pro kg entfernten BSB&sub5;

Ausbeute 2980 kg pro Tag

FR/M 0,26 kg BSB&sub5; pro kg Mischwasserschwebstoffe pro Tag

In den Figuren 4 und 5 ist schematisch ein biologisches Abwasserbehandlungsverfahren erläutert, das speziell zum biologischen Unterstützen des Entstickens ausgelegt ist. Es versteht sich, daß dieses biologisch unterstützte Entstickungsverfahren in dem in den Figuren 1 bis 3 erläuterten und an Hand derselben besprochenen Grundverfahren durchgeführt wird. In jedem Fall werden in dem hier besprochenen biologisch unterstützten Entstickungsverfahren flüchtige Fettsäuren verwendet, die in einem Fermentationsverfahren erzeugt werden, und werden diese flüchtigen Säuren einer oder mehreren anoxischen Behandlungszonen zugeführt, in der bzw. denen die flüchtigen Fettsäuren als Nährstoffquelle dienen. In dem Entstickungsverfahren werden die flüchtigen Fettsäuren von jenen ausgewählten oder bestimmten Mikroorganismen verzehrt, die ein Entsticken bewirken. Von diesen Mikroorganismen werden die flüchtigen Fettsäuren im wesentlichen in der oder den anoxischen Zonen verzehrt, wofür diese Mikroorganismen Sauerstoff benötigen. Da nicht wie bei einer aeroben Behandlung Sauerstoff zugeführt wird, können diese Mikroorganismen Sauerstoff verbrauchen, der den in der anoxischen Zone befindlichen Nitraten NO&sub2; und NO&sub3; zugeordnet ist. Beim Verzehren des Sauerstoffes der Nitrate durch diese Mikroorganismen wird der Stickstoff in die Atmosphäre freigegeben.

In der Figur 4 ist ein biologisches Abwasserbehandlungsverfahren erläutert, in dem ein biologisches Verfahren zum Unterstützen des Entstickens durchgeführt wird. Man erkennt, daß zu den dem Tropfkörperfilter 14 nachgeschalteten Behandlungszonen drei aerobe Zellen 16 gehören, denen eine anoxische Zelle 18 nachgeschaltet ist, der eine aerobe Zelle 20 nachgeschaltet ist, der schließlich ein Endklärbecken 22 folgt. Von dem Klärbecken 22 führt eine Rücklaufschlammleitung 24 weg, die sich in die Leitungen 45 und 40 verzweigt. Die Leitung 45 führt direkt zu der ersten aeroben Zelle 16 zurück. Die Leitung 40 führt zu einer Leitung zum Abziehen von Überschußschlamm und verzweigt sich dann in Leitungen 42 und 44, in denen der Belebtschlamm wie vorstehend erläutert und in Figur 2 dargestellt zu den Schlammernährungszellen 32a' und 32b' zurückgeführt wird. Gewöhnlich werden 25 % des Rücklaufschlammes aus der Leitung 24 in die Leitung 45 abgegeben, und treten die übrigen 75 % in die Leitung 40 ein. Von den in der Leitung 40 fließenden fünfundsiebzig Prozent werden etwa 10 % über die Leitung zum Abziehen von Überschußschlamm von dem System abgezogen, 25 % über die Leitung 42 der Zelle 32b' und 40 % über die Leitung 44 der Zelle 32a' zugeführt.

Das vorstehend beschriebene Grundverfahren ist dem in den Figuren 2 und 3 erläuterten und an Hand derselben besprochenen Verfahren sehr ähnlich. Nach einem weiteren speziellen Gegenstand der Erfindung wird jedoch in dem vorliegenden Verfahren das Entsticken unterstützt. Zu diesem Zweck führt die Leitung 46 von der Leitung 31 zu der anoxischen Zelle 18, so daß Fettsäuren, die in der in dem Fermentationstank 30 überstehenden Flüssigkeit enthalten sind, direkt der anoxischen Zelle 18 zugeführt werden.

Gewöhnlich werden von der von dem Gärbehälter abgezogenen Flüssigkeit etwa 10 % in die Leitung zum Abziehen von Überschußschlamm eingeleitet, etwa 10 % über die Leitung 46 der anoxischen Zelle 18 zugeführt und die übrigen 80 % der Schlammernährungszelle 32a' zugeführt. Man erkennt daher, daß in diesem Verfahren überstehende Flüssigkeit aus dem Fermentationstank 30 der anoxischen Zelle 18 zugeführt wird, um das Entsticken zu bewirken bzw. zu unterstützen. Wieder werden die flüchtigen Fettsäuren in der anoxischen Zelle 18 von bestimmten ausgewählten Mikroorganismen verzehrt, die für ihren Stoffwechsel und ihr Überleben Sauerstoff benötigen und daher Sauerstoff aufnehmen, der in den in der anoxischen Zelle 18 enthaltenen Nitraten NO&sub2; und NO&sub3; enthalten ist. Dabei kann der den Nitraten vorher zugeordnete Stickstoff in die Atmosphäre entweichen.

Typische Betriebsbedingungen des in der Figur 4 erläuterten und soeben beschriebenen Verfahrens sind in der Tabelle 3 angegeben.

Tabelle 3 Typische Betriebsbedingungen des Verfahrens
Kennwert Rohabwasser Primäreffluent (einschl. Rücklauf) Tropfkörpereffluent Gereinigter Effluent

Verweilzeit in den Reaktoren

Fermentation 3,5 Tage

Ernährung 6,5 Stunden (4,3 + 2,2)

Aerobe Mischflüssigkeit 5,0 Stunden (Q)

Anoxische Mischflüssigkeit 1,0 Stunden (Q)

Absetzen 8,0 Stunden

Kennwerte des biologischen Systems

RAS 0,09 m³/s

MLSS 3860 mg/l

MASS 27 284 kg

MCRT 11,1 Tage (außer Feststoffe im Klärbecken und in der Ernährungskammer)

Ausbeute 0,77 kg Überschußschlamm pro kg entferntem BSB&sub5;

Ausbeute 2451 kg pro Tag

FR/M 0,12 kg BSB&sub5;R pro kg Mischwasserschwebstoffe pro Tag

Das in der Figur 5 erläuterte Verfahren ist gegenüber dem in der Figur 4 erläuterten und vorstehend beschriebenen Verfahren abgeändert. Das Verfahren nach Figur 5 stimmt mit dem in der Figur 4 erläuterten im wesentlichen überein, doch gehören zu den verschiedenen Behandlungszonen zwei anoxische Zonen 18, zwischen denen eine aerobe Zone 16 angeordnet ist. Die Leitung 46, über die überstehende Flüssigkeit vom Gärbehälter abgezogen wird, verzweigt sich zum Speisen der beiden anoxischen Zellen 18. Die in der Leitung 46 von dem Fermentationstank abgezogene überstehende Flüssigkeit wird in allgemein gleichen Mengen auf die beiden anoxischen Zellen 18 aufgeteilt. In dem in Figur 5 erläuterten Verfahren fließt in der Leitung 46 etwa dieselbe Menge wie in dem Verfahren nach Figur 4, d. h. 10 %, so daß die jeder anoxischen Zelle zugeführte Menge etwa 5 % beträgt. Die typischen Betriebsbedingungen des in der Figur 5 erläuterten Verfahrens sind in der Tabelle 4 angegeben.

Tabelle 4 Typische Bedingungen des Verfahrens
Kennwert Rohabwasser Primäreffluent (einschl. Rücklauf) Tropfkörpereffluent Gereinigter Effluent

Verweilzeit in den Reaktoren

Fermentation 3,5 Tage

Ernährung 6,5 Stunden (4,3 + 2,2)

Aerobe Mischflüssigkeit 4,0 Stunden (Q)

Anoxische Mischflüssigkeit 2,0 Stunden (Q)

Absetzen 8,0 Stunden

Kennwerte des biologischen Systems

RAS 0,09 m³/s

MLSS 3860 mg/l

MASS 27 284 kg

MCRT 11,1 Tage (außer Feststoffe im Klärbecken und in der Ernährungskammer)

Ausbeute 0,77 kg Überschußschlamm pro kg entferntem BSB&sub5;

Ausbeute 2451 kg pro Tag

FR/M 0,12 kg BSB&sub5;R pro kg Mischwasserschwebstoffe pro Tag

Übersetzung der Beschriftung der Zeichnungen

10 Vorbehandlung

12 Primärbehandlung

14 Tropfkörper

16, 20 aerobe Zellen

18 anoxische Zelle(n)

22 Absetzbecken oder Kläreinrichtung

30 Fermentationstank

32, 32a, 32b Schlammernährung

raw sewage rohes Abwasser

purified effluent gereinigter Effluent

excess sludge removal Austrag von Überschußschlamm

raw sludge Rohschlamm

return activated sludge Rücklauf-Belebtschlamm

nutrified sludge ernährter Schlamm


Anspruch[de]

1. Verfahren zum biologischen Behandeln und Entfernen von Phosphor und anderen Schadstoffen aus Abwasser mit einem relativ niedrigen Verhältnis von BSB zu Phosphor, in dem

a) das Abwasser in abgesetztes Abwasser und suspendierte Feststoffe getrennt wird und die suspendierten Feststoffe in einen Fermentationstank gefördert werden;

b) das abgesetzte Abwasser durch ein Vorbehandlungssystem geführt und dadurch ein Effluent aus vorbehandeltem Abwasser mit einem relativ niedrigen Verhältnis von BSB zu Phosphor erzeugt wird;

c) der Effluent aus dem vorbehandelten Abwasser durch eine Reihe von biologischen Behandlungszonen geführt wird und dadurch Phosphor, Stickstoff und andere Schadstoffe entfernt werden;

d) der Effluent von den biologischen Behandlungszonen einer Kläreinrichtung zugeführt wird und gereinigte überstehende Flüssigkeit von Schlamm getrennt wird, der einen Rücklauf-Belebtschlamm bildet;

e) die suspendierten Feststoffe in dem Fermentationstank so lange unter anaeroben Bedingungen gehalten werden, dass die suspendierten Feststoffe unter Bildung von löslichen Substraten hydrolysieren;

f) die löslichen Substrate mit dem Rücklauf-Belebtschlamm gemischt werden und das Gemisch so lange gehalten wird, dass konditionierter Rücklauf-Belebtschlamm gebildet wird; und

g) der konditionierte Rücklauf-Belebtschlamm mit dem Effluenten aus dem vorbehandelten Abwasser derart gemischt wird, dass das Gemisch aus dem konditionierten Rücklauf-Belebtschlamm und dem vorbehandelten Abwasser durch die Reihe von biologischen Behandlungszonen führbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das abgesetzte Abwasser durch einen Reaktor mit biologischem Rasen geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Effluenten aus dem vorbehandelten Abwasser das Verhältnis von BSB zu Phosphor weniger als 50% des Verhältnisses von BSB zu Phosphor in dem rohen Abwasser beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch aus dem vorbehandelten Effluenten mit niedrigem Verhältnis von BSB zu Phosphor und dem konditionierten Rücklauf-Belebtschlamm in einer Vorbelüftungszone behandelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Durchtritt des Abwassers durch den Reaktor mit biologischem Rasen der BSB des Abwassers um etwa 35% bis 65% herabgesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Effluent aus dem vorbehandelten Abwasser mit einem Verhältnis von BSB zu Phosphor im Bereich von 3 bis 10 erzeugt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die suspendierten Feststoffe zwei bis fünf Tage lang in dem Fermentationstank gehalten werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die löslichen Substrate und der Rücklauf-Belebtschlamm etwa eine bis vier Stunden lang in einem unbelüfteten Becken gehalten werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbehandelte Effluent und der konditionierte Rücklauf-Belebtschlamm in eine erste biologische Behandlungszone gefördert und darin 10 bis 30 min lang gleichzeitig gemischt und belüftet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem eine Nitrifikation bewirkenden Mischen und Belüften das Gemisch aus dem aus vorbehandeltem Abwasser bestehenden Effluenten und dem konditionierten Rücklauf-Belebtschlamm mindestens eine Stunde lang in einer anoxischen Behandlungszone behandelt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Rücklauf-Belebtschlamm vor seinem Mischen mit dem vorbehandelten Effluenten Essigsäure beigemischt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das rohe Abwasser durch ein Tropfkörpersystem geführt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom des Rücklauf-Belebtschlammes in mindestens zwei Teilströme geteilt wird und dass die löslichen Substrate in einer Ernährungszelle derart mit einem Teilstrom des Rücklauf-Belebtschlamms gemischt werden, dass das Verhältnis von Nährstoff zu Masse in der Anreicherungszelle wirksam erhöht wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilströme des Rücklauf-Belebtschlammes einer ersten bzw. zweiten Zelle zugeführt werden, dass lösliche Substrate der ersten Zelle zum Konditionieren des in ihr befindlichen Rücklauf-Belebtschlamms zugeführt werden, dass der konditionierte Rücklauf-Belebtschlamm von der ersten Zelle der zweiten Zelle zugeführt und mit dem in dieser vorhandenen Rücklauf-Belebtschlamm gemischt wird und dass das Rücklauf-Belebtschlammgemisch in einen Bereich gefördert wird, in dem es mit dem Effluenten mit niedrigem Verhältnis von BSB zu Phosphor gemischt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom des Rücklauf-Belebtschlammes in zwei Teilströme geteilt und nur einer der Teilströme aus Rücklauf-Belebtschlamm mit den löslichen Substraten gemischt wird und dass beide Teilströme aus Rücklauf-Belebtschlamm an eine Stelle gefördert werden, an der sie mit dem Effluenten mit niedrigem Verhältnis von BSB zu Phosphor gemischt werden.

16. Verfahren zum Behandeln von Abwasser, in dem

a) Abwasser einer Primärbehandlung unterworfen und dadurch ein Primäreffluent erzeugt wird;

b) der Primäreffluent einem Sekundärbehandlungsbereich zugeführt und durch eine Reihe von biologischen Behandlungszonen geführt wird und dadurch ein gereinigter Effluent und ein Strom aus Rücklauf-Belebtschlamm erzeugt werden;

c) der Rücklauf-Belebtschlamm in einem Nebenstrom zurückgeführt wird;

d) der Rücklauf-Belebtschlamm in mindestens zwei Teilströme geteilt wird;

e) der Rücklauf-Belebtschlamm mindestens eines Teilstroms einer Ernährungszelle zugeführt wird, während der Rücklauf-Belebtschlamm des anderen Teilstroms mindestens anfänglich von dem Rücklauf-Belebtschlamm des ersten Teilstroms getrennt ist; und

f) zunächst lösliche Substrate der Ernährungszelle zugeführt und in dieser zunächst mit dem Rücklauf-Belebtschlamm in Berührung gebracht werden, der sich in der Ernährungszelle befindet, in der durch die Trennung von dem anderen Strom aus Rücklauf-Belebtschlamm das Verhältnis von Nährstoff zu Nasse wirksam erhöht worden ist.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die löslichen Substrate in einem Nebenstrom-Fermentationsverfahren erzeugt werden, ehe sie der Anreicherungszelle zugeführt werden.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass Rohschlamm während der Primärbehandlung von dem Abwasser abgetrennt und dann einem Nebenstrom-Fermentationstank zugeführt und darin zum Erzeugen der der Ernährungszelle zuzuführenden, löslichen Substrate fermentiert wird.

19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennzelle verwendet wird, der der andere Teilstrom des Rücklauf-Belebtschlammes zugeführt wird, und dass der in der Ernährungszelle konditionierte Rücklauf-Belebtschlamm der Trennzelle zugeführt und in ihr mit dem anderen Teilstrom des Rücklauf-Belebtschlammes vereinigt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücklauf-Belebtschlamm der Ernährungs- und der Trennzelle in annähernd gleichen Mengen pro Zeiteinheit zugeführt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Ernährungs- und die Trennzelle eine Ernährungzone bilden und dass der Rücklauf-Belebtschlamm etwa sechs Stunden lang in der Ernährungszone gehalten wird.

22. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass während der Primärbehandlung Rohschlamm von dem Abwasser getrennt und dann einem Fermentationstank zugeführt und zum Erzeugen der löslichen Substrate fermentiert wird, die der Ernährungszelle zuzuführen sind, in der sie mit dem in ihr befindlichen einen Teilstrom des Rücklauf-Belebtschlammes gemischt werden, und dass der andere Teilstrom des Rücklauf-Belebtschlammes einer anaeroben Behandlungszone zugeführt wird, die einen Teil des Sekundärbehandlungsbereiches bildet.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Primäreffluent durch einen Reaktor mit biologischem Rasen geführt wird und ein Effluent aus vorbehandeltem Abwasser mit einem relativ niedrigen Verhältnis von BSB zu Phosphor erzeugt und dann dem Sekundärbehandlungsbereich zugeführt wird.







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