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Dokumentenidentifikation DE69209096T2 02.10.1996
EP-Veröffentlichungsnummer 0644859
Titel VERFAHREN UND ANLAGE ZUR REINIGUNG VON VERUNREINIGTEM WASSER
Anmelder I. Krüger Systems A/S, Soeborg, DK
Erfinder KERRN-JESPERSEN, Jens, Peter, DK-2900 Hellerup, DK;
HENZE, Mogens, DK-2850 N erum, DK
Vertreter Richter, B., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 90491 Nürnberg
DE-Aktenzeichen 69209096
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 23.12.1992
EP-Aktenzeichen 939021028
WO-Anmeldetag 23.12.1992
PCT-Aktenzeichen DK9200397
WO-Veröffentlichungsnummer 9313023
WO-Veröffentlichungsdatum 08.07.1993
EP-Offenlegungsdatum 29.03.1995
EP date of grant 13.03.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.10.1996
IPC-Hauptklasse C02F 3/30

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur biologischen Reinigung von verunreinigtem Wasser, wie z.B. Abwasser, wobei das verunreinigte Wasser aufeinanderfolgend einer anaeroben, einer anoxischen und einer aeroben Behandlung in der Anwesenheit von Mikroorganismen unterworfen wird, um den Stickstoff- und Phosphor-Gehalt des Wassers zu reduzieren.

Die immer zunehmende Eutrophierung von Flüssen, Gewässern und Seen hat dazu geführt, daß in immer mehr Ländern Auflagen für die Reinigung von Abwasser erhoben werden, insbesondere für die Entfernung von Stickstoff und Phosphor, und daß die bereits bestehenden Auflagen mehr und mehr strenger werden.

Verschiedene Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser sind bereits bekannt, bei welchen wenigstens eine teilweise Entfernung von Stickstoff und Phosphor aus dem Abwasser bewirkt wird. Solche bekannten Verfahren zum Reinigen von Abwasser unter Verwendung von Bakterien sind u.a. in den DK-Patenten Nr. 149767 und 153 832 offenbart. Die EP-A 0247212 offenbart eine Anlage und ein Verfahren, bei welchen Abwasser einer Denitrierung unterworfen wird, gefolgt von einer Nitrierung unter der Verwendung von separaten Mikroorganismen.

Bei den bekannten Verfahren zum biologischen Entfernen von Stickstoff und Phosphor aus Abwasser stellt die Menge an leicht zersetzbarem organischen Material, das in dem Abwasser enthalten ist, einen einschränkenden Faktor bezüglich der Effektivität des Verfahrens dar, und dort, wo der Gehalt des Abwassers an leicht zersetzbarem organischen Material unzureichend ist, ist es oftmals erforderlich, organisches Material hinzuzufügen, um einen gewünschten Grad an Reinigung zu erzielen.

Die biologische Entfernung von Phosphor aus Abwasser ist das Ergebnis des Vorhandenseins von phosphorspeichernden Bakterien, die unter anaeroben Bedingungen leicht zersetzbares organisches Material aus dem unbehandelten Abwasser absorbieren, in welchem organisches Material in der Form beispielsweise von Polyhydroxybutyrat (PHB) gespeichert ist. Die Bakterien akquirieren die Energie zum Ausführen eines solchen Speicherns durch Zersetzen von Polyphosphat aus einem intrazellulären Speicher. Hierdurch werden Orthophosphationen erzeugt, die in die flüssige Phase freigegeben werden.

Wenn die phosphorspeichernden Bakterien nachfolgend aeroben Bedingungen unterworfen werden, wird der Speicher an organischem Material konsumiert, da Sauerstoff als ein Oxydationsmittel wirkt. Die Bakterien verwenden die somit erzeugte Energie teilweise zum Absorbieren der Orthophosphationen aus der flüssigen Phase und zu deren Speichern in der Form von Polyphosphat und teilweise für den grundlegenden Metabolismus und das Wachstum von phosphorspeichernden Bakterien.

Die Entfernung des Phosphors aus dem Abwasser wird anschließend dadurch erzielt, daß die Überschußproduktion von phosphorspeichernden Bakterien an einem Punkt in dem Verfahren entfernt wird, wenn ihre Polyphosphatspeicher voll sind.

Der Entfernung von Stickstoff liegt eine Nitrierung zugrunde, woraufhin eine Denitrierung folgt. Die Nitrierung, die unter aeroben Bedingungen bewirkt wird, besteht in einer Oxydation von Ammoniak-Stickstoff in Nitrat gleichzeitig mit einer Zersetzung von verfügbarem organischen Material, wenn überhaupt, während die Denitrierung, die unter anoxischen Bedingungen bewirkt wird, in dem Verbrauch von organischem Material unter Verwendung von Nitrationen als Oxydationsmittel besteht. Bei dieser Oxydation wird Nitrat-Stickstoff zu freiem Stickstoff (N&sub2;) reduziert, welcher in seiner gasförmigen Form freigegeben wird.

Ein Teil der phosphorspeichernden Bakterien ist ferner zum Konsumieren von gespeichertem organischen Material unter anoxischen Bedingungen befähigt, wenn Nitrat als ein Oxydationsmittel wirkt. Wie in dem Falle, in dem der Verbrauch von organischem Material mit der Verwendung von Sauerstoff als ein Oxydationsmittel bewirkt wird, wird die unter anoxischen Bedingungen produzierte Energie teilweise für die Absorption und für die Speicherung von Phosphat in der Form von Polyphosphat und teilweise für das Wachstum der phosphorspeichernden Bakterien verwendet.

Wenn Nitrat als ein Oxydationsmittel wirkt, wie dies unter den oben beschriebenen anoxischen Bedingungen der Fall ist, findet eine Reduktion von Nitrat zu freiem Stickstoff statt, wie oben erläutert, wobei der genannte freie Stickstoff in gasförmiger Form freigegeben wird. Dies bedeutet, daß das durch die phosphorspeichernden Bakterien unter Verwendung von Nitrat als ein Oxydationsmittel absorbierte organische Material sowohl für die Phosphorabsorption und Speicherung, als auch für die Denitrierung verwendet wird.

Untersuchungen haben gezeigt, daß bei einem mit aktiviertem Schlamm arbeitenden Verfahren, beispielsweise bei den oben beschriebenen, bei welchen eine Mischung von Mikroorganismen aufeinanderfolgend anaeroben, anoxischen und aeroben Bedingungen unterworfen wird, lediglich etwa die Hälfte der phosphorspeichernden Bakterien dazu befähigt ist, Phosphationen unter anoxischen Bedingungen zu absorbieren und zu speichern und somit Nitrat als ein Oxydationsmittel zu verwenden. Infolgedessen wird nur die Hälfte der Gesamtmenge des durch die phosphorspeichernden Bakterien absorbierten, organischen Materials für die Denitrierung verwendet. Die Reinigung von Abwasser durch ein Verfahren unter Verwendung von aktiviertem Schlamm ist in der WO-A 8808410 offenbart. Bei dieser Lehre gemäß dem Stand der Technik wird das Wasser mit einer Kultur von Mikroorganismen gemischt und die Mischung wird aufeinanderfolgend anaeroben, anoxischen und aeroben Bedingungen unterworfen.

Wenn alle der phosphorspeichernden Bakterien dazu befähigt wären, Nitrat als ein Dxydationsmittel zu verwenden, würde es möglich sein, eine verbesserte Stickstoffentfernung zu erzielen ohne die Zugabe von organischem Material zu Abwasser, welches vergleichsweise arm an organischem Material ist, weil in diesem Falle mehr organisches Material für die Stickstoffentfernung, d.h. für die Denitrierung, verfügbar wäre.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Entdeckung zugrunde, daß dadurch, daß den phosphorspeichernden Mikroorganismen solche Wachstumsbedingungen gegeben werden, daß hauptsäch lich Mikroorganismen entwickelt werden, die dazu befähigt werden, Nitrat als ein Oxydationsmittel zu verwenden und die somit dazu befähigt sind, Phosphor unter anoxischen Bedingungen zu absorbieren und es in der Form von Polyphosphat zu speichern, eine wesentlich verbesserte Ausnutzung von organischem Material, das in dem verunreinigten Wasser enthalten ist, erzielt wird, wodurch die Hinzugabe von organischem Material zu verunreinigtem Wasser, welches arm an organischem Material ist, ganz und gar vermieden oder reduziert wird.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß einerseits die anaerobe und die anoxische Behandlung und andererseits die aerobe Behandlung in der Anwesenheit von separaten Kulturen von Mikroorganismen ausgeführt werden.

Der Ausdruck "separate Kulturen von Mikroorganismen" bezeichnet, daß der Hauptanteil der Kultur bzw. der Kulturen von Mikroorganismen, die bei den anaeroben und anoxischen Behandlungen verwendet werden, von der Kultur oder den Kulturen von Mikroorganismen weg gehalten wird, die bei der aeroben Behandlung verwendet werden. In der Praxis wird die Flüssigkeit, welche einer anaeroben/anoxischen Behandlung unterworfen worden ist und die darauffolgend einer aeroben Behandlung zu unterwerfen ist, in unvermeidbarer Weise geringe Mengen an Mikroorganismen enthalten, welche ihren Ursprung in den anaeroben/anoxischen Behandlungen haben, und es werden geringe Mengen von Mikroorganismen ebenfalls von dem aeroben Behandlungsschritt zu den anaeroben/anoxischen Behandlungsschritten zusammen mit dem rezyklierten Wasser transportiert werden.

Bei den bekannten Verfahren der wie oben erläuterten Art wird eine Mischung, die u.a. phosphorspeichernde hetero trophe Bakterien, phosphorspeichernde denitrierende heterotrophe Bakterien, nichtphosphorspeichernde, denitrierende heterotrophe Bakterien und nitrierende Bakterien enthält, sukzesive anaeroben, anoxischen und aeroben Bedingungen unterworfen und infolge dessen werden die Bakterien zuweilen Bedingungen ausgesetzt, unter denen sie nicht aktiv sind. Mit anderen Worten, ein Teil der Bakterien ist für einen Teil der Zeit inaktiv und er wird in manchen Verfahrensschritten den Platz für aktive Bakterien einnehmen.

Durch die Verwendung von separaten Kulturen von Mikroorganismen während den jeweiligen anaeroben/anoxischen und aeroben Behandlungen des verunreinigten Wassers in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird prinzipiell eine Vermehrung von Mikroorganismen bewirkt, die dazu befähigt sind, unter jeweiligen anaeroben/anoxischen und aeroben Bedingungen zu leben. Hierdurch wird ein größerer Teil der Mikroorganismen bei den erwähnten Behandlungsschritten aktiv, was u.a. dahin führt, daß das Verhältnis von phophorspeichernden Mikroorganismen, die dazu befähigt sind, Nitrat als ein Oxydationsmittel zu verwenden, zu den phosphorspeichernden Mikroorganismen, die dazu befähigt sind, lediglich Sauerstoff als ein Oxydationsmittel zu verwenden, zu Gunsten der ersteren verschoben wird, so daß, wie oben erläutert, eine verbesserte Ausnutzung des organischen Materials erzielt wird, das in dem verunreinigten Wasser enthalten ist.

Zusätzlich zu einer verbesserten Ausnutzung von organischem Material ergibt das Verfahren gemäß der Erfindung den Vorteil, daß die Reaktionsgeschwindigkeit pro Einheitsmasse von Biomasse erhöht wird, wodurch es ermöglicht wird, daß die Menge von Biomasse reduziert wird oder daß die gesamte Reaktionsgeschwindigkeit der Anlage erhöht wird.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann entweder im Rahmen einer Suspensionsmethode oder im Rahmen einer Festbettmethode oder im Rahmen einer Kombination der beiden Methoden verwendet werden.

Bei dem früheren Verfahren werden eine Mischung aus verunreinigtem Wasser, wie Abwasser, das wahlweise einer Vorreinigungsbehandlung unterworfen worden ist, und aus einer Kultur von Mikroorganismen aufeinanderfolgend einer anaeroben und einer anoxischen Behandlung in einer oder mehreren Behandlungszonen unterworfen, woraufhinfolgend die Kultur der Mikroorganismen von dem Wasser separiert wurde und dann eine andere Kultur von Mikroorganismen dem Wasser hinzugefügt wurde und abschließend wurde die so gebildete Mischung der Behandlung in einer aeroben Behandlungszone unterworfen, wobei bei dieser Methode die Kultur von Mikroorganismen von dem somit behandelten Wasser separiert wurde und ein Teil des Wassers zu der anoxischen Behandlungszone rezykliert wurde.

Bei dem oben beschriebenen Verfahren wird die Rezyklierung vorzugsweise von der Kultur von Mikroorganismen durchgeführt, die nach der anoxischen Behandlung abgetrennt wurde, und die abgetrennte Kultur oder ein Teil hiervon wird zu der anaeroben Zone rezykliert.

In einer entsprechenden Weise kann die Kultur von Mikro- Organismen, die von dem aerob behandelten Wasser separiert wurde, zu der aeroben Behandlungszone rezykliert werden.

Eine solche Separierung wird beispielsweise in einem Absetzbecken ausgeführt.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform des oben beschriebenen Verfahrens werden die anaeroben und die anoxischen Behandlungen in zwei getrennten Behandlungszonen ausgeführt, in welchen die anaeroben und anoxischen Bedingungen alternierend aufgebaut werden und in welchen verunreinigtes Wasser stets zu der Zone zugeführt wird, wo die anaeroben Bedingungen aufrecht erhalten werden.

Die Überschuß-Mikroorganismen, die in Verbindung mit den anaeroben/anoxischen Behandlungen verwendet werden, werden vorzugsweise zu solchen Zeiten entfernt, wenn der Phosphorgehalt der Mikroorganismen hoch ist.

Bei der Festbett-Methode werden wenigstens zwei immobilisierte Kulturen von Mikroorganismen, welche in anaeroben bzw. anoxischen und aeroben Bedingungen gehalten werden, verwendet, wobei ein Teil des Wassers, welches die in aeroben Zuständen gehaltene Kultur von Mikroorganismen verläßt, zu der Kultur von Mikroorganismen rezykliert wird, die in anoxischen Zuständen gehalten wird.

Bei diesem Verfahren wird die erste Kultur von immobilisierten Mikroorganismen vorzugsweise in alternierenden anaeroben und anoxischen Zuständen gehalten und das verunreinigte Wasser wird zu der Kultur von immobilisierten Mikroorganismen zugeführt, welche in anaeroben Zuständen gehalten ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des o.g. Verfahrens werden drei immobilisierte Kulturen von Mikroorganismen verwendet und es werden die zwei ersten Kulturen von immobilisierten Mikroorganismen dieser drei alternierend in anaeroben und anoxischen Zuständen gehalten und es wird verunreinigtes Wasser alternierend zu der ersten und der zweiten der zwei ersten immobilisierten Kulturen von Mikroorganismen zugeführt, wobei jedoch verunreinigtes Wasser stets zu der Kultur von immobilisierten Mikroorganismen zugeführt wird, die in anaeroben Zuständen gehalten wird, während die Abgabe von der immobilisierten Kultur von Mikroorganismen, die in anaeroben Zuständen gehalten wird, zu der zweiten der zwei ersten immobilisierten Kulturen von Mikroorganismen zusammen mit nitrathaltigem Wasser zugeführt wird, das von der immobilisierten Kultur von Mikroorganismen rezykliert wird, welche in aeroben Zuständen gehalten wird.

Wie erwähnt, können die zwei oben beschriebenen Verfahren kombiniert werden. Die aerobe Behandlung bei der früheren Methode kann beispielsweise unter Verwendung einer Kultur von immobilisierten Mikroorganismen durchgeführt werden, nämlich durch Führen des Wassers, welches aufeinanderfolgen den anaeroben und anoxischen Behandlungen unterworfen worden ist, durch eine Kultur von immobilisierten aeroben Mikroorganismen und durch Rezyklieren eines Teil des somit aerob behandelten Wassers zu der anoxischen Behandlungszone.

In einer entsprechenden Art und Weise können die anaeroben und die anoxischen Behandlungen unter Verwendung von einer oder von mehreren Kulturen von immobilisierten Mikroorganismen ausgeführt werden, woraufhinfolgend das somit behandelte Wasser einer aeroben Behandlung in Anwesenheit von Mikroorganismen unterworfen werden kann, die in dem Wasser suspendiert sind.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das verunreinigte Wasser aufeinanderfolgend einer anaeroben und einer anoxischen Behandlung in zwei Zonen unter Verwendung einer suspendierten Kultur von Mikroorganismen unterworfen wird, daß die Kultur von Mikroorganismen von dem somit behandelten Wasser separiert wird, daß die genannte Kultur von Mikroorganismen zu der anaeroben Behandlungszone rezykliert wird und daß das Wasser, das von der Kultur von Mikroorganismen entlastet ist, einer aeroben Behandlung mit einer immobilisierten Kultur von Mikroorganismen unterworfen wird, woraufhin folgend ein Teil des aerob behandelten Wassers zu dem anoxischen Behandlungsschritt rezykliert wird.

Die Überschuß-Mikroorganismen, die in Verbindung mit den anaeroben/anoxischen Behandlungen verwendet werden, werden vorzugsweise zu solchen Zeiten entfernt, wenn der Phosphorgehalt der Mikroorganismen hoch ist.

Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Anlage zum Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens.

Die Anlage gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist: eine Einrichtung zum aufeinanderfolgenden Unterwerfen von verunreinigtem Wasser einer anaeroben und einer anoxischen Behandlung unter Verwendung einer ersten Kultur von Mikroorganismen, eine Einrichtung zum Unterwerfen des anaerob und anoxisch behandelten Wassers einer aeroben Behandlung unter Verwendung einer zweiten Kultur von Mikroorganismen, die von der ersten Kultur von Mikroorganismen unterschiedlich ist, eine Einrichtung zum Rezyklieren des aerob behandelten Wassers zu der Einrichtung zum Behandeln des Wassers in anoxischen Zuständen und wahlweise eine Einrichtung zum Entfernen von Überschußschlamm von der Anlage.

Eine bevorzugte Ausführungsform der oben beschriebenen Anlage ist dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur anaeroben und anoxischen Behandlung des Wassers unter Verwendung der ersten Kultur von Mikroorganismen einen anaeroben und einen anoxischen Behälter, eine Einrichtung zum Separieren des Schlammes von dem anoxisch behandelten Wasser und eine Einrichtung zum Rezyklieren des somit separierten Schlammes zu dem anaeroben Behälter aufweist.

Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der oben beschriebenen Anlage ist dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur anaeroben und anoxischen Behandlung des Wassers unter Verwendung der ersten Kultur von Mikroorganismen wenigstens ein biologisches Filter mit einem Trägermaterial aufweist, welchem die Kultur von Mikroorganismen hinzugefügt ist.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der oben beschriebenen Anlage ist dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur aeroben Behandlung des anaerob und anoxisch behandelten Wassers unter Verwendung der zweiten Kultur von Mikroorganismen einen aeroben Behälter, eine Einrichtung zum Separieren des Schlammes von dem aerob behandelten Wasser und eine Einrichtung zum Rezyklieren des somit separierten Schlammes zu dem aeroben Behälter aufweist.

Eine noch andere bevorzugte Ausführungsform der oben beschriebenen Anlage ist dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur aeroben Behandlung des anaerob und anoxisch behandelten Wassers unter Verwendung der zweiten Kultur von Mikroorganismen ein biologisches Filter mit einem Trägermaterial aufweist, welchem die Kultur von Mikroorganismen hinzugefügt ist.

Die verwendeten biologischen Filter sind vorzugsweise in der Weise konstruiert, daß sie in dem Wasser enthaltenes, suspendiertes Material zurückhalten.

Vorzugsweise weist die Anlage weiterhin eine Einrichtung zum periodischen Rückwaschen der Filter zum Entfernen von Mikroorganismen im Überschuß enthaltendem Material von den Filtern auf.

Alternativ hierzu kann ferner eine getrennte Separierungseinrichtung vorgesehen sein, beispielsweise in der Form eines zusätzlichen Filters, eines Absetzbeckens oder einer Flotationsanlage für die Separierung von suspendiertem Material, welches Mikroorganismen von dem die Filter verlassenden Wasser enthält.

Die Anlage kann weiterhin eine Einrichtung zum periodischen Erzeugen einer erhöhten hydraulischen Belastung an den Filtern aufweisen. Eine solche Einrichtung dient dazu, eine verstärkte Entfernung der Mikroorganismen von den Filtern zu gewünschten Zeitpunkten zu erzielen. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Anlage gemäß der Erfindung weist drei in Serie miteinander verbundene, biologische Filter auf, in denen ein anaerober bzw. ein anoxischer bzw. ein aerober Zustand aufrecht erhalten werden kann, wobei die Anlage weiterhin eine Einrichtung zum alternierenden Zu führen von verunreinigtem Wasser zu den zwei ersten Filtern und zum alternierenden Ändern der Behandlungsbedingungen in den genannten Filtern von der anaeroben zu der anoxischen Behandlung und umgekehrt aufweist, wodurch anaerobe Bedingungen in dem Filter aufgebaut werden, dem das verunreinigte Wasser zuerst zugeführt wird.

Um eine ausreichend starke Strömung des Wassers durch die Filter aufrecht zu erhalten, kann es zweckdienlich sein, einen Teil des Wassers, welches einen Filter verläßt, zu dem Einlaß jenes Filters zu rezyklieren.

Schließlich soll darauf hingewiesen werden, daß die anaerobe Behandlung in mehreren aufeinanderfolgenden, hydraulisch separierten Behandlungszonen oder -behältern bewerkstelligt werden kann und daß das gleiche für die anoxischen und aeroben Behandlungen zutrifft.

In diesem Zusammenhang soll darauf hingewiesen werden, daß das verunreinigte Wasser einer oder mehreren der anaeroben Zonen zugeführt werden kann.

In einer entsprechenden Art und Weise können, wenn Filter verwendet werden, mehrere aufeinanderfolgende Filter verwendet werden, in welchen die gleichen Behandlungsbedingungen aufrecht erhalten werden, und in solchen Fällen kann das verunreinigte Abwasser ebenfalls einem oder mehreren anaerob arbeitenden Filtern zugeführt werden.

Auf dieselbe Art und Weise kann das anaerob behandelte Wasser zu mehreren anoxischen Filtern verteilt werden.

Die Erfindung wird nunmehr in Einzelheiten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert, in welchen zeigen:

Fig. 1: ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Phase 1 des Betriebs einer bevorzugten Ausführungsform einer Wasserreinigungsanlage gemäß der Erfindung,

Fig. 2: ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Phase 2 des Betriebes der in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Reinigungsanlage,

Fig. 3: ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer alternativen aeroben Behandlung von Abwasser, welches einer anaeroben und einer anoxischen Behandlung in einer Anlage unterworfen ist, wie diese in Fig. 1 und 2 gezeigt ist,

Fig. 4: ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform einer Reinigungsanlage gemäß der Erfindung, und

Fig. 5: ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Wasserreinigungsanlage gemäß der Erfindung.

Die in Fig. 1 gezeigte Reinigungsanlage weist drei Filter 1, 2, 3 auf, die in Serie miteinander verbunden sind, wobei jedes Filter ein Trägermaterial und eine diesem hinzugefügte (immobilisierte) Bakterienkultur aufweist. Das Filter 1 ist mit einer Speiseleitung 4 für die Zufuhr von unbehandeltem Abwasser verbunden. In der Speiseleitung 4 kann z.B. ein Absetzbecken 5 für die Entfernung eines Teiles von suspendiertem festen Material, das in dem unbehandelten Abwasser enthalten ist, angeordnet sein. Die Anlage weist ferner eine Leitung 6 auf, welche das Filter 1 mit dem Filter 2 verbindet, sowie eine Leitung 7, welche das Filter 2 mit dem Filter 3 verbindet. Letztendlich weist die gezeigte Anlage eine Leitung 8 für die Abgabe von gereinigtem Abwasser von dem Filter 3 sowie eine Rezyklierungsleitung 9 auf, in welcher eine Pumpe 10 angeordnet ist. Die Leitung 9, welche die Leitung 8 mit der Leitung 6 verbindet, dient zum Führen eines Teiles des gereinigtem Abwassers, welches das Filter 3 verläßt, durch die Leitung 8 zurück zu dem Filter 2.

Wie sich aus Fig. 2 ergibt, entspricht die hierin gezeigte Anlage der in Fig. 1 gezeigten, mit Ausnahme, daß die Speiseleitung 4 und das Absetzbecken 5, welches hierin angeordnet ist, mit dem Filter 2 verbunden sind und daß die Leitung 7, welche die Filter 2 und 3 verbindet, durch eine Leitung 11 ersetzt worden ist, welche die Filter 1 und 3 verbindet.

In der Phase 1 werden anaerobe Bedingungen in dem Filter 1 aufrecht erhalten, was dazu führt, daß die phosphorspeichernden Bakterien, die dem Trägermaterial hinzugefügt sind, leicht zersetzbares organisches Material absorbieren welches in dem unbehandelten Abwasser enthalten ist, und gleichzeitig Phosphationen freigeben. Das Wasser, das durch die Leitung 6 von dem Filter 1 zu dem Filter 2 strömt und welches verhältnismäßig große Mengen an Phosphationen enthält, wird mit nitrathaltigem Wasser gemischt, das durch die Leitung 9 von dem Filter 3 zugeführt wird.

In dem Filter 2, in dem anoxische Bedingungen vorherrschen, konsumieren die hierin vorhandenen phosphorspeichernden Bakterien ihre Speicher an organischem Material unter Verwendung von Nitrat als ein Oxydationsmittel. Hierdurch wird Nitrat zu freiem Stickstoff reduziert, der in seiner gasförmigen Form entweicht. Die Bakterien nutzen die somit erzeugte Energie teilweise für einen grundlegenden Metabolismus und ein Wachstum und zum Teil für die Speicherung von Phosphat in der Form von Polyphosphat. Das teilweise behandelte Wasser von dem Filter 2 strömt durch die Leitung 7 zu dem Filter 3, in welchem aerobe Bedingungen aufrecht erhalten werden. Dies bedeutet, daß eine biologische Umwandlung von Ammoniak-Stickstoff in Nitrat hierin bewirkt wird, gleichzeitig mit einer Zersetzung von irgendwelchem vorhandenen organischen Material. Hierdurch wird nitrathaltiges Abwasser erzeugt, von welchem ein Teil zu dem Filter 2 durch die Rezyklierungsleitung 9 rezykliert wird.

Nach einer geeigneten Periode wird die Anlage dadurch umgestellt, daß das unbehandelte Abwasser zu dem Filter 2 zugeführt wird, wie in Fig. 2 gezeigt, und das das Filter 2 verlassende Wasser wird durch die Leitung 6 zu dem Filter 1 zugeführt, von welchem es, auf die Behandlung folgend, zu dem Filter 3 durch die Leitung 11 zugeführt wird.

In der Phase 2 werden anaerobe Bedingungen in dem Filter 2 und anoxische Bedingungen in dem Filter 1 aufrecht erhalten während aerobe Bedingungen in dem Filter 3 wie in Phase 1 aufrecht erhalten werden.

Nach einer geeigneten Zeitperiode wird die Anlage erneut umgestellt und eine neue Phase 1 wird eingeleitet.

Bei der beschriebenen Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird eine Anhäufung von phosphorspeichernden Bakterien in den Filtern 1 und 2 bewirkt und ein Teil der genannten Bakterien wird von den Filtern in Intervallen durch Rückwaschen entfernt, wenn die Phosphorspeicher der Bakterien voll sind.

Fig. 3 zeigt eine Leitung 12 für anaerob und anoxisch behandeltes Abwasser, in welcher ein Filter 13 angeordnet ist, das ein Träger(Filter)-Medium, das in wirksamer Weise suspendiertes Material zurückhält, und eine Bakterienkultur enthält. Eine Rezyklierungsleitung 14, in welcher ein zu sätzliches Filter 15 und eine Rezyklierungspumpe 16 für nitrathaltiges Wasser angeordnet sind, ist auf der einen Seite mit der Leitung 12 auf der Stromaufwärtsseite des Filters 13 und auf der anderen Seite mit der Leitung 6 gemäß Fig. 1 und 2 verbunden.

Im Gegensatz zu dem Filter 13 und im Zusatz zu einer Kultur von Mikroorganismen weist das Filter 15 ein vergleichsweise grobes Träger(Filter)-Medium auf. Durch Verwendung solcher grober Filtermedien wird der Druckabfall in der Rezyklierungsleitung 14 reduziert. Aerobe Bedingungen werden sowohl in dem Filter 13 als auch in dem Filter 15 aufrecht erhalten.

Überschuß-Biomasse von den Filtern 1, 2, 3 und 13 und 15 kann durch Rückwaschen der Filter mittels Wasser entfernt werden. Die Überschuß-Biomasse wird zusammen mit dem Waschwasser durch die Leitungen 17 entfernt.

Die Wasserreinigungsanlage, die in Fig. 4 gezeigt ist, weist einen Tank 20 mit einer Speiseleitung 21 für unbehandeltes Abwasser und eine Verbindungsleitung 22 auf, die mit einem zusätzlichen Tank 23 verbunden ist. Der letztere ist mit einem zusätzlichen Tank 26 durch eine Leitung 24 verbunden, in welcher ein Absetztank 25 angeordnet ist, wobei der genannte Tank 26 eine Auslaßleitung 27 aufweist, in welcher ein Absetztank 28 angeordnet ist. Die Unterseite des Absetztanks 25 ist mit der Speiseleitung 21 durch eine Leitung 29 zur Schlammrezyklierung verbunden, in welcher eine Pumpe 30 angeordnet ist, und die Unterseite des Absetztanks 28 ist mit der Leitung 24 durch eine Leitung 31 zur Schlammrezyklierung verbunden, in welcher eine Schlammpumpe 32 angeordnet ist. Letztendlich weist die Anlage eine Leitung 33 zur Wasserrezyklierung auf, in welcher eine Pumpe 34 angeordnet ist und welche mit der Auslaßleitung 27 auf der Stromabwärtsseite des Absetztanks 28 und mit der Verbindungsleitung 22 verbunden ist.

In der gezeigten Anlage wird das unbehandelte Abwasser, das durch die Zuführleitung 21 zugeführt wird, mit rezykliertem Schlamm gemischt, der durch die Leitung 29 zur Schlammrezyklierung zugeführt wird, und die Mischung wird in den Tank eingeleitet, in welchem anaerobe Bedingungen aufrecht erhalten werden. Das anaerob behandelte Wasser und der Schlamm werden im Anschluß an die Beimischung von nitrathaltigem Wasser, das durch die Leitung 33 zur Wasserrezyklierung zugeführt wird, in den Tank 23 eingeleitet. In dem Tank 23 werden anoxische Bedingungen aufrecht erhalten. Nach Verlassen des Tanks 23 strömt das Wasser durch die Leitung 24 zu dem Absetztank 25, in welchem der Schlamm separiert wird, und weiterhin zum Tank 26, in welchem aerobe Bedingungen aufrecht erhalten werden. Von der Unterseite des Absetztanks 25 wird aktivierter Schlamm entfernt und durch die Leitung 29 zur Schlammrezyklierung zu der Speiseleitung 21 zugeführt.

Das aerob behandelte Wasser strömt von dem Tank 26 zu dem Absetztank 28 und weiterhin durch die Auslaßleitung 27, von wo aus ein Teil des nitrathaltigen Wassers entfernt und zu der Verbindungsleitung 25 durch die Leitung 33 zur Wasserrezyklierung rezykliert wird. Letztendlich wird aktivierter Schlamm, der von der Unterseite des Absetztanks 28 entfernt wird, zurück zu der Leitung 24 geführt.

In den Tanks 20, 23 und 26 werden Prozesse ausgeführt, die mit solchen identisch sind, die in Verbindung mit den Beschreibungen der Figuren 1 und 2 erläutert sind.

Überschuß-Biomasse kann von der Anlage durch die Leitung 35 bzw. durch die Leitung 36 aus dem Absetztank 25 bzw. dem Absetztank 28 entfernt werden.

Die in Fig. 5 gezeigte Wasserreinigungsanlage weist einen Tank 20 mit einer Speiseleitung 21 für unbehandeltes Abwasser sowie eine Verbindungsleitung 22 auf, die mit einem zusätzlichen Tank 23 verbunden ist.

Der Letztere ist mit einem Filter 3 durch eine Leitung 24 verbunden, in welcher ein Absetztank 25 angeordnet ist, wobei das Filter 3 eine Auslaßleitung 39 aufweist. Die Unterseite des Absetztanks 25 ist mit der Speiseleitung 21 durch eine Leitung 29 zur Schlammrezyklierung verbunden, in welcher eine Pumpe 30 angeordnet ist. Letztendlich weist die Anlage eine Leitung 33 zur Wasserrezyklierung auf, in welcher eine Pumpe 34 angeordnet ist und welche mit der Auslaßleitung 39 und der Verbindungsleitung 22 verbunden ist.

In der gezeigten Anlage wird das verunreinigte Wasser, das durch die Speiseleitung 21 zugeführt wird, mit rezykliertem Schlamm gemischt, der durch die Leitung 29 zur Schlammrezyklierung zugeführt wird, und die Mischung wird in den Tank 20 eingeführt, in welchem anaerobe Bedingungen aufrecht erhalten werden. Das anaerob behandelte Wasser und der Schlamm werden im Anschluß an die Zumischung von nitrathaltigem Wasser, das durch die Leitung 33 zur Wasserrezyklierung zugeführt wird, in den Tank 23 eingeleitet. In dem Tank 23 werden anoxische Bedingungen aufrecht erhalten. Nach Verlassen des Tanks 23 strömt das Wasser durch die Leitung 24 zu dem Absetztank 25, in welchem der Schlamm separiert wird, und weiterhin zu dem Filter 3, in welchem aerobe Bedingungen aufrecht erhalten werden. Von der Unterseite des Absetztanks 25 wird aktivierter Schlamm entfernt und ein Teil von diesem wird durch die Leitung 29 zur Schlammre zyklierung zu der Speiseleitung 21 zugeführt.

Das aerob behandelte Wasser strömt von dem Filter 3 durch die Auslaßleitung 39, von wo aus ein Teil des nitrathaltigen Wassers entfernt und zu der Verbindungsleitung 22 durch die Leitung 33 zur Wasserrezyklierung rezykliert wird.

In dem Filter 3 und in den Tanks 20 und 23 werden die gleichen Prozesse ausgeführt, wie in Verbindung mit Fig. 1 und 2 erläutert.


Anspruch[de]

1. Ein Verfahren zur biologischen Reinigung von verunreinigtem Wasser, z.B. Abwasser, wobei das verunreinigte Wasser aufeinanderfolgend einer anaeroben, einer anoxischen und einer aeroben Behandlung in Anwesenheit von Mikroorganismen unterworfen wird, um die Stickstoff- und Phosphor-Gehalte des Wassers herabzusetzen, dadurch gekennzeichnet, daß die anaerobe und die anoxische Behandlung einerseits und die aerobische Behandlung andererseits bei Anwesenheit von getrennten Kulturen von Mikroorganismen ausgeführt werden.

2. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung eines verunreinigten Wassers und einer suspendierten Kultur von Mikroorganismen aufeinanderfolgend einer anaeroben und einer anoxischen Behandlung in einer oder mehreren Behandlungszonen unterworfen wird, woraufhin folgend die Mikroorganismen von dem Wasser getrennt werden und sodann eine andere Kultur von Mikroorganismen dem Wasser hinzugefügt wird und daraufhin die somit gebildete Mischung der Behandlung in einer oder mehreren aeroben Behandlungszonen unterworfen wird, wobei die Kultur der Mikroorganismen von dem somit behandelten Wasser getrennt wird und ein Teil des getrennten Wassers zu einer anoxischen Behandlungszone rezykliert wird.

3. Ein Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der suspendierten Kultur von Mikroorganismen, die nach der Behandlung in der anoxischen Behandlungszone separiert werden, zu der anaeroben Behandlungszone rezykliert wird.

4. Ein Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Kultur von Mikroorganismen, welche von dem aerob behandelten Wasser getrennt wird, zu der aeroben Behandlungszone rezykliert wird.

5. Ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die anaeroben und anoxischen Behandlungen in zwei getrennten Behandlungszonen ausgeführt werden, in welchen die anaeroben und anoxischen Bedingungen alternierend aufrechterhalten werden und in welchen verunreinigtes Wasser stets zu der Zone zugeführt wird, in welcher die anaeroben Bedingungen aufrechterhalten werden.

6. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei immobilisierte Kulturen von Mikroorganismen verwendet werden, wobei diese Kulturen ebenfalls in anaeroben oder anoxischen und aeroben Zuständen gehalten werden, und daß ein Teil des Wassers, welches die Kultur von Mikroorganismen, die in aeroben Zuständen gehalten wird, verläßt, zu der Kultur von Mikroorganismen rezykliert wird, welche in anoxischen Zuständen gehalten wird.

7. Ein Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß drei immobilisierte Kulturen von Mikroorganismen verwendet werden und daß die zwei ersten Kulturen von Mikroorganismen der drei Kulturen in alternierenden anaeroben und anoxischen Zuständen gehalten werden und daß verunreinigtes Wasser alternierend zu der ersten und der zweiten der zwei ersten immobilisierten Kulturen von Mikroorganismen zugeführt wird, wobei jedoch verunreinigtes Wasser stets zu der Kultur von Mikroorganismen zugeführt wird, die in anaeroben Zuständen gehalten wird, während die Abgabe von der immobilisierten Kultur von Mikroorganismen, die in anaeroben Zuständen gehalten wird, zu der zweiten der zwei ersten immobilisierten Kulturen von Mikroorganismen zusammen mit nitrathaltigem Wasser zugeführt wird, das von der immobilisierten Kultur von Mikroorganismen rezykliert wird, welche in aeroben Zuständen gehalten wird.

8. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verunreinigte Wasser aufeinanderfolgend einer anaeroben und einer anoxischen Behandlung in zwei Zonen unter Verwendung einer suspendierten Kultur von Mikroorganismen unterworfen wird, daß die Kultur von Mikroorganismen von dem somit behandelten Wasser getrennt wird, daß die genannte Kultur von Mikroorganismen zu der anaeroben Behandlungszone rezykliert wird, und daß das Wasser, das von der Kultur von Mikroorganismen entlastet ist, einer aeroben Behandlung mit einer immobilisierten Kultur von Mikroorganismen unterworfen wird, woraufhin folgend ein Teil des aerob behandelten Wassers zu dem anoxischen Behandlungsschritt rezykliert wird.

9. Eine Anlage zum Ausführen des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist: eine Einrichtung zum aufeinanderfolgenden Unterwerfen von verunreinigtem Wasser einer anaeroben und einer anoxischen Behandlung unter Verwendung einer ersten Kultur von Mikroorganismen, eine Einrichtung zum Unterwerfen des anaerob und anoxisch behandelten Wassers einer aeroben Behandlung unter Verwendung einer zweiten Kultur von Mikroorganismen, die von der ersten Kultur von Mikroorganismen unterschiedlich ist, eine Einrichtung zum Rezyklieren des aerob behandelten Wassers zu der Einrichtung zum Behandeln des Wassers in anoxischen Zuständen und wahlweise eine Einrichtung zum Entfernen von Überschußschlamm von der Anlage.

10. Eine Anlage gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur anaeroben und anoxischen Behandlung des Wassers unter Verwendung der ersten Kultur von Mikroorganismen einen anaeroben und einen anoxischen Behälter, eine Einrichtung zum Separieren des Schlammes von dem anoxisch behandelten Wasser und eine Einrichtung zum Rezyklieren des somit separierten Schlammes zu dem anaeroben Behälter aufweist.

11. Eine Anlage gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur anaeroben und anoxischen Behandlung des Wassers unter Verwendung der ersten Kultur von Mikroorganismen wenigstens ein biologisches Filter mit einem Trägermaterial aufweist, welchem die Kultur von Mikroorganismen hinzugegeben ist.

12. Eine Anlage gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur aeroben Behandlung des anaerob und anoxisch behandelten Wassers unter Verwendung der zweiten Kultur von Mikroorganismen einen aeroben Behälter, eine Einrichtung zum Separieren des Schlammes von dem aerob behandelten Wasser und eine Einrichtung zum Rezyklieren des somit separierten Schlammes zu dem aeroben Behälter aufweist.

13. Eine Anlage gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur aeroben Behandlung des anaerob und anoxisch behandelten Wassers unter Verwendung der zweiten Kultur von Mikroorganismen ein biologisches Filter mit einem Trägermaterial aufweist, welchem die Kultur von Mikroorganismen hinzugegeben ist.

14. Eine Anlage gemäß Anspruch 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner eine weitere Einrichtung zum periodischen Rückwaschen der Filter zum Entfernen von Mikroorganismen im Überschuß enthaltendem Material von den Filtern aufweist.

15. Eine Anlage gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie drei in Serie miteinander verbundene, biologische Filter aufweist, in welchen jeweilige anaerobe, anoxische und aerobe Zustände aufrecht erhalten werden können, und wobei die Anlage weiterhin eine Einrichtung zum alternierenden Zuführen von verunreinigtem Wasser zu den zwei ersten Filtern und zum alternierenden Ändern der Behandlungsbedingungen in den genannten Filtern von der anaeroben zu der anoxischen Behandlung und umgekehrt aufweist.







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