PROCESS AND APPARATUS FOR THE BIOLOGICAL PURIFICATION OF WASTE WATER

Abstract: 1. A process for biologically purifying sewage in an activating system comprising two stages having separate sludge cycles, wherein, in the first stage, essentially the main amount of the organic impurities is decomposed and, in the second stage, the decomposition of the remainder is caried out and, if necessary, inorganic nitrogen compounds are oxidized, and wherein, in the first stage, precipitating agents are added to precipitate phosphorous-containing compounds ; characterized in that bivalent ferrous salts and/or calcium hydroxyde are used as precipitating agents ; and that the addition of the precipitating agents is at least partially carried out in the activating tank of the first stage, preferably at the end of the activating tank end, in the case of multicascade activating tanks, in the last cascade stage thereof, and/or at least partially between the activating tank of the first stage and the intermediate settling tank.

Description: Verfahren und Vorrichtung zur biologischen Reinigung von Abwasser Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser in einer Belebungsanlage mit zwei, getrennte Schlammkreisläufe aufweisenden Stufen, bei dem in der ersten Stufe im wesentlichen die Hauptmenge der organischen Verunreinigungen abgebaut und in der zweiten Stufe der Restabbau durchgeführt wird sowie gegebenenfalls anorganische Stickstoffverbindungen oxidiert werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Bei einem solchen Verfahren wird Abwasser zunächst in der ersten Stufe mit belebtem Schlamm unter gleichzeitiger Zuführung von Sauerstoff vermischt. Durch die Tätigkeit der in dem belebten Schlamm enthaltenen aeroben Mkroorganismen werden die organischen Schmutzstoffe des Abwassers zum Teil in Bakteriensubstanz umgewandelt und zum Teil mittels Sauerstoff zu C02 und Wasser umgesetzt, so dass in der ersten Stufe weitgehend die Kohlenstoffverbindungen abgebaut werden. In der zweiten Stufe erfolgt dann nach dem Uberleiten des Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches aus der ersten Stufe der Restabbau sowie gegebenenfalls bei genUgender Sauerstoffzufuhr, ausreichender Wassertemperatur und niedriger Schlamm belastung eine Nitrifikation des Abwassers, bei den durch die im Schlamm vorhandenen autotrophen Bakterien Ammonium Stickstoff zu Nitrit und Nitrat oxidiert wird. Zur Sauerstoffversorgung der Bakterien ist es bekannt, die Belebungsbecken beider Stufen mit Luft oder einem mehr Volumenpro- zent Sauerstoff als Luft enthaltenden Gas zu begasen. Zur zusätzlichen Phosphatausfällung bei einem solchen zweistufigen Abwasserreinigungsverfahren ist es bekannt, Fällungsmittel einzusetzen. Dabei werden dreiwertige Eisensalze und Aluminiumsulfat in den Ablauf des Belebungsbeckens der zweiten Stufe zugegeben (siehe Journal WPCF, Vol. 47, No. 1, January 1975, Seiten 170 - 184, Removal of soluble phosphorous in an activated sludge plant). Durch die damit verbundene Schlammproduktion wird jedoch das Schlammalter im Belebungsbecken der zweiten Stufe verkürzt, so dass der Ablauf der Nitrifikation in dieser Stufe behindert wird. Ausserdem besteht die Gefahr, dass durch die unvermeidbare Vergrösserung der Menge an chemischen Feststoffen das'Aus- flocken und Klären verschlechtert wird und dadurch das abfliessende Wasser Schwebstoffe enthält. Neben der Verwendung der vorstehend genannten Fällungsmittel ist darüber hinaus auch der Einsatz von zweiwertigen Eisensalzen und von Calciumhydroxid bekannt. Allerdings werden diese Fällungsmittel bisher nur in einstufigen biologischen Abwasserreinigungsanlagen eingesetzt (Wasser, Luft und Betrieb 18 (1974) Nr. 5/6, Seiten 289 - 292,Kläranlage Eutin). Dabei zeigte sich, dass im allgemeinen die Absetzgeschwindigkeit dr entstehenden Niederschläge sehr gering ist und die besten Werte hinsichtlich einer Phosphatelimination bei langen Aufenthaltszeiten des zweiwertigen Eisensalzes in der Kläranlage erzielt werden, so dass dessen Zudosierung unmittelbar in den Zulauf der Kläranlage empfohlen wird, um eine gute Oxidation des zwei- zum dreiwertigen Eisen sicher ver wirklichen zu können. Aufgabe der Erfindung ist es, ein zweistufiges Abwasserreinigungsverfahren der eingangs genannten Art sowie eine Vor richtung zur Durchführung des Verfahrens so auszugestalten, dass auf einfache und wirtschaftliche Weise eine weitgehende Entfernung von Phosphaten erreicht, zugleich die Reinigungsleistung in Bezug auf organische Verunreinigung gewahrt und gegebenenfalls ein hoher Nitrifikationsgrad ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der ersten Stufe zum Ausfällen von Phosphor enthaltenden Verunreinigungen als Fällungsmittel zweiwertige Eisensalze-und/ oder Calciumhydroxid zugeleitet werden. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zweiwerti- ges Eisensalz und/oder Calciumhydroxid auch bei zweistufigen bio)ogischen Abwasserreinigungsanlagen vorteilhaft eingesetzt werden kann. Dabei wird durch die Einleitung- dieser Fällungsmittel in die erste Stufe zunächst erreicht, dass die zusätzlich zu den biologischen Feststoffen entstehenden chemischen Feststoffe bereits im Klärbecken der ersten Stufe weitgehend von dem aus der ersten in die zweite Stufe überlaufenden Wasser abgetrennt werden. Die in der zweiten Stufe gegebenenfalls stattfindende Nitrifikation wird dadurch nicht mehr durch ein geringes Schlammalter, wie es sich beim Einleiten der Fällungsmittel in die zweite Stufe aufgrund der dann erhöhten Schlammproduktion in dieser Stufe ergeben wür- de, behindert. Gleichzeitig wird durch das im erhöhten Mass auftretende Abtreiben von Schwebstoffen aus dem Klärbecken der ersten Stufe aufgrund der vermehrten Schlammproduktion der Schlammindex in der zweiten Stufe verbessert und damit die Wirkung der Nachklärung der zweiten Stufe erhöht. Ein klarer und weitgehend von Phosphaten und Stickstoffverbindungen gereinigter Ablauf aus der Belebungsanlage ist damit sicher zu erreichen. Dabei wird die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens dadurch erhöht, dass zweiwertige Eisensalze und Calciumhydroxid nur ei nen Bruchteil von dreiwertigen Eisensalzen oder Aluminiumsalzen kosten. Bei zweiwertigen Eisensalzen ist der Kostenvorteil dadurch bedingt, dass in der chemischen Industrie und der Metallverarbeitung grosse Mengen an Eisen(II)-haltigen Abfallsäuren anfallen. Bei einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird die Zugabe der Fällungsmittel zumindest teilweise im Belebungsbekken der ersten Stufe vorzugsweise am Ende des Belebungsbekkens und bei mehrkaskadigen Belebungsbecken in der letzten Kaskadenstufe durchgeführt. Damit wird vermieden, dass die Flockenstruktur des sich bildenden Eisenphosphats nicht durch eine lange Verweilzeit in den in der Mischungszone von zulaufendem Abwasser, Rücklaufschlamm und Sauerstoff auftretenden hohen Turbulenzen geschädigt wird, was zu einer Dispersion der ausgeflockten Teilchen führen und damit eine schlechte Klärung bewirken würde. Die im letzten Teil des Belebungsbeckens oder in der letzten Kaskadenstufe noch vorhandene Turbulenz ist soweit ausreichend, dass eine innige Durchmischung der Fällungsmittel und des Abwassers-Beiebt- schlamm-Gemisches gewährleistet ist. Ausserdem berücksichtigt diese Zugabestelle der Fällungsmittel, dass am Anfang der biologischen Umsetzung ein gewisser Bedarf der Mikroorganismen für Phosphor vorhanden ist. Falls insbesondere bei relativ kleinen Belebungsbecken die Turbulenz im letzten Beckenabschnitt für die Ausbildung einer guten Flockenstruktur doch noch zu hoch ist, kann es nach einem weiteren Erfindungsgedanken vorteilhaft sein, die Zugabe der Fällungsmittel zumindest teilweise zwischen dem Belebungsbecken der ersten Stufe und dem Zwischenklärbecken durchzuführen. Dabei kann es für eine gute Vermischung der Fällungsmittel mit dem Abwasser-Belebtschiamm-Gemisch erforderlich sein,die Fällungsmittel in das zum Klärbecken ablaufende Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch unter Turbulenzerzeugung einzuleiten, die für eine gute Absetzung im Klärbecken so abgestimmt werden sollte, dass beim Eintritt des Gemisches in das Klärbecken nur noch eine geringe Turbulenz vorhanden ist. Ist vorgesehen als Fällungsmittel zweiwertiges Eisensalz und Calciumhydroxid zuzugeben, so hat sich als zweckmässig erwiesen, die Zugabe des Calciumhydroxid an einer Stelle in Fliessrichtung vor der Zugabestelle des zweiwertigen Eisensalzes durchzuführen. Beispielsweise kann dann das Calciumhydroxid am Ende des Belebungsbeckens und das zweiwertige Eisensalz in den Ablauf des Belebungsbeckens zum Zwischenklärbecken zugegeben werden. F,5nr Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren umfasst eine Belebungsanlage mit zwei Stufen, bei der den einzelnen Stufen jeweils ein Klärbecken mit Schlammrückführung in die betreffende Stufe nachgeschaltet ist und bei der erfindungsgemäss die erste Stufe eine Zuleitung für zweiwertiges Eisensalz und/oder eine Zuleitung für Calciumhydroxid aufweist. Diese Zuleitungen für die Fällungsmittel können vorteilhafterweise am Ende des Belebungsbeckens der ersten Stufe und/ oder am Ablauf des Belebungsbeckens der ersten Stufe vor dem nachgeschalteten Klärbecken angeschlossen sein. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeigneten zweistufigen Abwasserreinigungsanlage schematisch dargestellt, das nachstehend näher erläutert wird. In der Figur ist die erste Stufe der Abwasserreinigungsanlage mit 1 und die zweite Stufe mit 10 bezeichnet. Die erste Stufe umfasst ein Belebungsbecken 2 mit einer Abwasserzuleitung 3, einer Gaszuleitung 4 für die Zuleitung von Sauerstoff enthaltendem Gas und eine Abgasleitung 5 sowie ein dem Bele bungsbecken 2 nachgeschaltetes Zwischenklärbecken 6 mit einer Schlarnrnrückleitung 7 zur Zuführung von Schlamm in das Belebungsbecken 2 und einer Schlammableitung 8 zur Ableitung von Uberschussschlamm. Die zweite Stufe 10 ist im wesentlichen genau so aufgebaut, wie die erste Stufe 1 und umfasst ein Belebungsbecken 12 mit einem an das Zwischenklärbecken 6 der ersten Stufe 1 angeschlossenen Zulauf 13 und ein dem Belebungsbecken 12 nachgeschaltetes Nachklärbecken 16 mit einer Abzugsleitung 19 für gereinigtes Abwasser, einer Schlammrückleitung 17 und einer Schlammableitung 18. Zur Sauerstoffversorgung des Belebungsbeckens 12 ist an dieses ebenso eine Gaszuleitung 14 angeschlossen. Abgas wird über eine Abgasleitung 15 abgezogen. Der Gaseintrag in das in den beiden Belebungsbecken 2, 12 vorhandene Flüssigkeitsgemisch kann dabei beispielsweise so erfolgen, dass aus der sich unter den Abdeckungen der Belebungsbecken 2, 12 ausbildenden Gasatmosphäre, die sich aus dem über die Gaszuleitungen 4, 14 zugeführten sauerstoffreichen Gas und dem aus dem Flüssigkeitsgemisch aufsteigenden Gas zusammensetzt, über eine nicht dargestellte Leitung Gas abgezogen und zu einem nahe dem Beckenboden angeordneten Gasverteiler geleitet wird. Uber den Gasverteilern sind dann Mischvorrichtungen anzuordnen, die für eine gute Durchmischung von Abwasser, Belebtschlamm und Sauerstoff sorgen. Anstelle von geschlossenen Belebungsbecken 2, 12 können aber auch gegenüber der Atmosphäre offen ausgebildete Belebungsbecken verwendet werden, bei denen dann die Gaszufuhrleitungen 4, 14 und Gasableitungen 5, 15 entfallen und zur Sauerstoffversorgung beispielsweise Oberflächenbelüftungskreisel zum Eintrag von Luftsauerstoff in die in dem Belebungsbecken vorhandene Flüssigkeit eingesetzt werden. Auch die Kombination einer Stufe mit einem offenen Belebungsbecken mit einer Stufe mit einem geschlossenen Belebungsbecken ist möglich. Darüber hinaus kann eine Stufe oder beide Stufen zwei hinter einander geschaltete Belebungsbecken aufweisen. Erfindungsgemäss ist in jedem Fall an die erste Stufe 1, wie gezeigt, entweder am Ende des Belebungsbeckens 2 eine Zuleitung 20 mit einer Einrichtung zur Regelung des Mengendurchflusses oder an die Verbindungsleitung 9 zwischen Belebungsbecken 2 und Nachklärbecken 6 eine Zuleitung 21 mit einer Einrichtung zur Regelung des Mengendurchflusses angeschlossen, über die als Fällungsmittel zweiwertiges Eisensalz oder Calciumhydroxid der ersten Stufe 1 zugeleitet werden können. Wie durch gestrichelte Linien im Belebungsbecken 2 angede:u- tet ist, kann dieses in mehrere Beckenabschnitte unterteilt sein, wobei dann die Zuleitung 20 dem in Fliessrichtung letzten Beckenabschnitt zugeordnet ist. Wird Calciumhydroxid und zweiwertiges Eisensulfat als Fällungsmittel verwendet, sollte das Calciumhydroxid über die Zuleitung 20 dem Ende des Belebungsbeckens und das zweiwertige Eisensulfat über die Zuleitung 21 in den Ablauf 9 des Belebungsbeckens 2 eing#eleitet werden. Bei dieser Anordnung der Zuleitungen für die Fällungsmittel werden die zusätzlich zu den biologischen Feststoffen entstehenden chemischen Feststoffe bereits im Klärbecken 6 der ersten Stufe 1 weitgehend von dem aus der ersten Stufe 1 in die zweite Stufe 10 überlaufenden Wasser abgetrennt. Eine Feinabtrennung phosphathaltiger Schwebstoffe erfolgt in der nachfolgenden zweiten Stufe, so dass ein sehr hoher P-Eliminationsgrad erreicht wird. Zahlenbeispiel Über die Abwasserzuleitung 3 werden der Anlage 100 m3/h Abwasser mit einem P-Gehalt von 10 g/m3 zugeführt. Im Belebungsbecken 2 wird dieses Abwasser mit Belebtschlamm und Sauerstoff kontaktiert bei einer Verweilzeit bezogen auf den Abwasserzufluss von einer Stunde. Über die Leitung 20 wird eine wässrige Lösung von FeSO4 . 7H2O zugeführt in einer Menge von 10 kg/h bezogen auf Fe SO4 ¯ 7H Der Gehalt an Gesamt-Phosphor beträgt im Ablauf 13 des Zwischenklärbeckens 6 noch etwa 2 g/m3 und im Ablauf 19 des Nachklärbeckens 16 noch etwa 1 g/m3. Bei der kombinierten Kalk - Eisenfällung wird unter sonst gleichen Bedingungen am Ende des Belebungsbeckens 2 über Zuleitung 20 eine Kalkmilchaufschlämmung in einer Menge von 10 kg/h bezogen auf Ca(OH)2 zugegeben und über die mit dem Ablauf 9 des Belebungsbeckens 2 in Verbindung stehende Zuleitung 21 eine Lösung von Fe SO4 ¯ 7H2O in einer Menge von 4 kg/h bezogen auf Fe SO4 ¯ 7H 20. Auf diese Weise werden gegenüber dem vorhergehenden Beispiel gleiche oder bessere Ablaufwerte erhalten, wobei jedoch an den teureren Eisensulfaten gespart werden kann.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser in einer Belebungsanlage mit zwei, getrennte Schlammkreis laufe aufweisenden Stufen, bei dem in der ersten Stufe im wesentlichen die Hauptmenge der organischen Verun reinigungen abgebaut und in der zweiten Stufe der Rest abbau durchgeführt wird sowie gegebenenfalls anorgani sche Stickstoffverbindungen oxidiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Stufe zum Ausfällen von Phosphor enthaltenden Verbindungen als Fällungsmittel zweiwertige Eisensalze und/oder Calciumhydroxid zugege ben werden. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe der Fällungsmittel zumindest teilweise im Belebungsbecken der ersten Stufe vorzugsweise am-Ende des Belebungsbeckens und bei mehrkaskadigen Belebungs becken in der letzten Kaskadenstufe durchgeführt wird. ). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass die Zugabe der Fällungsmittel zumindest teil weise zwischen dem Belebungsbecken der ersten Stufe und dem Zwischenklärbecken durchgeführt wird. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass bei Zugabe von zweiwertigen Eisensal zen und Calciumhydroxid die Zugabe des Calciumhydroxids an einer Stelle in Fliessrichtung vor der Zugabestelle des zweiwertigen Eisensalzes durchgeführt wird. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer Belebungsanlage mit zwei Stufen, bei der den einzelnen Stufen Jeweils ein Klärbecken mit Schlammrückführung in die betreffende Stufe nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stufe eine Zuleitung (20,21) fisr zw#lwerti- ges Eisensalz und/oder eine Zuleitung (20,21) für Cal ciumhydroxid aufweist. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitungen (20,2\) für die Fällungsmittel am Ende des Belebungsbeckens (2) der ersten Stufe (1) und/ oder am Ablauf (9) des Belebungsbeckens (2) der ersten Stufe (1) vor dem nachgeschalteten Klärbecken (6) ange schlossen sind.

Inventors: REIMANN, HANS, DR.
Applicants: LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1981
Main classification: C02F3
IPC codes: C02F1, C02F3