DE2314663A1

DE2314663A1 - Verfahren zur behandlung von abwasser

Info

Publication number: DE2314663A1
Application number: DE19732314663
Authority: DE
Inventors: Wayne Benjamin Gitchel; Paul Vincent Knopp
Original assignee: Sterling Drug Inc
Current assignee: STWB Inc
Priority date: 1972-03-24
Filing date: 1973-03-23
Publication date: 1973-10-04
Also published as: JPS4913966A; NL181724B; NL181724C; AU5359773A; NL7304153A; US3957632A; CA981815A; FR2177843B1; SE409986B; CH568245A5; FR2177843A1; GB1402369A; ZA731794B

Description

Verfahren zur Behandlung γοη Abwasser

Die Erfindung betrifft die Behandlung von Abwasser bzw. Kloakenwasser und anderen Abfallwässem zur Entfernung "von organischen und anorganischen Verunreinigungen, besonders von organischen kohlenstoffhaltigen Materialien und organischem und anorganischem stickstoffhaltigem Material. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur gleichzeitigen biologischen und physikalischen Entfernung von organischem kohlenstoffhaltigem Material und zur biologischen Oxidation von stickstoffhaltigem Material, gefolgt von einer Reduktion des oxidierten stickstoffhaltigen Materials zu elementarem Stickstoff und anschliessende Entfernung des Stickstoffs als elementarer Stickstoff durch biologische Denitrifikation.

Haushaltsabwässer enthält organisches und anorganisches stickstoffhaltiges Material sowie kohlenstoffhaltiges Material. Beispielsweise v/ei fit ein typisches Rohabfallwasser ungefähr mg/1 biologischen Sauerstoffbedarf in 5 Tagen (BOD₁- bzw.

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BSB₁-) auf mau 40 isg/1 Kjeldahl Gesamt stickstoff (TEF), .von. dem ungefähr JO mg/1 in der ammoniakalisehen Form (WH, oder IH,+) vorliegen. iJhlicherweise werden durch eine primäre Sedimentation der BODc- und der TEIf auf etwa 175 mg/l bzw. 32 mg/1 vermindert. Eine nachfolgende aerobe foioio— . gische Behandlung, beispielsweise durch aktivierten Schlamm unter geeigneten Verfahrensbedingungen, oxidiert den ammoniakalischen Stickstoff zu Nitrit- und Mitratstiekstoff und es tritt eine wesentliche Verminderung des BODj- auf» Eine anschliessende Behandlung in einer Stufe, die heterotröphe Bakterien enthält, bei der kein Sauerstoff zugefügt wird (anaerobe Bedingungen) und bei der genügend organischer Kohlenstoff vorhanden ist, führt zur Reduktion des Nitratstick— stoffs zu elementarem Stickstoff, der gasförmig abgegeben wird.

Organismen, die für die Oxidation von kohlenstoff hai tigern organischem Material verantwortlich sind, sind überall zu finden und werden hauptsächlich als heterotröphe Organismen angesehen, wie Zooglea, Pseudomonas und Chromobakterium, die organischen Kohlenstoff als ÜTahrung und Energiequelle brauchen. Organismen, die für die Fitrifikation verantwortlich sind, werden als chemotroph klassifiziert aufgrund ihrer Fähigkeit, anorganischen Kohlenstoff (CO₂) als ihre Kohlenstoff quelle zu binden. Mitrosomonas und Nitrobakterium sind repräsentativ für die für die IJitrifikation verantwortliche Gruppe. Die Denitrifikation wird durch fakultative Organismen erzielt, die zur Verwendung des Sauerstoffs in dem Nitrat geeignet sind. Schematisch werden die verschiedenen Umwandlungen wie folgt dargestellt:

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heterotrophe

Organismen _pn . _{H 0} . _7pl1pn organischer G + O₂ > ^C02 ^{+ H}2° ^{+ Zellen}

Nitrosomonas 2NHJ + 3O₂ ■ > 2N0~ +

_ Nitrobakterium

21TO₉ + O

fakultative

_
2NO, + organischer C

heterotrophe Organismen

In üblichen biologischen Systemen zur Nitrifikation und Denitrifikation ist die Wachstumsgeschwindigkeit der Organismen, die für die Nitrifikation verantwortlich sind, wesentlich geringer als die der heterotrophen Organismen. So sind lange Verweilzeiten der Zellen erforderlich, um eine lebensfähige Masse zur Nitrifikation aufrechtzuerhalten und das Auswaschen der Nitrifikatoren entweder in dem Abstrom oder in dem Abfallschlamm zu vermeiden. Es ist schwierig in üblichem aktiviertem Schlamm hohe Konzentrationen an biologischen Peststoffen aufrechtzuerhalten. Daher sind lange hydraulische Verweilzeiten erforderlich. Die volumetrische Verweilzeit, die erforderlich ist, kann im wesentlichen vermindert werden, wenn die Masse der nitrifizierenden Organismen in dem System erhöht v/erden kann. Dies ist nach üblichen Arbeitsmethoden schwierig durchzuführen. Die das vorstehende Phänomen beherrschenden Prinzipien sind in der Schrift von Downing et al., J. Inst. Sew. Purif., 1961, Seite 130, beschrieben.

Die Denitrifikation hängt nicht nur von der Masse der denitrifizierenden Organismen ab, die in dem System vorhanden sind, sondern auch von der Verfügbarkeit von organischem Kohlenstoff sur Lieferung von Energie und zur Wirkung als Blektronendonator und Sauerstoffakzeptor bei dem Denitrifi-

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kationsschritt. In der Praxis wird die Geschwindigkeit der Denitrifikation durch Schaffung einer organischen Kohlenstoff quelle , wie Methanol, beschleunigt, um die Denitrifikationsgeschwindigkeit auf einem hohen Niveau zu halten.

Gemäss der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Reinigung von Abwässern durch gleichzeitige Entfernung von organischem kohlenstoffhaltigem Material und biologische Oxidation der reduzierten stickstoffhaltigen Formen in Abwässern, gefolgt von einer anschliessenden Reduktion des oxidierten Stickstoffs zu elementarem Stickstoff, geschaffen, welches darin besteht?

(a) eine wässrige Suspension eines Adsorbens, das dazu befähigt ist, organisches "kohlenstoffhaltiges Material zu adsorbieren, einzubringen, während gleichzeitig ein nicht-kondensierbares Sauerstoff enthaltendes Gas in ein Gefass zugesetzt wird, das Abwasser und eine sich entwickelnde aktive Biomasse mit einem Schlammaiter von mindestens etwa 3 Tagen enthält;

(b) aerobe Bedingungen während eines Zeitraums aufrechtzuerhalten, der dazu, ausreicht, den ammoniakalischen Stickstoff zu Nitrit- oder Nitratstickstoff im wesentlichen zu oxidieren;

(c) das Adsorbens, assoziiertes adsorbiertes organisches Material und biologische Peststoffe absitzen zu lassen lind abzuscheiden und die abgeschiedenen Peststoffe in das Gefäss zurückzuführen;.

(d) die flüssige Phase zu einer anaeroben Zone zu leiten,

zu der weiteres Adsorbens und eine Quelle für organischen Kohlenstoff zugesetzt v/erden, wobei die oxidierten Stickstofförmen zu elementarem Stickstoff reduziert werden; und

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(e) die Mischung zu einer Ruiiezone zu leiten, wo das Adsorbens und das assoziierte organische Material im wesentlichen aus dem Abwasser entfernt werden.

Es wurde gefunden, dass ein Abwasserstrom, der bis zu etwa "100 mg/l ammoniakalischen Stickstoff enthält und organischen Kohlenstoff bis zu etwa 2000 mg/l, gemessen nach dem chemischen Sauerstoffbedarf (COD), enthält, in einem integrierten physikalisch/biologischen Abfallbehandlungssystem behandelt werden kann, um Wasser zu liefern, das im wesentlichen frei von organischem Material ist und Stickstoffkonzentrationen besitzt welches Standardwerten zur Entlassung in natürliche Wässer entspricht«

Die normale Praxis zur Oxidation von Stickstoff und zur Entfernung von BODj- erfordert zumindest eine 8-stündige Belüftung zur Erzielung einer nennenswerten BODt-Entfernung und Stickstoffoxidation. Diese Einschränkung beruht hauptsächlich auf der Unfähigkeit, eine grosse Masse von aktiven nitrifizierenden Organismen in dem System aufrechtzuerhalten. Es wurde gefunden, dass die Zugabe von grossen Mengen von biologisch inertem Adsorbens in wässriger Suspension zu dem System und durch Erhaltung der Konzentration dieser suspendierten Materialien auf einem hohen Spiegel die Akkumulation von sehr grossen Massen von aktiven nitrifizierenden Organismen in dem Abwasser-Feststoffgemisch ermöglicht und dadurch die Gesamtgeschwindigkeit der Nitrifikation verbessert.

Organische Bestandteile, die nicht biologisch entfernt werden, v/erden hauptsächlich'durch die Wirkung einer Adsorbenssubstanz entfernt. Letztere kann jeder biologisch inerte, im wesentlichen in Wasser unlösliche Feststoff mit einer grossen Oberfläche sein. Solche Peststoffe umfassen Aktivkohle, verschiedene Tonerdeformen, Flugasche und dergleichen. Ein bevorzugtes Adsorbens ist pulverisierte Aktivkohle bzw. pulverisierter aktivierter Kohlenstoff.

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Es wurde weiter gefunden, dass durch das Einbringen eines Adsorbens,vorzugsweise von pulverisierter Aktivkohle, in einer Segens trombe Ziehung zu dem Fluss in einem Zweistufensystem die Reduktion oder Denitrifikation von oxidiertem Stickstoff in der zweiten Stufe zu elementarem gasförmigem Stickstoff ermöglicht, während gleichzeitig eine grössere Entfernung von organischem kohlenstoffhaltigem Material erzielt wird. Bei der üblichen Denitrifikation ist der Zusatz von organischem Kohlenstoff, wie Methanol, erforderlich, um die Denitrifikat ions geschwindigkeit zu erhöhen. Bei Auf— rechterhaltung eines hohen feststoffgehalts in dem Denitrif^kationssystem .ist es möglich_s die Menge an zusätzlich erforderlichem organischem Kohlenstoff zu vermindern.

Der Nitrifikationstell oder die erste Stufe des erfindungsgemässen Verfahrens wird .durch Einbringen einer wässrigen Suspension eines Adsorbens durchgeführt, das dazu geeignet ist, organisches kohlenstoffhaltiges Material zu adsorbieren, wobei gleichzeitig ein nicht-kondensierbares Sauerstoff enthaltendes Gas In das Gefass gefügt wird, das das Abwasser und eine sich entwickelnde aktive Biomasse enthält, die ein Schlammalter von mindestens etwa 3 Tagen besitzt, wobei aerobe Bedingungen während eines Zeitraums aufrechterhalten werden, der dazu ausreicht, im wesentlichen den ammoniakalischen Stickstoff zu Nitrit- öder Nitratstickstoff zu oxidieren. Die Mischung wird in eine Absitzzone geleitet, wo das Adsorbens assoziiertes adsorbiertes organisches Material und biologische Peststoffe abgetrennt und zum Einlassende des Systems zurückgeführt werden. Von Zeit zu Zeit v/erden, wenn die Konzentration der Peststoffe anwächst, Peststoffe zur v/eiteren Verfügung oder Regenerierung in einer solchen.Geschwindigkeit entfernt, dass ein annäherndes LTaterialgleichgev/icht erhalten bleibt.

Das Sauerstoff enthaltende Gas kann reiner Sauerstoff, sein oder ein Sauerstoffgemisch mit inerten Gasen, z.B. gewöhnli-

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ehe luft, die in einer Menge zugesetzt wird, die von der Konzentration von BOD abhängt. Normalerweise wird Luft oder Sauerstoff in einer solchen Menge zugesetzt, dass eine Übermittlung von mindestens 0,0454 kg (0,1 pound) Sauerstoff pro 3785 1 (1000 gallons) verarbeitetes Abfallwasser erfolgt.

Das Schlammalter ist die durchschnittliche Verweilzeit der Biomasse in dem System. Es wird bequem aus dem Verhältnis der gesamten biologischen Peststoffe, die pro Tag kontaktiert werden, zu den biologischen Peststoffen, die pro Tag in dem überflies s end en Abstrom entfernt v/erden, oder aufgeschlämmt bleiben, errechnet, wie es in den nachfolgenden Beispielen gezeigt wird.

Zur Bewahrung einer Population von nitrifizierenden Bakterien, die zur Ertzielung einer angemessenen Hitrifizierung ausreicht, ist ein Schlammalter von mindestens etwa 3 Tagen erforderlich.

Wie vorstehend aufgezeigt, erfordert eine übliche Nitrifikation eine Kontaktzeit von mindestens 8 Stunden. Es wurde gefunden, dass das erfindungsgemässe Verfahren eine Verminderungder Kontaktzeit auf so geringe Zeiten wie 1 Stunde ermöglicht. Ein bevorzugter Zeitraum liegt bei 3 bis 6 Stunden.

Bei der liitrifikationsstufe liegt das Adsorbens, falls es sich um pulverisierte Aktivkohle handelt, in einem Ausmaß von 40 bis 90 Gew.^ der gesamten suspendierten Peststoffe vor. Die gesamten suspendierten Peststoffe umfassen die Aktivkohle, adsorbierte Peststoffe und biologische Peststoffe.

Der Denitrifikationsteil oder die zweite Stufe des erfindun.jsgeir.assen Verfahrens wird durch Leiten des überstehenden oder in flüssiger Phase befindlichen Produkts aus der ersten Stufe zu einer anaeroben Zone durchgeführt, zu der weiteres

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Adsorbens und eine Quelle für organischen Kohlenstoff zugesetzt v/erden. Die !Titrationen werden darauf zu elementarem Stickstoff reduziert, der als Gas entweicht. Die Kontaktzeit in der Denitrifikat·⁷ ons stufe kann so kurz sein wie 1 Stunde, wobei ein bevorzugter Bereich bei 3 bis 6 Stunden liegt. Schliesslich wird die Mischung zu einer Euhezone ^ geleitet, wo sich das"Adsorbens und assoziiertes organisches Material absetzen können und gegebenenfalls, an die Einlassenden der ersten oder zweiten Stufen zurückgeführt werden.

Bei der Denitrifikationsstufe ist das Adsorbens, wenn es sich um pulverisierte Aktivkohle handelt, in einem Ausmaß von 40 bis 90 Gew.$ der gesamten suspendierten Feststoffe vorhanden.

Die Natur der Quelle für organischen Kohlenstoff in der Denitrifikationsstufe ist unbedeutend, obwohl es aus wirtschaftlichen Erwägungen leicht erhältlich und billig sein sollte. Eine übliche Quelle für organischen Kohlenstoff ist Methanol. Zusätzliche in wirtschaftlicher Weise verwendbare Quellen für organischen Kohlenstoff leiten sich aus dem löslichen BOD ab, der noch in dem Abfallwasser vorhanden ist oder zugesetzt wird. So ist restlicher BOD in der verbrauchten Kohlenstoffaufschlämmung vorhanden, die der ersten Stufe entströmt oder kann inlbrmder über stehenden flüssigkeit, der bei der Entwässerung von thermisch konditioniertem Schlamm gewonnen wird, der aus der primären Sedimentation von Abwasser erhalten wird, zugesetzt werden. Diese zusätzlichen BOD—Quellen vermindern die Menge an erforderlichem Methanol. Die Menge an zugesetztem Methanol wird vorzugsweise im Bereich von etwa 2 bis 10 mg/mg ITitratstickstoff, der reduziert werden soll, gehalten, so dass das Methanol im wesentlichen vollständig verbraucht wird und keine nennenswerte Menge davon in das endgültige Wasserprodukt gelangt.

Das Adsorbens und assoziierte adsorbierte organische Material, die in der anschliessend an die Denitrifikation folgenden

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Absitzzone abgeschieden wurden, werden vorzugsweise zu der zweiten (Denitrifikation) oder ersten (Nitrifikation) Stufe oder zu beiden zurückgeführt. Falls zur ersten Stufe zurückgeführt wird, so ist es bevorzugt, das Material in die aerobe Zone mit einer Geschwindigkeit zu Überführen, die etwa gleich der Geschwindigkeit der Anhäufung von Feststoffen in der anaeroben Zone ist.

TJm ein geeignetes Gleichgewicht der Materialien über das ganze System aufrechtzuerhalten, ist die Menge der gesamten Feststoffe, die aus der ersten Stufe zur Beseitigung oder Regenerierung entfernt wird, etwa gleich der Menge von Feststoffen, die aus der zweiten Stufe zugesetzt werden, plus dem Gewicht, das den löslichen adsorbierten Feststoffen und der in der ersten Stufe .erzeugten Biomasse äquivalent ist. Die Menge an Gesamtfeststoffen, die aus der zweiten Stufe entfernt und in die erste Stufe überführt wird, ist etwa äquivalent der Menge an Feststoffen, die als ursprüngliches oder regeneriertes Adsorbens der zweiten Stufe zugesetzt wird, plus der Menge an löslichem organischem adsorbiertem Material und an Biomasse, die in der zweiten Stufe produziert wird. "'

Die Menge an Feststoffen, die in der ersten Stufe aufrechterhalten wird, variiert je nach der Menge an biologischem Sauerstoff erforderndem Material in dem Abwasser und spezieller nach dem gewünschten Schlammalter zur Nitrifikation. Die Menge an Feststoffen, die in der Kontaktvorrichtung der zweiten Stufe aufrechterhalten wird, hängt von der Konzentration des Nitrats in dem Zwischenstufen-Abwasser ab.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen wird chemisch behandeltes oder primär ausströmendes Abfallv/asser 1 mit einem biologisch inerten suspendierten Adsorbensmaterial 3 in einer Kontaktkammer 2 für die erste Siufe vermischt, welches mit Luft oder anderem Sauerstoff enthaltenden Gas 4- vermischt wird. Nach einer Kontaktzeit von mindestens 1 Stunde wird die Mischung gegebenenfalls in eine

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Ausflockungszone 5 geleitet, wo ein Polyelektrolyt 6 zugesetzt werden kann. Die Mischung fliesst dann zu einem Absetz-Behälter üblicher Bauart 7. Das abgesetzte Material 8 wird zu dem Einlassende dieser Stufe zurückgeführt 9» um nochmals mit dein ankommenden Abwasser 1 vermischt zu werden. Nach dem Kontakt in der ersten Stufe wird das von der Absetzbehandluhg entströmende Abwasser 13 zu einer zweiten Kontaktstufe geleitet, bei der zusätzliches biologisches inertes suspendiertes Adsorbens 16 mit dem Abwasser in einer Kontaktvorrichtung H, das mechanisch unter

anaeroben Bedingungen gerührt wird, kontaktiert wird. Methanol oder andere geeignete organische Kohlenstoffquellen 17 werdender zweiten Stufe zugesetzt, um die'Denitrifikation voranzutreiben. Das denitrifizierte Abfallwasser wird anschliessend gegebenenfalls zu einer Ausflockungszone 15 geleitet und wird in einem Absetztank 21 abgetrennt und die abgesetzten Peststoffe 18 werden zu dem Einlassende dieser Stufe zurückgeführt. Eine geringe Menge der Feststoffe 19 wird aus der zweiten Stufe entfernt und mit dem Rohabwasser der ersten Stufe vermischt. Eine Filtrationsstufe 20 wird gegebenenfalls geschaffen, um den Abstrom zu verfeinern, um feine teilchenförmige Kohlenstoffmasse, die vom Abtrennungsschritt 21 mitgeführt werden kann, zu entfernen.

Die Regenerierung des Adsorbens in dom System wird durch kontinuierliche Entfernung eines Teils der Feststoffe in der ersten Stufe 10 und Regenerierung der Feststoffe in einem Regenerierungssystem 12 zur Rückkehr in das System 9 oder 16 durchgeführt. Alternativ können die entfernten Feststoffe durch 11 abgeführt werden.

In einer in Fig. 2 dargestellten Variation wird das Rohabwasser 22 . zuerst einer primären Sedimentation 23 vor dem Kohlenstoffkontakt und der Nitrifikation und Denitrifikation unterzogen. Der in der ersten Stufe 30 erzeugte Schlamm wird zur Entwässerung 24 durch thermische Konditionierung oder Nassluftoxidation, v/ie sie in der US-Patent-

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schrift 3 359 200 gelehrt wird, konditioniert. Nachdem der Schlamm entwässert ist 24 und entfernt ist 27, wird der pH-Wert der flüssigen Phase mit Kalk 31 eingestellt und die flüssige Phase wird in eine Zone 25 übergeführt, um ein Abstreifen des ammoniakalischen Stickstoffs 28 mit Luft 26 zu ermöglichen. Die jetzt von anmoniakalischem Stickstoff freie flüssige Phase wird anschliessend zur Denitrifikationsstufe 14 geführt, um organischen biozersetzlichen Kohlenstoff zu schaffen, um die Denitrifikationsgeschwindigkeit zu erhöhen.

-In einer weiteren in Fig. 2 dargestellten Variation können Kalk oder andere kaustische Substanzen 32 zur ersten Behandlungsstufe zugesetzt werden, um Phosphor auszufällen und die Sedimentation weiter zu verbessern. Die Kalkaufschlämmung 30 kann dann der thermischen Konditionierung und Entwässerung 24 unterworfen werden. Die flüssige Phase 31 wird dann zur Entfernung von ammoniakalischem Stickstoff mit Luft 26 vom Ammoniak 28 abgestreift. Die erhaltene Flüssigkeit 29 wird anschliessend in das Denitrifikationssystem 14 eingespeist, um die Denitrifikationsgeschwindigkeit zu erhöhen und den zusätzlichen Kohlenstoff 17 zu vermindern.

Nach einer weiteren Ausfuhrungsform kann eine Ausfällungschemikalie, wie eine Quelle für Ferri- oder Aluminiumionen, zu dem Rohabwasser zugesetzt v/erden, um die Ausfällung zu verbessern und Phosphor zu entfernen.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie zu beschränken.

Beispiel 1 Nitrifikation von Abwasser

Ein Rohabwasser der folgenden Zusammensetzung wird in einem aus einer einzigen Stufe bestehenden Kohlenstoffkontaktsystem wie vorstehend beschrieben behandelt:

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Abwasser erhaltenes Wasser

COD BOD

300	mg/1	20	mg/1
150	mg/1	5	mg/1
30	mg/1	3	mg/1

organischer N 2 mg/l 2 mg/l

Der Gesamtsauerstoffbedarf, einschliesslich des stickstoffhaltigen Bedarfs beträgt 1003 kg (2211 pounds) Sauerstoff. Der in der Kontaktvorrichtung aufrechterhaltene suspendierte Gesamtfeststoff beträgt 20000 mg/l. Die Kontaktzeit beträgt 3.Stunden und die Absetzzeit ungefähr 1 1/2 Stunden. Eine interne Recyclisierung von suspendiertem Material v/ird beibehalten. .

In der folgenden Tabelle sind die Durchführungsparameter für diese Beispiele zusammengestellt ι

Temperatur - 2O⁰C

Kohlenstoffbeschickungsgeschwindigkeit, mg/l 400

kg/Tag (pounds/Tag) 1514 (3340)

BOD₅ entfernt, kg/Tag (pounds/Tag) 549,3 (1210) COD adsorbiert, kg/Tag (pounds/Täg) 510,21 (1124) • Feststoff-äquivalent COD
Abfalltemperatur

in Kontakt befindliche suspendierte Gesamtfeststoffe, mg/l

kg (pounds)

Kohlenstoff in Kontakt, kg (pounds) adsorbierte Feststoffe in Kontakt, kg (pounds) 1281 "(2825) biologische Feststoffe in Kontakt, kg (pounds) 1346 (2968)

gesamte suspendierte Feststoffe

in der verbrauchten Aufschlämmung 2100 (4622)

30 98 40/096 9

284	(625)
20	°C
20000
9458	(20850)
6830	(15057)

Kohlenstoff in der verbrauchten

Aufschlämmung, kg/Tag (pounds/Tag) 1515 (3540)

adsorbierte Feststoffe in der

verbrauchten Aufschlämmung,

kg/Tag (pounds/Tag) 284 (625)

biologische Feststoffe in der

verbrauchten Aufschlämmung,

kg/Tag (pounds/Tag) 298 (657)

Schlammalter, Tage 4,52

So ist es möglich, in einer kurzen Kontaktzeit von 3 Stunden ein Schlammalter.über dem des zur völligen Umwandlung des Ammoniaksticksto.ffs in" Ni tr at stickst off erforderlichen aufrechtzuerhalten, während gleichzeitig ein hohes Ausmaß an organischem Kohlenstoff entfernt wird.

Beispiel 2

Auswirkung der Zugabe eines Adsorbens auf das Schlammalter der biologischen Feststoffe

Es ist bekannt, dass das Verfahren mit aktiviertem Schlamm schwierig zu steuern ist, hauptsächlich wegen des ausschlaggebenden Effekts der biologischen Masse auf die Absetzeigenschaften des Schlammes. Gemischte Flüssigkeitskonzentrationen von 3000 mg/1 flüchtiger suspendierter Feststoffe (VSS = volatile suspended solids) sind oft die höchstmöglich verwendbaren und in vielen Abwässern ist es schwierig 2000 mg/l VSS aufrechtzuerhalten. Für kurze hydraulische Verweilzeiten ist es oft schwierig, 1500 mg/l VSS aufrechtzuerhalten. Dieses Beispiel dient zur Veranschaulichung, wie die Zugabe des Adsorbens ein Arbeiten mit Schlammaltern und wirksamen flüchtigen Feststoffkonzentrationen ermöglicht, die über den normalerweise beim Verfahren mit aktiviertem Schlamm möglichen liegen.

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Ein primär ausströmendes Abwasser, das 300 mg/l und 150 mg/1 COD "bzw. BOD enthält, wird in einem einstufigen Kohlenstoffkontaktiersystem mit einer Kontaktzeit von 2 Stunden behandelt. Der Kontaktor wird durch Belüften vermischt, so dass zumindest 22,5 kg (50 pounds) pro Stunde Sauerstoff in die Kohlenstoffaufschlämmung eingebracht werden. Die Konzentration der aufgeschlämmten Feststoffe in der Kontaktvorrichtung wird in den drei nachfolgenden Beispielen zur Behandlung von 3 785 330 1(1 Million Gallonen) Abwasser bei 1000O₇ 20000 bzw. 40000 mg/l gehalten. Die Nettoausbeute an biologischen Peststoffen basiert auf einer Gleichung, die von Eckenfelder ("A Design Procedure for Biological Nitrification and Denitrification", Chem. Eng, Prog. Symp. Ser. 63(78), 230-4, 1967) entwickelt wurde, worin die Ausbeute an biologischen Feststoffen, ausgedrückt als kg (pounds) flüchtig suspendierten Feststoffen pro Tag (ΔΧ_ν)» beträgt:

= 0,73S_r -

worin S = kg (pounds) entfernter BOD pro Tag = kg (pounds) Biomasse unter Kontakt.

Beim Gleichgewichtszustand muss das Verhältnis von Biomasse zu den Gesamtfeststoffen in dem Abwasserschlamm genau so gross sein wie das Verhältnis von Biomasse zu den Gesamtfeststoffen in dem Kontakttank. Das heisst

^Lt .

worin X = Gewicht der Kohlenstoffbeschickung pro Tag

X = Gewicht, das dem an dem Kohlenstoff pro Tag adsorbierten GOD äquivalent ist

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X^ = Gesamtgewicht der Peststoffe unter Belüftung. Substitution von (2) in Gleichung (1) und Umformung ergibt:

X_a - O,73S_r + O,O75X_t)^X_v - O,73S_r (X_Q + X_&) =

oder

-Β±\ί

-Β±\]β² + 4AC "2Ä

worin B = X_Q + X_& - O,73S_r + O,O75X_t

C = O,73S_r(X_c + X_a)
A- 1

Die Lösung dieser Gleichung mit anderen Parametern für die Beispiele ist in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Kontaktstunden 2

KohlenstoffbeSchickungsgeschwindigkeit,

mg/1 400

kg/Tag (pounds/Tag) 1515,5 (3340)

entfernter BOD₅,kg/Tag (pounds/Tag) 547,6 (1208) adsorbierter COD, kg/Tag (pounds/Tag)

0₂-Äquivalent 509,9 (1124)

kg/Tag (pound s/Tag)

Peststoffe-Äquivalent 284 (625)

■ "■■>

gesamte suspendierte Peststoffe unter Kontakt, mg/1 10000 20000 4OOOO

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Zusammensetzung der verbrauchten Peststoffe

verbrauchter Kohlenstoff, kg/Tag (pounds/Tag)

adsorbierter GOD kg/Tag (pounds/Tag)

biologische Feststoffe kg/Tag (pounds/Tag)

off,	1515,5	1515,5	1515,5
	(3340)	(3340)	(3340)
	284	284	284
	- (625)	(625)	(625)
e	362,3	327,9	274
	"(798)	(722)	(605)
Insgesamt:	2161,8	2127,4	2073,5
	(4763)	(4687)	(4570)

Zusammensetzung der Feststoffe unter Kontakt

Kohlenstoffeststoffe, kg (pounds) 2209 4490 9206

(487α) (9900) (20300)

adsorbierte Feststoffe, kg (pounds)

biologische Feststoffe, kg (pounds)

Insgesamt

413,9	840,3	1720
(912)	(1853)	(3800)
528,8	971,5	1630
(1165)	(2140)	(3600)
3151,7	6301,8	12556
(6947)	. $13893) (27700)

Schlammalter, Tage 1 ,46

2,97

5,95

zur Nitrifikation erforderliches Schlammalter

3,0 Tage

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Beispiel 3

Mtrifikation-Denitrifikation in einem Zweistufen-Gegenstromsvstem

Ein Rohschlamra, der in der Zusammensetzung ähnlich dem des vorhergehenden Beispiels ist, wird in einem Zweistufen-Gegenstromkontaktverfahren "behandelt, "bei dem organisches Material in beiden Stufen adsorbiert wird und Ammoniakstickstoff biologisch in der ersten Stufe zu Nitratstickstoff oxidiert wird und der ETitratstickstoff anschliessend biologisch in der zweiten Stufe zu elementarem Stickstoff reduziert wird.

In diesem Falle wird aufgrund des Gegenstromkontakts eine verminderte Dosierung (300 mg/l) Kohlenstoff zur Entfernung von adsorbierbarem nicht-biologisch zersetzbarem GOD erfordert. Die effektive Gesamtkohlenstoffbeladung beträgt 0,45 g COD, adsorbiert pro Gramm Besehickungskohlenstoff. Im folgenden sind die Ausführungsparameter für dieses System angegeben.

Temperatur· 20⁰C

Kohlens t οffbe s chi ckungs-

geschwindigkeit, mg/l 300

kg/Tag (pounds/Tag) 1130 (2500)

M tri f ika"ti onss tuf e

Kontaktzeit, Stunden 3,0

BOD₅ entfernt, kg (pounds) 547,6 (1208)

COD adsorbiert Q₂ Äquivalent, 509,9 (1124)

kg (pounds) ,·>

Feststoffe Äquivalent COD, kg (pounds) 284 ( 625) erforderlicher Gesamtsauerstoff,

kg (pounds) 1018,4 (2245)

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gesarate suspendierte Feststoffe unter Kontakt, mg/1

kg (pounds) Kohlenstoff in Kontakt,, kg (pounds)

adsorbierte Peststoffe in Kontakt, kg (pounds)

biologische Peststoffe in Kontakt, kg (pounds)

gesamte suspendierte Peststoffe in der verbrauchten Aufschlämmung, kg (pounds)

Kohlenstoff in der verbrauchten Aufschlämmung, kg/Tag (pounds/Tag)

adsorbierte Peststoffe in der verbrauchten Aufschlämmung, kg/Tag (pounds/Tag)

biologische Peststoffe in der verbrauchten Aufschlämmung, kg/Tag (pounds/Tag)

SßhlammaLter., Tage

20000 9461 (20855)

6301 (13900) 1571,3 (3475)

1576.3 (3480)

1700.4 (3751) 1130 (2500)

284 (625)

284,4 (626) - 5,57

Xienitrifikatlonsstufe:

ΜΟ-Γ^-ϊί in. der Bescihickung 28 mg/l

Kohlenstoffbasöhickung 300 mg/l

fcg (pounds) HO·*—Έ. entfernt, O^ A^uivalemt 363 (800)

erforderliches Sethanoi, kg (pounds) 241,3 (53-3) &e&amtfeststoffB unter

Kontakt, mg/l	(pounds)	kg (pounds)	9459	20©;oo
ig	in Kontakt,	in Kontakt	8S29	(20850)
	Pests-feoffe;	in Kontakt,	401,3	(19020)
adsorbierte kg (pounds)	Peststoffe		427,3	(887)
bio-Logische kg (pounds)		(943)

40/0 960

gesamte suspendierte Peststoffe in

der verbrauchten Aufschlämmung,

kg/ Tag (pounds/Tag) 1238 (2740)

Kohlenstoff in der verbrauchten

Aufschlämmung, kg/Tag (pounds/Tag) 1130 (2500)

adsorbierte organische Materialien in der verbrauchten Aufschlämmung, kg/Tag (pounds/Tag) 52,6 (116)

biologische feststoffe in der

verbrauchten Aufschlämmung,

kg/Tag (pounds/Tag) 56,2 (124-)

So beträgt das Schlammalter bei der Nitrifikationsstufe des Verfahrens 5_f57 Tage, was einen ausreichenden Überschuss über die 3,0 zur vollständigen Nitrifikation erforderlichen Tage darstellt.

Durch Steuerung der Konzentration der unter Kontakt befindlichen Feststoffe in jeder Stufe ist es möglich, das Schlamm-, alter in jeder Stufe unabhängig voneinander zu steuern.

Aus dem gezeigten Beispiel ist auch ersichtlich, dass aufgrund der grossen in dem System aufrechterhaltenen Kohlensto'ffmasse das System weniger anfällig ist gegenüber Veränderungen der einströmenden Konzentration. Steigt beispielsweise die Konzentration der adsorbierbaren Materialien an, was bei der täglich wiederkehrenden Änderung der Zusammensetzung der Haushaltsabwässer vorkommen kann, so werden mehr organische Materialien an den Kohlenstoff adsorbiert, die, wenn die Konzentration der ankommenden Abwasser sinkt, zurück in die flüssige Phase desorbiert werden.

So bleibt das Adsorbens unverändert bei Änderungen der Konzentration der gelösten organischen Materialien, wodurch die Einflüsse dieser Änderungen auf die biologische Masse in dem System geregelt v/erden.

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Beispiel 4

In dem vorhergehenden Beispiel werden 300 mg/l Aktivkohle in die Denitrifikationsstufe des Systems eingespeist. Vorher verwendete Aktivkohle, die durch partielle Oxidation mit feuchter Luft regeneriert wurde·, kann verwendet werden, wie in der US-Patentschrift 3 359 200 beschrieben. In diesem Falle ist der lösliche BOD in der Menge von 3 bis 5 Gew.$ der Kohlenstoffeststoffe in der eingespeisten Kohlenstoffaufschlämmung enthalten. Dieser lösliche. BOD kann durch eine äquivalente Menge Methanol ersetzt werden, um eine organische Kohlenstoffquelle in der Denitrifikationsstufe zu schaffen. So wird durch die Zugabe von 15 mg/1 löslichem BOD, der in der Kohlenstoffaufschlämmung enthalten ist, die Menge des zur Aufrechterhaltung der Denitrifikation erforderlichen Methanols um 15 mg/l vermindert, was einer Einsparung von 23 der erforderlichen Methanolmenge entspricht.

Beispiel 5

Ein Rohabwasser wird in einer ersten Behandlungs- bzw. Kläranlage absitzen gelassen, wobei in typischer Weise-etwa 7570 1 (2000 Gallonen) Schlamm der folgenden Zusammensetzung erhalten werden:

suspendierte Gesamtfeststoffe 377,3 kg (833 pounds) flüchtige Gesamtfeststoffe 3H,8 kg (694 pounds) Gesamtstickstoff 37,2 kg (82 pounds)

Der Schlamm wird durch Nassluftoxidation verarbeitet, wobei eine 50$ige Oxidation und eine 30$ige Solubilisierung der flüchtigen Peststoffe erzielt wird. Die Schlammfeststoffe werden von der flüssigen Phase abgetrennt, wobei 7570 1 (2000 Gallonen) überstehende Flüssigkeit erhalten werden, die die folgenden Bestandteile enthält:

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flüchtige Peststoffe 94,5 kg (208 pounds) COD . 169,8 kg (374 pounds)

BOD 83,4kg (184 pounds)

Stickstoff-NH^ 26,3 kg (58 pounds)

Die überstehende Flüssigkeit wird anschliessend mit einem "basischen Material, wie Kalk oder ätzender Substanz mit einem pH über 8,0 behandelt und Luft oder ein anderes Gas wird zum Abstreifen des ammoniakalischen Stickstoffs, der in der überstehenden Flüssigkeit vorhanden ist, verwendet. Die überstehende Flüssigkeit kann anschliessend direkt in die Denitrifikationsstufe eingespeist werden, um die Denitrifikation zu erhöhen. Die in die Denitrifikationsstufe beschickte Methanolmenge kann-dann um eine Menge vermindert werden, die etwa dem in der überstehenden Flüssigkeit enthaltenen biologischen Sauerstoff-bedarf äquivalent ist, was in diesem Beispiel eine 345'Qige Verminderung der erforderlichen Methanolmenge bedeutet.

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Claims

~ 22 -

23H663

P a t e η t a n s ρ r ti eh e

fly Verfahren zur Reinigung von Abwässern durch gleichzeitige Entfernung von organischem kohlenstoffhaltigem Material und biologische Oxidation der reduzierten stickstoffhaltigen Materialien bzw. Formen in Abwässern, .gefolgt von einer anschliessenden Reduktion des oxidierten Stickstoffs zu elementarem Stickstoff, dadurch gekennzeichnet, dass man

(a) eine wässrige Suspension eines Adsorbens einbringt, das dazu befähigt ist, organisches kohlenstoffhaltiges Material zu adsorbieren, während gleichzeitig ein nicht-kondensierbares Sauerstoff enthaltendes (Jas einem Sefäss zugesetzt wird, welches Abwasser und eine sich entwickelnde aktive Biomasse mit einem Schlammalter von wenigstens etwa 3 Tagen enthält;;

(b) aerobe Bedingungen ausreichend lange auf rechterhalt, um im wesentlichen den ammoni alkalischen Stickstoff zu Nitrit-*- oder EFltratstiekstOff zu

(c) das Adsorbens, assoziiertes adsorbiertes organisches Material und biologische Feststoffe absetzt und abtrennt und abgeschiedene Feststoffe zu dem Gefasst zurückführt;

(d) die flüssige Phase zu einer anaeroben Zone leitet,

der weiteres Adsorbens und eine Quelle für organischen Kohlenstoff zugesetzt werden, wodurch die oxidierten Stickstofformen zu elementarem Stickstoff reduziert werden; und

3 09 8kQ/0 9 6t

(e) die Mischung zu einer bewegungsfreien Zone leitet, wo das Adsorbens und assoziiertes organisches Material im wesentlichen aus dem Abwasser entfernt werden.
2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Stufe (a) als Adsorbens pulverisierte Aktivkohle in einer Menge zwischen 40 und 90 Gew.$ der in dem Gefäss suspendierten Gesamtfeststoffe verwendet wird,
3. Verfahren gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Stufe (d) als Adsorbens pulverisierte Aktivkohle in einer Menge zwischen 70 und 95 Gew.$ der suspendierten Gesamtfeststoffe verwendet wird.
4. Verfahren gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Stufe(b) die Zeitdauer mindestens 1 Stunde beträgt.
5. Verfahren gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Stufe (d) als Quelle für organischen Kohlenstoff Methanol in einer Menge von zwischen etwa 2 und 10 mg/mg reduziertem Nitratstickstoff zugesetzt wird.
6. Verfahren gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorbens und das adsorbierte organische Material von Stufe (e) in die aerobe Zone der Stufe (b) etwa in der Geschwindigkeit der Akkumulation in Stufe (d) übergeführt werden.
7. Verfahren gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der in Stufe (c) abgeschiedenen Peststoffe zur anschliessenden Beseitigung oder Regeneration in einer solchen Geschwindigkeit entfernt werden, dass etwa ein Materialgleichgewicht aufrechterhalten wird.

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8. Verfahren gemäss einem der,vorhergehenden Ansprüche_r dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser einer primären Sedimentation vor der einleitenden Behandlung mit Aktivkohle unterworfen wird.
9. Verfahren gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlamm aus der primären Sedimentation durch thermische Methoden oder Feuchtluftoxidation konditioniert wird, der Schlamm entwässert wird, die flüssige Phase mit Kalk bis zu einem pH-Wert von über 8,0 behandelt wird, der ammoniakalische Stickstoff abgestreift wird und die resultierende Flüssigkeit in die anaerobe Denitrifikationszöne beschickt wird.
10. Verfahren gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Kalk bei der primären Sedimentationsstufe zugesetzt wird, der Kalk enthaltende Schlamm durch thermische Methoden oder durch Feuchtluftoxidation konditioniert wird, der Schlamm entwässert wird, ammoniakalischer Stickstoff aus der flüssigen Phase abgestreift wird und die erhaltene Flüssigkeit in die anaerobe Denitrifika— tionszone eingespeist wird.

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AT

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