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    公开号:WO1989008617A1
    申请号:PCT/EP1989/000287
    申请日:1989-03-17
    公开日:1989-09-21
    发明作者:Heinz Harrendorf
    申请人:Heinz Harrendorf；
    IPC主号:C02F3-00
    专利说明:
    [0001] Verfahren und Vorrichtung zur biologischen Reinigung von Wasser mit einer Verschmutzung an Stickstoff- und Phosphorverbin¬ dungen sowie organischem Kohlenstoff
    [0002] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur anoxischen, anaeroben und aeroben Behandlung von Wasser mit entsprechenden Konzentra¬ tionen an Stickstoff- und Phosphorverbinduπgen sowie organischer Substanzen, zur Elimination von Stickstoff und Phosphor sowie einem Abbau von organischem Kohlenstoff gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Ver¬ fahrens gemäß Oberbegriff nach Anspruch 8.
    [0003] Die zunehmende Belastung von Flüssen, Seen sowie des Grundwassers durch den Eintrag an Stickstoff- und Phosphorverbindungen, ins¬ besondere von industriellen und kommunalen Abwässern, verursacht eine Eutrophierung der Gewässer. Hierbei ist das Grundwasser be¬ sonders durch Nitrate toxisch belastet, und kann erst nach ent¬ sprechender Aufbereitung als Trinkwasser verwendet werden.
    [0004] Für die Verkrautung der Gewässer ist in bedeutendem Maße Phos¬ phat-Phosphor maßgebend, da aus 1 g dieser Verbindung 100 g organische Substanz gebildet wird.
    [0005] Ein weiterer Faktor für die Verkrautung und Algenbildung sind die StickstoffVerbindungen, die im organisch verschmutzten Wasser vorwiegend in Eiweißverbindungen vorliegen bzw. im Roh¬ oder Abwasser inform von Ammonium, Nitrit, Nitrat und Ammoniak- Stickstoff in Lösung gegangen sind.
    [0006] Um den Anstieg der Stickstoff- und Phosphorkonzentrationen in den Gewässern wesentlich zu reduzieren, ist es erforderlich, insbesondere veralterte Klär- und Wasserwerksanlagen im indu¬ striellen und kommunalen Bereich durch die Aufstellung umwelt- freundlicher und neuzeitlicher Wasserreinigungsanlagen zu mo¬ dernisieren bzw. zu ergänzen. Es ist bekannt, daß durch anaerobe und aerobe Abbauprozesse organischer Substanzen, insbesondere von Proteinverbindungen, Ammoniak- bzw. Ammoniumstickstoff freigesetzt wird. Hierbei steht das im Substrat gebildete Ammonium (NH4) und Ammoniak (NH3) in einem ph-Wert abhängigen Gleichgewicht. Bei einem Aerobprozeß werden die organischen KohlenstoffVerbindungen durch chemoorganotrophe Mikroorganismen abgebaut und das pro¬ duzierte Ammonium zu Nitrat (NO3) oxidiert. Die Oxidation des Ammoniums (NH4) erfolgt durch die nitrifizierenden Bakterien Nitrosomas und Nitrobakter in zwei Biosyntheseschritten gemäß nachstehender Gleichungen:
    [0007] H4 + + 1,5 02 —_*. N02 " + H20 + 2 H+- 352 "KJ
    [0008] N02 "" + 0,5 02 >- N03 " - 73 KJ
    [0009] In einem weiteren Biosyntheseschritt wird ebenfalls durch chemo¬ organotrophe Bakterien -auch Denitrifikanten genannt- die Um¬ wandlung von Nitraten zu molekularem Stickstoff ( 2) vorge¬ nommen. Diese Denitrifikation ist unter Ausschluß von gelöstem Sauerstoff -auch anoxischer Prozeß bezeichnet- jedoch in An- Wesenheit organischer Substanzen, z.B. Traubenzucker, nach fol¬ gender Gleichung möglich:
    [0010] 5C6H120- + 24N0~ — 12N2 + 2 HCO3 + 6C02 + 18H20 - 12856 KJ
    [0011] Für den optimalen Ablauf einer Nitrifikation - Denitrifikation spielt die Temperatur eine bedeutende Rolle, da sich die Reak- tionsgeschwindigkeit des jeweiligen Prozesses mit steigender Temperatur wesentlich erhöht. Unter diesen Voraussetzungen steigt der Diffusionskoeffizient für Sauerstoff an, wobei die Oberflächenspannung des Wassers gegenüber Luft abnimmt und sich dadurch eingeblasene Luftteilchen feinperlig verteilen können- Es ist somit eine bessere SauerstoffÜbertragung möglich. Andererseits verringern sich die Sättigungswerte für die Lösung von Sauerstoff im Wasser bei erhöhter Temperatur, so daß auch die Denitrifikation weitgehend unter sauerstoff¬ freien Bedingungen optimal ablaufen kann.
    [0012] •5 Als optimale und wirtschaftliche Substrattemperatur kann
    [0013] 35°C in Ansatz gebracht werden. Bei einem Substrat mit hohen organischen Kohlenstoffpotential steht als Prozeßwärme auch die beim aeroben Prozeß freigewordene Wärme in entsprechendem Maße zur Verfügung.
    [0014] 10 Da sich die Nitrifikation im sauren Bereich und die Denitrifi¬ kation im alkalischen Bereich abspielt, ist es bei einer Kopp¬ lung beider Prozesse von Bedeutung, daß sich im Substrat ein ph-Wert im Bereich von 7 einstellt, da sonst mit toxischen oder hemmenden Einflüssen auf die Bakterienpopulation gerechnet
    [0015] 15 werden muß. Es bildet sich z.B. bei einem ph-Wert von 9 ein er¬ höhter Anteil an Ammoniak im Wasser, der toxisch wirkt.
    [0016] Zur Erzielung eines hohen Denitrifikationsgrades ist es von Be¬ deutung, daß ein nitrathaltiges Wasser Sauerstofffrei, jedoch mit einem entsprechenden Anteil an organischen Substanzen, zur 20 Verfügung steht bzw. angeboten wird.
    [0017] Ein weiterer Aspekt ist die Denitrifikationsgeschwindigkeit im Substrat, die bei einer Zusatzdosierung mittels Ethanol oder Methanol etwa um das Zehnfache erhöht werden kann. Dieser Ge¬ sichtspunkt steht insbesondere bei einem Wasser ohne endogene
    [0018] 25 _ Kohlenstoffquellen zur Diskussion, wie dies bei Rohwasser oder dem Abwasser aus einer Stickoxidwaschanlage infrage kommt. Ein weiterer Faktor für einen hohen Abbau- und Nitrifikationsgrad sind die unterschiedlichen Generationszeiten zwischen den chemo- lithotrophen (Nitrifikanten) und den chemoorganotrophen Mikro-
    [0019] •30 Organismen, die bei den Nitratbildnern um das Zehnfache höher liegt. Hier spielt das Verhältnis der organischen Sub¬ stanzen zum Gesamtstickstoffwert (BSB5/N) eine weitere Rolle, d.h. , daß bei einem sehr kleinen Verhältnis ein organisches Substrat zudosiert oder auf eine biologische Vorklärung verzichtet werden muß.
    [0020] Bei den vorgenannten Prozessen wird etwa 25% des Stickstoffes für den Ein- und Aufbau der Bakteriensubstanz benötigt, wobei 75% des molekular gebildeten Stickstoffes (N2) sowie das ge¬ bildete Kohlendioxid (C02) in die Atmosphäre abgeleitet werden.
    [0021] Die Phosphorelimination ist grundsätzlich nur durch eine Ab¬ scheidung von Überschußschlämm möglich. Es ist jedoch von Be¬ deutung, daß die im Überschußschlämm eingelagerte Bakterienmasse einen erhöhten Anteil an PhosphorVerbindungen aufgenommen hat."
    [0022] Für eine erhöhte Phosphatspeicherung ist insbesondere die Selektion einer Belebtschlammbiozönose -die Phosphorverbindung wird hierbei in der Bakterienzelle inform von Orthophosphat (P0.3- aufgenommen- erforderlich, d.h., daß die Mikroorganismen einer StreßSituation unterzogen werden müssen, wobei gleichzeitig ein ständiger, sequentieller Wechsel von anaeroben und aeroben Milieubedingungen erfolgt. Bei der Stre Situation handelt es sich hier um einen Mangel an entsprechenden Nährstoffen.
    [0023] Durch die Rückführung von Schlamm in einen Anaerobprozeß laufen Stoffwechselvorgänge ab, die für den nachgeschalteten Aerobprozeß zu einer erhöhten Phosphataufnähme führen. Es bilden sich in die¬ sem Milieu als Energiequelle für das Wachstum der Zellen das wichtige endogene Substrat Pσly- -Hydroxybuttersäure sowie Enzyme. Darüber hinaus erfolgt im anaeroben Raum oder einer Zone eine Rücklösung von Phosphaten.
    [0024] Weiter ist es von Bedeutung, daß im zu reinigenden Wasser ein entsprechendes Potential an gut abbaubaren Substanzen -wie Essig- und Buttersäure- zur Verfügung steht oder verfügbar gemacht wird, um die schnelle Rücklösung der Phosphate im Verlauf einer ausreichenden anaeroben Aufenthaltszeit zu stei¬ gern. Nitrateinträge in den aneroben Raum sollten jedoch aus¬ drücklich vermieden werden. In dem anschließenden Aerobprozeß werden dann die freigesetzten Phosphate zum Aufbau und Wachstu neuer Bakterienzellen verbraucht. Bakterienstämme, die eine Nitratatmung durchführen können, wachsen und speichern Phospha verbindungen und verhalten sich daher im anoxischen Milieu wie im aeroben Bereich.
    [0025] Eine Aufnahme oder Rücklösung von Phosphaten kann daher auch im anoxischen Milieu erfolgen, soweit das entsprechende Denitri fikationspotential (BSB5/NOχ) vorliegt.
    [0026] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Ver- fahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß Stickstof und Phosphorverbindungen einfacher und optimaler eliminierbar sind sowie eine Vorrichtung anzugeben, mit der das Verfahren besonders vorteilhaft durchführbar ist.
    [0027] Die Aufgabe wird durch die Ausbildungen nach den Ansprüchen 1 und 8 gelöst.
    [0028] Es handelt sich bei der zur Diskussion stehenden erfindungsge¬ mäßen Wasserreinigungsanlage um einen kombinierten Reaktor, welcher mit verschiedenen externen Aggregaten ausgerüstet ist.
    [0029] Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsge- mäßen Aufgabenlösung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet
    [0030] Die Erfindung soll daher nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.
    [0031] Es zeigt:
    [0032] Figur 1 Einen senkrechten Schnitt durch den erfindungsge- maß konstruierten Reaktor mit Schaltschema der externen Aggregate und Apparate;
    [0033] Figur 2 Einen vergrößerten Ausschnitt der anaeroben Zone mit Nitrifikationsteil sowie einer Ausbildung der Substrateinspeisung des Reaktors; Figur 3 Die schematische Ausbildung des Gasabscheiders beim erfindungsgemäßen Reaktor;
    [0034] Figur 4 Einen waagerechten vergrößerten Schnitt durch den Reaktor mit schematischer Ausbildung von Leit- flächen sowie der angeordneten Trägermaterialien. (p
    [0035] Die Zeichnungen mit Figur 1 und 2 zeigen einen kombinierten Reaktor mit einem ersten Reaktorraum 1 sowie integrierter Zone 15 und einem zweiten Reaktorraum 2. Im ersten Reaktorraum, der innerhalb des zweiten Reaktorraumes angeordnet ist, findet eine Denitrifikation von Nitraten, in der integrierten Zone eine
    [0036] Rücklösung von Phosphaten und im zweiten Reaktorraum eine Ni¬ trifikation von Ammonium bzw. Ammoniak und ein Abbau von organi schem Kohlenstoff sowie eine Phosphataufnähme statt.
    [0037] Der erste Reaktorraum 1 weisteinen hochgezogenen Boden mit kegelförmiger Bodenfläche 19 auf und wird gebildet von einer doppelwandigen oder einwandigen Zylinderwand 8, wobei bei der Doppelwand ein zylindrischer Zwischenraum 30 gebildet ist. Der Zylinder 8 endet oberhalb des kegelförmigen Bodens 19, so daß zwischen Zylinder 8 und Boden 19 ein Ringspalt 11 gebildet wird, über den der erste Reaktorraum 1 mit dem zweiten Reaktor¬ raum 2 in offener Verbindung steht. Das untere Teil des doppel¬ wandigen Zylinders 8 ist als Mischinjektor 10 ausgebildet.
    [0038] Im unteren Bereich des Reaktorraumes 1 befindet sich eine inte¬ grierte Zone, die durch die Anordnung der Sedimentationsvor- richtungen 12 und 13 gebildet wird. Die Zylinderwand 8 wird von einem weiteren Zylinder 9 beabstandet umgeben, so daß eine zylindrische Ringkammer 44 gebildet wird, die als Überlauf¬ kammer ausgebildet ist und beabstandet zum Boden des zweiten Reaktorraumes 2 endet.
    [0039] Bei einer einwandigen Ausführung der Zylinderwand 8 ist der
    [0040] Mischinjektor mit einer Verteilerringrohrleitung 23 ausgerüstet wobei Luft unter Druck mittels des Luftverdichters 5 dem Misch¬ injektor oder über die Rohrleitung 24 der Ringrohrleitung zuge¬ führt wird.
    [0041] Der Druckstutzen des Luftverdichters ist mit dem Zwischenraum 30 des DoppelwandzylInders 8 oder mit der Rohrleitung 24 ver¬ bunden. Durch die Lufteinpressung über gesinterte Polyethylen-Kerzen 22 in die Injektionsmischkammer 20 wird mit Hilfe des Mischinjektors 10 eine hydraulische Kreisumwälzung des Substrates im Reaktorraum 2 hervorgerufen, wie dies durch die Linien 34 angedeutet ist.
    [0042] Im Reaktorraum 1- ist oberhalb des Kegelbodens 19 zentral eine Strahlpumpe 7 mit seitlich offener Düsenmischkammer angeordnet, die das Substrat im Reaktorraum 1 von unten ansaugt und nach oben pumpt. Die Strahlpumpe 7 ist umgeben von der Wendel eines rohrförmigen Wärmetauschers 6, der damit als Leitrohr wirkt, wie auch die ringförmige Zwischenkammer 44, wodurch eine hydrau lische Kreisumwälzung des Substrates im Reaktorraum 1 bewirkt wird, wie dies durch die Linien 32 angedeutet ist. Diese hydrau lische Umwälzung wird überlagert von einer thermischen Zirkula- tion, die hervorgerufen wird durch den Wärmetauscher 6.
    [0043] Die Vorlauf- und Rücklaufanschlüsse des Wärmetauschers 6 sind mit den Bezugszeichen 16 und 18 bezeichnet. Die gewendelten Wärmetauseherröhre bestehen vorzugsweise aus Kunststoff- Polypropylenrohren. Als Stützkonstruktion dienen jeweils zwei einzelne U-förmige Rohre, die gleichzeitig Verteilerrohre für den Vorlauf und den Rücklauf bilden. Für den Fall einer hohen Wärmeentwicklung im Reaktor bzw. bei Einspeisung von Wasser mit zu hoher Temperatur kann der Wärmetauscher 6 auch zur Substrat¬ kühlung genutzt werden. Für die Rückführung eines weitgehend gasfreien Substrates vom Reaktorraum 2 in den Reaktorraum 1 ist der Gasabscheider 47 vorgesehen. Die Entgasungsleitung 37 ist mit dem Gasraum des Reaktorraumes 2 verbunden. Am Reaktor¬ raum 2 sind noch zwei Austragstutzen 21 und 53 angeordnet, wobei Stutzen 53 für die Substratrückführung und Stutzen 21 über das Doppel-U-Rohr 52 zum Austragen biologisch gereinigten Wassers dient. Beide Austragstutzen befinden sich an der un¬ tersten Stelle der Trichterspitze 25 des Reaktorraumes 2. Der erste U-Rohr-Schenkel 51 ist über eine Leitung 36 mit dem Gas¬ raum des zweiten Reaktorraumes verbunden. Das im Reaktorraum 2 entstehende Biogas (C02) sowie die überschüssige Luft ist über das Regelventil 3 und das im Reaktorraum 1 sowie der integrierten Zone gebildete Biogas ( N2 + CO2+ H-,S) ist über ein differenzdruckgeregeltes Über- strömventil 4 ableitbar.
    [0044] Das Regelventil 3 dient für die Regelung des Druckes im Gasrau des Reaktσrraύmes 2,wobei dieser Gasraum mit dem Sicherheitsven 29 ausgerüstet ist.
    [0045] Der in den Zeichnungen dargestellte Reaktor wird bei normalen Substraten mit einem Raumverhältnis des ersten Reaktorraumes 1 für die Denitrifikationsphase zum zweiten Reaktorraum 2 für die Nitrifikationsphase von etwa 1 : 3 gebaut.
    [0046] Der in der Zeichnung dargestellte Reaktor arbeitet wie folgt:
    [0047] Der erste Reaktorraum 1 wird mit dem zu behandelnden Wasser durch die Beschickungsleitung 14 über den geöffneten Absperr¬ schieber 41 -der Absperrschieber 40 ist in diesem Fall ge¬ schlossen- beschickt, wobei die nachgeschaltete Strahlpumpe 7 das Substrat hydraulisch umgewälzt,und hierbei ein Verhältnis von Belebtsubstrat zum eingespeisten frischen Substrat von mindestens 3 : 1 eingestellt ist. Die Beschickung erfolg dabei über die externe Pumpe 39, die das Wasser aus dem Behälter 35 entnimmt. Darüber hinaus wird durch die Substratrückführungs¬ pumpe 33 Substrat aus dem Reaktorraum 2 entnommen und über den Gasabscheider in den Reaktorraum 1 zurückgeführt. Während der kontinuierlichen Beschickung wird mittels der Strahlpumpe 7, die an der Düsenmischkammer mit seitlichen Schlitzen versehen ist, Belebtsubstrat angesaugt und mit dem eingespeisten, ver¬ schmutzten Wasser gemischt. Dabei strömt während des Be¬ schickungsvorganges Belebtschlamm von unten in den Wärmetau- scher ständig nach. Nach der Beschickung des Reaktorraumes 1 wird durch den eingetretenen Temperaturabfall der Wärmetausche 6 in Betrieb genommen, um die vorgesehene optimale Temperatur von ca. 35°C einzustellen und konstant zu halten. Durch die Einschaltung des Wärmetauschers findet, wie bereits erwähnt, eine weitere Umwälzung inform einer thermischen Zirkulation des Substrates statt.
    [0048] Zur Erzielung von günstigen Prozeßwirkungsgraden bei möglichst geringem Materialverbrauch wird ein Verhältnis zwischen Höhe und Durchmesser des Reaktors von etwa 2 : 1 gewählt.
    [0049] Weiter kann der Ringspalt 11 mit Hilfe der Vorrichtung 27 nach¬ träglich in der Höhe eingestellt werden.
    [0050] Um bei verschiedenen Reaktorbelastungen -unter Berücksichtigun der in den Gasräumen des Reaktorraumes 1 und 2 vorhandenen Über drücke- ein konstantes Substrat-Raumvolumen zu erzielen, wird durch eine Differenzdruckregelung, mittels des überströmventile 4, das im Reaktorraum 1 produzierte überschüssige Biogas (N2 + C02 + H2S) in die Atmosphäre abgelassen. Das im Reaktor- räum 2 produzierte Biogas C02 sowie die eingeblasene, nicht ver brauchte überschüssige Luft wird über das Regelventil 3 abge¬ lassen.
    [0051] Das in der Anaerobzone 15 gebildete Biogas (CH, + CO- + H2S) steigt zum anoxischen Raum auf, wobei das Methangas (CH.) dort als Kohlenstoffquelle zur Denitrifikation von Nitrat-Stickstoff verbraucht bzw. umgewandelt wird.
    [0052] Für Sonderfälle kann die Ablaßleitung des überströmventiles 4 mit der Ablaßleitung des Regelventiles 3 zusammengeschaltet werden. Soweit ein hoher Anteil an Schwefelwasserstoff im abzu- leitenden Biogas vorhanden ist", kann dieses auch über eine Gas¬ reinigungsanlage gefahren werden.
    [0053] Für die Phosphatrücklösung wird Schlamm durch die Schlam rück- führpumpe 38 aus dem Nachklärbecken 55 entnommen und über die Einspeiserohrleitung 17 in die anaerobe Zone eingespeist. Der Absperrschieber 42 ist bei diesem Vorgang geöffnet und der Schieber 43 geschlossen.
    [0054] Durch die Beschickung des Reaktorraumes 1 sowie durch die Substrat- und Schlammrückführung werden insbesondere über den Schlitz 54 der Sedimentationsvorrichtungen 12 und 13 die in der anaeroben Zone 15 gebildeten Stoffwechselprodukte verdrängt und über den Ringspalt 11 in die Injektionsmisch- kammer 20 gefördert sowie mit Belebtschlamm aus dem Reaktor- räum 2 gemischt und mit Hilfe des Mischinjektors über die
    [0055] Zwischenringkammer 44 in den Reaktorraum 2 gefördert und durch gleichzeitige Kreisumwälzung entsprechend verteilt. Durch den kontinuierlichen Substratfluß über den Ringspalt 11 sowie durch die Substratrückführung mittels der Pumpe 33 werden die gegen- läufigen ph-Wertänderungen in den Prozeßräumen kompensiert, d.h daß sich im Reaktorraum 1 und 2 und in der anaeroben Zone 15 ein konstanter ph-Wert im Bereich von 7 einstellt.
    [0056] Für die Kreisumwälzung nach dem Schlaufenprinzip im Reaktor¬ raum 2 ist die Lufteinpressung über die Polyethylen-Kerzen in der Mischkammer 20 maßgebend.
    [0057] Eine Anordnung aus Gasverdichter 5, ringförmigem Zwischenraum als Leitrohr, Mischinjektor 10 und ringförmiger Zwischenkammer 14 als weiteres Leitrohr wird auch als Mammutpumpe bezeichnet. Durch den hochgezogenen Kegelboden des ersten Reaktorraumes können sich im Bodenbereich keine Sedimentationsschichten bil¬ den. Die in den ersten Reaktorraum geförderten und nicht abbau¬ baren Stoffe rutschen auf dem Kegel in den zweiten Reaktorraum und können von dort abgeschlämmt bzw. ausgetragen werden.
    [0058] Das biologisch gereinigte Wasser wird aus dem Reaktorraum 2 über den Austragstutzen 21 gemäß der in den Reaktorraum 1 sowie der Zone 15 eingespeisten Subs ratmengen abgelassen. Das abge¬ lassene Wasser fließt durch das Doppel-U-Rohr 52 -das gleich¬ zeitig als Siphon mit dem Schenkel 51 für einen größeren Gas¬ druck im Gasraum des zweiten Reaktorraumes zur erhöhten Sauer- Stoffaufnähme dient- in das Nachklärbecken 55 oder einen Ab¬ setzbehälter. Nach entsprechender Absetzzeit wird das gereinigt Wasser über die Rohrleitung 56 entnommen bzw. abgeleitet. In dem Fall, daß das im Behälter 35 aufgenommene oder gespei¬ cherte Wasser nicht über den erforderlichen Anteil an organi¬ schen KohlenstoffVerbindungen verfügt, wird ein organisches Substrat wie Ethanol oder Methanol durch die Pumpe 45 dem einzuspeisenden Wasser zudosiert. Das organische Substrat wird in dem Behälter 46 gespeichert. Darüber hinaus werden für die Immobilisierung von Mikroorganismen durch Adsorption offenporige, poröse Trägermaterialien aus gesintertem Glas oder Kunststoff als Substratleitflachen (59 u. 61) in den Reaktorräumen (1 u. 2) angebracht. Da die Leitflächen in den
    [0059] Halterungen (60 u. 62) sternförmig angeordnet sind und jeweils die gleiche Bauhöhe wie der Wärmetauscher (6) oder des Leit¬ rohres (9) aufweisen, kann das Substrat ohne wesentliche Strömungsverluste an den Leitflächen vorbeigeführt bzw. umge- lenkt werden.
    [0060] Ebenso kann bei veränderten Wasserverhältnissen der Reaktor variabel durch Umschaltung betrieben werden.
    [0061] Der bei dem Prozeßablauf anfallende Überschußschlämm wird über die Leitung(57) in einen Schlammcontainer(58) bgeschl mmt
    [0062] Für den Fall, daß das zu reinigende Wasser mit einem ph-Wert im alkalischen Bereich von über 8 zur Verfügung steht oder sich dieser Wert aufgrund der Zusammensetzung des Wassers während des Prozeßablaufes im Reaktor einstellt, kann durch Diffusion über eine Membranfläche der entsprechende Ammoniak- anteil extrahiert werden. Die Extraktion erfolgt über hydrophob diffusionsfähige Kunststoffröhre des Prozeßwärmekreislaufes, der in den Zeichnungen nicht dargestellt ist. Das wärmeführende Medium in den Kunststoffrohren wird mit einem ph-Wert von mehr als 11 oder mit einem entsprechenden ph-Wert-Gradienten um- gewälzt.
    权利要求:
    Claims
    A n s p r ü c h e
    1. Verfahren zur anoxischen, anaeroben und aeroben
    Behandlung von Wasser mit entsprechenden Konzentra¬ tionen an Stickstoff- und Phosphorverbindungen sowie organischer Substanzen, insbesondere an hochmolekularen organischen Stoffen, wie Proteinen, Kohlehydraten und Fetten, bei dem zwei miteinander in Verbindung stehende Reaktorräume mit dem Substrat gleichzeitig gefüllt werden, und durch den in dem ersten Reaktorraum stattfindenden Denitrifikationsprozeß Nitrate in molekularen Stickstoff umgewandelt werden, und in einer integrierten Anaerobzone Phosphatverbindungen rückgelöst werden, wobei im zweiten Reaktorraum eine Nitrifikation von StickstoffVerbindungen erfolgt, und gleichzeitig organischer Kohlenstoff abgebaut und in Kohlendioxid umgewandelt wird, sowie eine erhöhte
    Phosphataufnahme erfolgt, bei dem das zu behandelnde Wasser in den anoxischen Raum des ersten Reaktorraumes und Rück¬ laufschlamm in die anaerobe Zone des gleichen Reaktor¬ raumes eingespeist werden d a d u r c h g e k e n z e i c h n e t, daß die im ersten Reaktorraum und der integrierten Anaerobzone des ersten Reaktorraumes bio¬ logisch behandelten Substrate sowie die gebildeten Pro¬ dukte quasi kontinuierlich über einen einstellbaren Ring¬ spalt in den zweiten Reaktorräumeingeleitet werden, wobei i ers und zweiten Reaktorraum das Substrat jeweils nach dem Kreisprinzip umgewälzt wird, und daß die im. ersten und zweiten Reaktorraum gebildeten Stoffwechselprodukte Kohlendioxid und Stickstoff in die Atmosphäre abgeleitet werden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t, daß die anaerobe Zone dem anoxischen Raum nachgeschaltet und dem aeroben Raum vorgeschaltet ist.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t, daß das in der anaeroben Zone gebildete Methangas in den anoxischen Raum aufsteigt und dort als Koh stoffquelle bzw. Wasserstofflieferant für die Umwandlung vo Nitrat-Stickstoff in molekularen Stickstoff dient. 4. Verfahren nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t, daß der Rückführschlämm aus dem Ab¬ setzbecken und/oder das zu behandelnde Substrat in die anaerobe Zone oder in den anoxischen Raum eingespeist werden bzw. wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t, daß bei einem zu behandelnden Wasser mit entsprechenden Konzentrationen an Stickstoff- .und Phosphorverbindungen, jedoch ohne organische Substanzen, ein organisches Substrat in den anoxischen Raum einge¬ speist wird.
    6. Verfahren nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t, daß die Temperatur im ersten und zweiten Reaktorraum auf etwa 35°C eingestellt wird.
    7. Verfahren nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t, daß die Gasdrücke der in den Gasräumen der beiden getrennten Reaktorräume vorhandenen Gase mit gleicher oder unterschiedlicher Größe eingeregelt werden.
    8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Doppelschlaufenreaktor, der einen ersten Reaktor¬ raum (1) aufweist für die Umwandlung des aus dem zweiten Reaktorraum zurückgeführten Nitratstickstoffes in mole¬ kularen Stickstoff sowie mit integrierter Anaerobzone (15) und Schlammabsetzvorrichtungen (12 u. 13) zur Rücklösung von Phosphaten, ferner einen zweiten, den ersten Reaktor¬ raum (1) umschließenden Reaktorraum (2) zur Umwandlung der in den ersten Reaktorraum (1) eingespeisten Stickstoff- und organischen KohlenstoffVerbindungen, und zwar in Nitratstickstoff und Kohlendioxid, wobei im ersten und/oder zweiten Reaktorraum Einrichtungen zur Umwälzung der in den Reaktorräumen befindlichen Substrate angeordnet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der erste Reaktorraum (1) und der zweite Reaktor- räum (2) über einen Ringspalt (11) im Bodenbereich mit¬ einander in Verbindung stehen, und daß die oberen, die Gasräume bildenden Teile der beiden Reaktorräume vonein¬ ander getrennt und geschlossen sind.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 8 d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t, daß der erste Reaktorraum (1) mit einer doppelwandigen Zylinderwand (8) ausgebildet ist, deren unteres Ende als Mischinjektor (10) ausgebildet ist und über deren Zwischenraum (30) oder über die Rohrleitung (24) mit Verteilerringrohr (23) Luft unter Druck von oben dem Mischinjektor (10) zuführbar ist, und die verdichtete L durch-.porös ausgebildete Kerzen (22) in die Injektionsmisch- ka mer (20) eingeblasen wird, und das Substrat über die Ringkammer (44) in den zweiten Reaktorraum (2) zur Förde¬ rung der Mischung gelangt.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9 d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e , daß die Schlaufen- bzw. kreis¬ förmige Substratumwälzung (34) durch die Lufteinpressung in der Injektionskammer (20) über eine als Überlaufkammer ausgebildete ringförmige zylindrische Kammer (44) im zwei- ten Reaktorraum erfolgt, die von der Zylinderwand (8) und einer diese beabstandet umgebenden zylindrischen Wand (9) gebildet wird, die mit Abstand oberhalb des Bodens des Reaktorraumes (2) endet.
    11. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 10 d a d u r c h g e - ' k e n n z e i c h n e t, daß die Schlaufen- bzw. kreis¬ förmige Substratumwälzung (32) im ersten Reaktorraum (1) durch die innerhalb des Wärmetauschers (6) angeordnete Wasserstrahlpumpe (7) in Zusammenarbeit mit der Substrat- rückführpumpe (33) erfolgt.
    12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der erste
    Reaktorraum (1) einen hochgezogenen Boden mit kegel¬ förmiger Bodenfläche (19) aufweist, daß der Ringspalt (11) zwischen dem unteren Ende der Zylinderwand (8) und dem kegelförmigen Boden (19) gebildet ist, wobei die in den ersten Reaktorraum (1) eingespeisten Substrate sowie die gebildeten Produkte durch den Ringspalt (11) in die Injektionsmischkammer (20) strömen, die begrenzt wird vom kegelförmigen Boden (19), dem unteren Teil der zylin¬ drischen Wand (9) und dem Mischinjektor (10).
    13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12 d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im ersten Reaktorraum (1) innerhalb der Mitte eines senk¬ rechten Wärmetauschers (6) eine Wasserstrahlpumpe (7) angeordnet ist, die durch eine seitlich offene Düsen- mischkammer Belebtschlamm zum eingespeisten Substrat in einem Verhältnis von etwa 3 : 1 ansaugt und mischt.
    14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13 d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im ersten Reaktorraum (1) im unteren Bereich durch die Anordnung der Sedimentationsvorrichtungen (12 u. 13) eine Anaerob¬ zone (15) gebildet wird.
    15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14 d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß durch die Schlitze (28 u. 31) oberhalb der Sedimentationseinrich- tungen (12 u. 13) das in der Anaerobzone (15) gebildete Biogas in den Gasraum des ersten Reaktorraumes (1) abgeleitet wird.
    16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15 d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Wärmetauscher (6) durch seine Rohrkonstruktion bei ge¬ drosselter Substratrückführpumpe (33) die kreisförmige Substratumwälzung (32) im Reaktorraum (1) durch thermische Zirkulation, die der mechanischen Umwälzung überlagert ist, weitgehend übernimmt.
    17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16 d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der zweite Reaktorraum (2) den ersten Reaktorraum (1) ringförmig umgib
    18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17 d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Be- Schickung des Reaktors durch eine Doppelrohrleitung
    (14 u. 17) erfolgt, wobei die Rohrleitung (14) innerhalb der Rohrleitung (17) angeordnet ist, einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der Innendurchmesser der Rohrleitung (17) und im Bereich der Sedimentvorrichtung (13) mit einer Substratumlenkvorrichtung (26) ausge¬ rüstet ist.
    19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 18 d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Sub¬ strat aus dem zweiten Reaktorraum (2) vor der Einspei- sung in den ersten Reaktorraum (1) durch einen Gasab¬ scheider (47) von freien Gasen befreit wird, der mit einer Umlenkvorrichtung (48) sowie entsprechenden Prall¬ blechen (49) ausgerüstet ist.
    20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 19 ' d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Gas- abscheider (47) etwa in der Höhe des Flüssigkeits- spiegels außen am Reaktor angebracht und die Gasab¬ führleitung (37) mit dem Gasraum des zweiten Reaktor¬ raumes verbunden ist.
    21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche
    8 bis 20 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Reaktorraum (1) mit seiner Zylinderwand (8) und der zylindrischen Wand (9) als Einsatz ausgebildet und zusammen mit dem Wärmeaustauscher (6) nach oben her- 0 ausziehbar ist.
    22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 21 d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das bio¬ logisch behandelte Substrat durch einen Austragstutzen (21) in Bodennähe über ein Doppel-U-Rohr (52) ausgetragen wird.
    5 23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 22 d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das biologisc behandelte Substrat über ein Doppel-U-Rohr (52) ausge¬ tragen wird, dessen erster Schenkel (51) zur Erzielung eines höheren Gasdruckes im Gasraum des zweiten Reaktor- o raumes (2) dient, und zwar in Abhängigkeit von der Höhe des Schenkels, der über die Leitung (36) mit dem Gasraum des zweiten Reaktorraumes (2) verbunden ist.
    24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 23 d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Luft mit Hilfe eines Gasverdichters (5) dem zweiten Reaktor¬ raum (2) zugeführt wird, dessen Druckstutzen sich an dem Zwischenraum (30) oder an der Rohrleitung (24) befindet.
    25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 24 d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Gas- druck im Gasraum des Reaktorraumes (2) mit Hilfe des Regelventils (3) eingestellt wird.
    6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 25 d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Tem¬ peratur im Reaktorraum (1 u. 2) durch den Wärmetauscher (6) eingestellt wird, wobei dieser über einen Wärmevorlauf (16)und einenWärmerücklauf ( 18) an eine Wärmequelle anschließbar ist.
    27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 26 d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Ver¬ hältnis Höhe : Durchmesser des Biogasreaktors etwa 2 : 1 beträgt.
    28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 27 d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Ring¬ spalt (11) durch eine Vorrichtung (27), die mit dem Reaktorraum (1 u. 2) verbunden ist, in der Höhe einge¬ stellt werden kann.
    29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 28 d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Boden im Reaktorraum (2) infor einer umlaufenden Trichter- spitze (25) ausgebildet ist.
    30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 29 d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß durch das Überströmregelventil (4) ein entsprechender Gasdifferenz¬ druck zwischen den Gasräumen des Reaktorraumes (1 u. 2) eingestellt wird.
    31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 30 d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß am äußeren Randbereich des Mischinjektors (10) innerhalb der Misch¬ kammer (20) oder auf der Verteilerringrohrleitung (23) , die den Randbereich des Mischinjektors abschließt, Poly- ethylenkerzen aus einem gesintertem Material mit einer Porengröße von 100, ιm umlaufend angebracht sind.
    32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 31 d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein organisches Substrat aus dem Speicherbehälter (46) durch die Pumpe (45) in den anoxischen Raum des Reaktor- raumes (1) eingespeist wird.
    33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 32 d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Wärmetauscher (6) aus hydrophoben, diffusionsfähigen Kunststoffrohren für die Extraktion von Ammoniak angeordnet ist.
    34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 33 d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß an der inneren Rohrwand (8) des Reaktorraumes (1) und an der Innenwand des Leitrohres (9) des Reaktorraumes (2) offenporige, poröse Trägermaterialien (59 u. 61) aus ge¬ sintertem, keramischen Material oder gesintertem Kunst¬ stoff mit einer mittleren Porengröße von βO^m angeordnet sind.
    35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 34 d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die
    Trägermaterialien sternförmig als Substratleitflächen angeordnet sind.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1989-09-21| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): BR DK HU JP NO SU US |
    1989-09-21| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    1989-11-10| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1989903477 Country of ref document: EP |
    1990-03-14| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1989903477 Country of ref document: EP |
    1992-08-05| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1989903477 Country of ref document: EP |
    优先权:
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