DE102004021022B3

DE102004021022B3 - Effluent water anaerobic treatment reactor has cylindrical housing with water inlet at base and water outlet just under water surface

Info

Publication number: DE102004021022B3
Application number: DE102004021022A
Authority: DE
Inventors: Joachim Krassowki
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2004-04-27
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2024-04-28

Abstract

An anaerobic waste water treatment assembly has a reactor with a sludge bed with a colony of anaerobic micro-organisms. The reactor has an inlet for untreated water, an outlet for treated water and an outlet for biogas. The incoming water pipe has branches with perforated pipe outlets and inlets at two or more levels. The reactor container is an upright cylinder and is enclosed. The upper section of the reactor has a gas trap zone with a gas outlet. The water inlet pipes are located near the base of the reactor. Water outlet pipes are located just below the water surface.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur anaeroben Reinigung von Abwasser nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The The invention relates to an apparatus for anaerobic purification of Wastewater according to the preamble of the main claim.

Es sind so genannte Bioreaktoren zum anaeroben Reinigen von Abwässern bekannt, bei denen das zu reinigende Abwasser in einen Behälter eingeleitet wird, in dem sich Mikroorganismen in Form eines Schlammbettes befinden. Das Anwendungsgebiet solcher Bioreaktoren umfasst alle Abwasserarten, die durch anaerobe Abbauvorgänge biologisch gereinigt werden können. Die abzubauenden Substanzen können im Abwasser in gelöster Form oder als dispergierte Feststoffe vorliegen. Üblicherweise handelt es sich um eine Mischung aus gelösten und dispergierten Substanzen.It are known as bioreactors for the anaerobic purification of wastewater, in which introduced the wastewater to be cleaned in a container in which microorganisms are in the form of a sludge bed. The field of application of such bioreactors includes all wastewater types, by anaerobic degradation processes can be biologically cleaned. The substances to be degraded can dissolved in the wastewater Form or as dispersed solids. Usually acts it is a mixture of dissolved and dispersed substances.

Zur Reinigung solcher Abwässer wurden unterschiedliche Reaktortypen entwickelt. Aus der EP 0 170 332 und auch aus der DE 198 15 616 ist eine Vorrichtung bekannt, die auf dem so genannten UASB-Verfahren (Upflow Anaerobic Sludge Bed) basiert und die einen aufrecht stehenden Behälter umfasst, in dem im Bodenbereich eine Abwasserleitung einmündet, die mit einem üblichen Verteilsystem für das Abwasser versehen sein kann. In dem unteren Bereich befindet sich eine mit Mikroorganismen versetzte Sinkschlammzone. Über die Höhe des Behälters ist eine Mehrzahl von Gassammlern angeordnet, von denen Gasleitungen einerseits in eine Steigleitung und andererseits in eine Abfuhrleitung münden, die beide mit einer Gas-Schlamm-Trenneinrichtung verbunden sind. Eine Abzweigung der Steigleitung mündet in die Sinkschlammzone am Boden des Behälters, so dass ein Teil des vom Gassammler kommenden Gases als Gasheber zum Heben des Sinkschlamms einsetzbar ist. Oberhalb der oberen Gassammler, die gleichzeitig zum Abhalten von Schwimmschlamm dienen, ist ein Überlauf zum Abführen des gereinigten Abwassers vorgesehen.For the purification of such effluents, different reactor types have been developed. From the EP 0 170 332 and also from the DE 198 15 616 a device is known which is based on the so-called UASB process (Upflow Anaerobic Sludge Bed) and which comprises an upright container in which opens at the bottom of a sewer, which may be provided with a conventional distribution system for the wastewater. In the lower area is a micro-organisms offset sinking sludge zone. Over the height of the container, a plurality of gas collectors is arranged, of which gas lines open on the one hand in a riser and on the other hand in a discharge line, both of which are connected to a gas-sludge separator. A branch of the riser opens into the sinking sludge zone at the bottom of the container, so that part of the gas coming from the gas collector can be used as a gas lift for lifting the sink sludge. Above the upper gas collector, which also serve to prevent scum, an overflow for discharging the purified waste water is provided.

Weiterhin ist aus der EP 0 169 620 ein Reaktor bekannt, der gleichfalls zur anaeroben Reinigung von Abwasser dient und in dem ein Verteilsystem für die Zufuhr von Abwasser in die Nähe des Bodenbereichs eines Behälters vorgesehen ist. Das Verteilsystem umfasst eine Mehrzahl von in einer Ebene liegenden Rohrleitungen, die schräg nach unten gerichtete Ausströmöffnungen aufweisen. Auf diese Weise soll die Strömungsenergie des Wassers ausgenutzt werden, um das Wasser mit dem sich im unteren Bereich befindenden Schlamm zu mischen.Furthermore, from the EP 0 169 620 a reactor is also known, which also serves for the anaerobic purification of wastewater and in which a distribution system for the supply of waste water is provided in the vicinity of the bottom portion of a container. The distribution system includes a plurality of in-line pipelines having downwardly directed discharge ports. In this way, the flow energy of the water should be exploited to mix the water with the sludge located in the lower area.

Die am Markt etablierten Reaktoren beruhen in hohem Maße auf dem oben angegebenen UASB-Verfahren und sind für relativ hohe Raumbelastungen im Bereich von 15 – 30 kg css/m³/d ausgelegt. Trotz ihrer prinzipiell guten Eignung für die anaerobe Abwasserreinigung haben diese Reaktoren die Gemeinsamkeit, dass sie speziell bei sehr leicht abbaubaren Abwasserinhaltsstoffen Probleme mit der Schlammimmobilisierung haben. Im praktischen Betrieb werden die Folgen dieser Problematik durch zwei Phänomene erkennbar, nämlich durch einen langsamen, kontinuierliche verlaufenden Biomasseaustrag und damit verbundenem fortschreitenden Leistungsverlust oder durch spontan erfolgendem massiven Biomasseaustrag mit der Folge einer ernsten Betriebsstörung durch den schnell auftretenden vollkommenen Leistungsverlust. Diese Schwachpunkte der Reaktoren sind bei Herstellern und Betreibern hinlänglich bekannt. Hieraus erklärt sich auch die Vielzahl der Entwicklungen auf dem Bereich der Abscheidertechnik, die darauf abzielen, diese Probleme zu lösen. Die Ursache des Problems ist aber mit einer Optimierung der Abscheidertechnik nicht zufrieden stellend zu beheben.The reactors established on the market are based to a large extent on the above-mentioned UASB process and are designed for relatively high volume loads in the range of 15-30 kg css / m ³ / d. Despite their in principle good suitability for anaerobic wastewater treatment, these reactors have the common feature that they have problems with sludge immobilization, especially with very easily degradable wastewater constituents. In practical operation, the consequences of this problem can be recognized by two phenomena, namely a slow, continuous biomass discharge and associated progressive loss of power or by spontaneously massive biomass discharge with the result of a serious breakdown due to the rapidly occurring complete loss of power. These weak points of the reactors are well known by manufacturers and operators. This explains the large number of developments in the field of separator technology, which aim to solve these problems. However, the cause of the problem can not be satisfactorily resolved by optimizing the separation technique.

Durch die biologische Überlastung verlieren die für alle Reaktortypen kennzeichnenden Schlammgranulate ihre Fähigkeit zum Stoffaustausch, insbesondere zur Abgabe des erzeugten Biogases vollkommen oder zumindest teilweise. Der Einschluss des erzeugten Biogases reduziert das spezifische Gewicht der Granulate, die im Normalfall schwerer sind als Wasser. Hierdurch nimmt deren Sinkgeschwindigkeit ab, die im optimalen Fall Werte von über 80 m/h im Wasser aufweisen kann. Die derart geschädigten Granulate weisen keine nennenswerte Sinkgeschwindigkeit mehr auf. In Extremfällen führt dieses bis zum Aufschwemmen der Granulate. Durch den in diesem Fall fehlerhaften Dichteunterschied zwischen dem Abwasser und den Schlammgranulaten versagen alle Abscheidertechniken, da für diese zumindest eine geringfügig höhere Dichte der zurückhaltenden Feststoffe erforderlich ist.By the biological overload lose those for all types of sludge granules characterizing their ability for mass transfer, in particular for the delivery of the biogas produced completely or at least partially. The inclusion of the generated Biogas reduces the specific gravity of the granules in the Normally heavier than water. This decreases their sinking speed which, in the optimal case, have values of more than 80 m / h in the water can. The so damaged Granules have no significant sinking rate more. In extreme cases, this leads until flooding of the granules. By the faulty in this case Density difference between the waste water and the sludge granules fail all Abscheidertechniken because for these at least a slightly higher density of the restrained Solids is required.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur anaeroben Reinigung von Abwasser zu schaffen mit der Betriebsprobleme, die auf eine Schlammüberlastung zurückzuführen sind, verhindert oder deutlich reduziert werden.Of the Invention is therefore based on the object, a device for to provide anaerobic purification of sewage with the operating problems that on a mud overload are due prevented or significantly reduced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.These The object is achieved by the characterizing features of the main claim in connection with the Characteristics of the preamble solved.

Dadurch, dass die Abwasserzulaufanordnung mindestens zwei Verteilerebenen aufweist, in denen jeweils Rohrleitungen mit Ausströmöffnungen angeordnet sind, wird die biologische Schlammüberlastung im Normalbetrieb des Reaktors, auch bei sehr leicht abbaubaren Abwasserinhaltsstoffen vermieden. Bei einem Überschreiten der Nennbelastung des Reaktors werden die auftretenden Überbelastungserscheinungen deutlich vermindert.Thereby, that the sewage inlet arrangement at least two distribution levels has, in each of which arranged pipelines with outflow openings are, the biological mud overload in normal operation of the reactor, even with very easily degradable wastewater ingredients avoided. When crossing the rated load of the reactor will be the overloading phenomena that occur significantly reduced.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.By in the subclaims specified measures Advantageous developments and improvements are possible.

Besonders vorteilhaft ist, dass die Verteilung der Abwasserzuführung in den unterschiedlichen Ebenen abhängig vom Prozessverlauf, z.B. vom Methan-Kohlendioxidverhältnis und auf der Basis des pH-Wertes im Schlammbad durch getrennte Antriebe bzw. Pumpen über eine Regeleinrichtung geregelt werden kann.Especially It is advantageous that the distribution of the wastewater supply in depending on the different levels from the course of the process, e.g. from the methane-carbon dioxide ratio and based on the pH in the sludge bath by separate drives or Pumps over a control device can be regulated.

Dadurch, dass der Behälter komplett von der Atmosphäre abgeschlossen ist und einen Gassammelraum im oberen Teil des Behälters vorgesehen ist, kann in einfa cher Weise über ein Ablaufsystem eine Zweiphasen-Trennung von Abwasser und Biogas vorgenommen werden. Dies wird dadurch unterstützt, dass aufgrund der erfindungsgemäßen Abwasserverteilung eine hohe Sinkgeschwindigkeit der Schlammgranulate gewährleistet werden kann.Thereby, that the container completely from the atmosphere is completed and a gas collection space is provided in the upper part of the container, can easily over a drain system a two-phase separation of sewage and biogas. This is supported by the fact that due to the wastewater distribution according to the invention ensures a high rate of descent of the sludge granules can be.

Mit der Zweiphasentrennung kann die Vorrichtung vereinfacht werden, da keine aufwendigen Dreiphasenabscheider mehr notwendig sind.With the two-phase separation, the device can be simplified because no complicated three-phase separators are necessary anymore.

Vorteilhaft ist, insbesondere bei sehr schlanken Reaktoren mit hohen Ausströmgeschwindigkeiten, den Reaktor bzw. Behälter oberhalb des Schlammbetts mit Leitblechen auszurüsten, die einen Teil des Biogases zu den Behälterwänden lenken und in der mittleren Zone einen beruhigten Bereich erzeugen. Dadurch können sich eventuell durch die Ausströmung mitgerissene Schlammpartikel besser absetzen.Advantageous is, especially in very slender reactors with high outflow rates, the reactor or container above the sludge bed to equip with baffles, which are part of the biogas Steer to the container walls and create a calm area in the middle zone. Thereby can possibly through the outflow better remove entrained mud particles.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:embodiments The invention are illustrated in the drawings and in the following description explained. Show it:

1 eine schematische Ansicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, 1 a schematic view of a first embodiment of the device according to the invention,

2 eine perspektivische schematische Ansicht auf die erfindungsgemäße Abwasserzulaufanordnung, 2 a perspective schematic view of the wastewater inlet arrangement according to the invention,

3 eine schematische perspektivische Ansicht auf die Ablaufanordnung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und 3 a schematic perspective view of the drainage arrangement in the device according to the invention, and

4 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 4 A second embodiment of the device according to the invention.

Der in 1 dargestellte Reaktor 1 bzw. Vorrichtung zur anaeroben Reinigung von Abwasser weist einen Behälter 2 in Form einer Säule auf. In dem Behälter 2 befindet sich ein Schlammbett 3, das vorwiegend aus granulat- oder pelletförmig immobilisierten Mikroorganismen besteht. Das Schlammbett 3 befindet sich im Wesentlichen in der unteren Hälfte des Behälters 2, während das Wasser in steigendem Reinigungsgrad nach oben aufschwemmt. Im Reaktorkopf, d.h., oberhalb einer Wasserlinie 20 ist ein Gassammelraum 4 vorgesehen, in dem sich aufsteigendes Biogas sammelt. Eine Ausströmleitung 5 ist mit dem Gassammelraum 4 verbunden und führt das Biogas ab. Der Reaktor 1 bzw. der Behälter 2 ist vollständig von der Atmosphäre abgeschlossen, so dass das im Reaktor 1 befindliche Abwasser keine Kontaktfläche mit der Umgebungsluft aufweist.The in 1 represented reactor 1 or apparatus for the anaerobic purification of wastewater has a container 2 in the form of a column. In the container 2 there is a mud bed 3 , which consists predominantly of granules or pellets immobilized microorganisms. The mud bed 3 is located essentially in the lower half of the container 2 while the water floats up in increasing degree of purification. In the reactor head, ie, above a waterline 20 is a gas collection room 4 provided, in which ascending biogas collects. An outflow line 5 is with the gas collection room 4 connected and discharges the biogas. The reactor 1 or the container 2 is completely closed by the atmosphere, so that in the reactor 1 Wastewater has no contact surface with the ambient air.

Im Bereich des Schlammbettes 3 ist eine Abwasserzulaufanordnung 6 vorgesehen, wie sie näher in 2 dargestellt ist. Die Abwasserzulaufanordnung 6 weist im Ausführungsbeispiel zwei Verteilerebenen 7, 8 auf, wobei im Ausführungsbeispiel entsprechend 2 von einer Zulaufrohrleitung 9, 10 in jeder Ebene parallel angeordnete lang gestreckte Rohrleitungen 11 abgehen. Die lang gestreckten Rohrleitungen 11 weisen über ihre Länge verteilt Ausströmöffnungen 12 auf.In the area of the mud bed 3 is a sewage inlet arrangement 6 provided as they are closer in 2 is shown. The sewage inlet arrangement 6 has in the exemplary embodiment two distribution levels 7 . 8th on, according to the embodiment 2 from an inlet pipe 9 . 10 elongated pipes arranged in parallel at each level 11 depart. The long pipes 11 have outflow openings distributed over their length 12 on.

Selbstverständlich können mehrere Verteilerebenen 7, 8 vorgesehen sein, die sich hierbei im gesamten Bereich des Schlammbetts 3 befinden können, vorzugsweise sind sie jedoch in der unteren Hälfte des Schlammbetts 3 angeordnet. Dabei können je nach Bedarf die Abstände zwischen den Ebenen gleichmäßig oder nach oben zunehmend sein. Die unterste Zulaufebene 7 ist in unmittelbarer Bodennähe vorgesehen. Bei höherer Anordnung in Bezug auf den Behälter 2 sollte der maximale Abstand zum Boden 50 cm nicht überschreiten.Of course, multiple distribution levels 7 . 8th be provided here in the entire area of the mud bed 3 however, they are preferably in the lower half of the sludge bed 3 arranged. Depending on requirements, the distances between the levels may be even or increasing. The lowest feed level 7 is provided near the ground. With higher arrangement with respect to the container 2 the maximum distance to the ground should not exceed 50 cm.

Grundsätzlich können die Ausströmöffnungen 12 in beliebigen Winkeln zur Bodenfläche angeordnet sein. Im Regelfall sind die Ausströmöffnungen 12 parallel zur Bodenfläche des Behälters 2 angeordnet, falls die unterste Verteilerebene 7 einen erhöhten Abstand zum Boden aufweist, sollten die Ausströmöffnungen 12 dieser Ebene 7 zum Boden gerichtet sein. Durch die Zuführung des Abwassers, insbesondere durch Steuerung der Ausströmgeschwindigkeit des Abwassers aus den Ausströmöffnungen 12 wird das Schlammbett 3 expandiert, jedoch nicht fluidisiert.In principle, the outflow openings 12 be arranged at any angle to the bottom surface. As a rule, the outflow openings 12 parallel to the bottom surface of the container 2 arranged, if the lowest distribution level 7 has an increased distance to the ground, should the outflow 12 this level 7 be directed to the ground. By supplying the waste water, in particular by controlling the outflow velocity of the waste water from the outflow openings 12 becomes the mud bed 3 expanded, but not fluidized.

Selbstverständlich müssen die Rohrleitungen nicht lang gestreckt sein, wie in 2 gezeigt ist, sie können in einer anderen Ausführungsbeispiel auch gebogen oder gekrümmt sein.Of course, the pipes do not have to be stretched long, as in 2 is shown, they may also be bent or curved in another embodiment.

In 1 geschieht der Zulauf des Abwassers in die verschiedenen Verteilerebenen 7, 8 über eine gemeinsame Leitung 13, die an eine entsprechende Pumpe angeschlossen ist. In einem anderen Ausführungsbeispiel, wie es in 4, aber auch in 2 angedeutet ist, können die Ebenen 7, 8 von getrennten Zufuhrleitungen 14, 15 gespeist werden, wobei auch getrennte Pumpen vorgesehen sein können. Dadurch kann die Verteilung der Abwasserzuführung in den unterschiedlichen Ebenen abhängig vom Prozessverlauf gesteuert bzw. geregelt werden, wobei für die Steuerung/Regelung Steuer-Regeleinrichtungen vorgesehen sind, die auf Basis des Methan/Kohlendioxidverhält nisses im Biogas und auf Basis des pH-Wertes im Schlammbett angesteuert werden. Angestrebt wird eine auf KI(Künstliche Intelligenz)-Methoden (z.B. Neuro-Fuzzy-Systeme) basierende Steuerung.In 1 The inflow of wastewater takes place in the various distribution levels 7 . 8th via a common line 13 , which is connected to a corresponding pump. In another embodiment, as in 4 , but also in 2 implied, the levels can 7 . 8th from separate supply lines 14 . 15 be fed, with separate pumps may be provided. As a result, the distribution of the wastewater supply in the different levels depending on the course of the process can be controlled, are provided for the control / regulation control devices, based on the methane / carbon dioxide ratio in the biogas and on the basis of the pH value in the sludge bed be controlled. The aim is a control based on AI (Artificial Intelligence) methods (eg neuro-fuzzy systems).

Für gereinigtes Abwasser ist im oberen Teil des Behälters 2 eine Ablaufanordnung 16 für gereinigtes Abwasser vorgesehen, die näher in 3 dargestellt ist, wobei der Behälter 2 in 3 nur durch einen Zylindermantel angedeutet ist. Die Ablaufanordnung 16 besteht aus einem Rohrsystem mit einer Ablaufleitung 18, in die mehrere parallel angeordnete lang gestreckte Rohrleitungen 17 münden. Die Rohrleitungen 17 weisen Ablauföffnungen 19 auf, die über die Länge der Rohrleitungen 17 verteilt sind und die nach oben, d.h. in Richtung der Gassammelkammer 4 gerichtet sind, damit kein Biogas in die Ablauföffnungen gelangt. Wie zu erkennen ist, liegt die Ablaufanordnung 16 dicht unter der Gas-Wassertrennlinie 20 im Reaktor, sollte jedoch einen vorgegebenen Mindestabstand, der bei einem Reaktor mit einer Höhe von 20 m und einem Reaktordurchmesser von 5 m ca. 30 cm beträgt, nicht unterschreiten, um zu vermeiden, dass bei wechselnden Gasdrücken Biogas in den Abwasserablauf gelangen kann.For purified waste water is in the upper part of the tank 2 a drainage arrangement 16 intended for treated wastewater closer in 3 is shown, wherein the container 2 in 3 is indicated only by a cylinder jacket. The drainage arrangement 16 consists of a pipe system with a drain line 18 , in which several parallel arranged elongated pipelines 17 lead. The pipelines 17 have drainage holes 19 on that over the length of the piping 17 are distributed and the upward, ie in the direction of the gas collection chamber 4 are directed so that no biogas enters the drain holes. As can be seen, the drainage arrangement is located 16 just below the gas-water separation line 20 in the reactor, but should not fall below a predetermined minimum distance, which is approximately 30 cm in a reactor with a height of 20 m and a reactor diameter of 5 m, in order to avoid that with changing gas pressures biogas can get into the wastewater drain.

Das Ablaufsystem 16 und die Biogassammelkammer 4 mit der Biogasleitung 5 stellen ein Zweiphasen-Trennsystem dar, das aufgrund der hohen Sinkgeschwindigkeit der Schlammgranulate, die durch die Abwasserzulaufanordnung gewährleistet wird, möglich wird.The drainage system 16 and the biogas collection chamber 4 with the biogas pipeline 5 represent a two-phase separation system, which is possible due to the high rate of descent of the sludge granules, which is ensured by the sewage inlet arrangement.

Die Zweiphasentrennung wird durch ein Ausführungsbeispiel entsprechend 4 weiter verbessert, bei dem oberhalb des Schlammbetts 3 Biogasleitbleche 21 vorgesehen werden, die schräg angeordnet sind, derart, dass sie einen Teil des Biogases, der durch die Pfeile angedeutet ist, zu den Behälterwänden gelenkt wird. Dadurch entsteht in der mittleren Zone unterhalb des Ablaufsystems 16 ein beruhigter Bereich 22, in dem sich eventuell durch Ausströmung mitgerissene Schlammpartikel besser absetzen können.The two-phase separation is corresponding to an embodiment 4 further improved, in which above the mud bed 3 Biogasleitbleche 21 are provided, which are arranged obliquely, such that it is a part of the biogas, which is indicated by the arrows, directed to the container walls. This results in the middle zone below the drainage system 16 a calm area 22 in which any mud particles entrained by outflow may settle better.

In diesem Ausführungsbeispiel ist auch die getrennte Zuführung des Abwassers zu den Verteilerebenen 7, 8 dargestellt und durch zusätzliche Pumpen 23, 24, die durch eine Steuer-/Regeleinheit 25 geregelt werden können, realisiert.In this embodiment, the separate supply of waste water to the distribution levels 7 . 8th represented and by additional pumps 23 . 24 by a control unit 25 can be regulated realized.

Für die Auslegung der Abwasserzulaufanordnung 6 spielt die Anzahl der Zulauföffnungen 12 eine merkbare Rolle. In der bisherigen Praxis wird die Festlegung der Düsenanzahl auf Basis hydraulischer Berechnungen durchgeführt (z.B. Einstellung einer bestimmten Reynoldszahl am Düsenausgang). Die Belastung im Einlaufbereich bleibt unberücksichtigt. Die erforderliche Anzahl von Zulauföffnungen 12 wird nach dem derzeitigen Stand mit einer Anordnung in einer Ebene in Anzahl der Öffnungen pro m² Reaktorgrundfläche angegeben. Bei der Abwasserzulaufanordnung 6 mit mehreren Verteilerebenen ist dieser Parameter unzureichend, zudem gibt er keinen Aufschluss über Schlammbelastung im unmittelbaren Bereich des Reaktorzulaufs.For the design of the sewage inlet arrangement 6 plays the number of inlet openings 12 a noticeable role. In the past practice, the determination of the number of nozzles on the basis of hydraulic calculations performed (eg setting a certain Reynolds number at the nozzle outlet). The load in the inlet area remains unconsidered. The required number of inlet openings 12 is given in the current state with an arrangement in a plane in number of openings per m ² reactor area. In the sewage inlet arrangement 6 with several distribution levels, this parameter is inadequate and, moreover, it does not give any information about sludge loading in the immediate area of the reactor feed.

Für die Auslegung der Abwasserzulaufanordnung 6 in zwei oder mehreren Ebenen werden die folgenden Definitionen und Parameter verwendet:
Es wird eine Zulaufzone V_Z[m³] definiert, die den Bereich des Reaktors 1 beschreibt, in dem sich die Ausströmöffnungen 12 befinden und in dem die Biomasse des Reaktors 1 in direkten Kontakt mit unbehandeltem Abwasser kommt. Die Definition der Zulaufzone ermöglicht die Bestimmung der Schlammbelastung im Zulaufbereich und gibt damit Aufschluss über einen biologisch relevanten Parameter.For the design of the sewage inlet arrangement 6 in two or more levels, the following definitions and parameters are used:
An inflow zone V _Z [m ³ ] is defined, which is the area of the reactor 1 describes in which the outflow openings 12 and in which the biomass of the reactor 1 comes in direct contact with untreated wastewater. The definition of the inflow zone makes it possible to determine the sludge load in the inflow area and thus provides information on a biologically relevant parameter.

Zur räumlichen Festlegung wird definiert, dass die Zulaufzone V_Z sich innerhalb der folgenden Grenzen befindet
Untere Grenze: Reaktorboden
Seitengrenze: seitliche Reaktorabgrenzung
Obergrenze: 0,5 m über der letzten ZulaufebeneFor spatial definition, it is defined that the inflow zone V _Z is within the following limits
Lower limit: reactor bottom
Side boundary: lateral reactor boundary
Upper limit: 0.5 m above the last feed level

Dieser pauschal angesetzte Abstand von 0,5 m ist in der Praxis mit Sicherheit ausreichen. Genau genommen müssten die Abmessungen des Reaktors sowie die hydraulischen Verhältnisse (Wasser-Aufströmgeschwindigkeit, Turbulenzen) mit berücksichtigt werden.This a fixed distance of 0.5 m is in practice with certainty suffice. Strictly speaking the dimensions of the reactor and the hydraulic conditions (Water upflow, Turbulence) become.

Für die Bestimmung der Initialbelastung wird davon ausgegangen, dass das komplette Abwasser die Zulaufzone V_Z des Reaktors 2 passieren muss. Die Schmutzfracht ist in dieser Zone zwar nicht vollständig abgebaut, dennoch wird durch eine andauernd hohe Initialbelastung der Schlamm gestresst. Insbesondere kann eine hohe Initialbelastung bei leicht abbaubaren Wasserinhaltsstoffen schnell zum Auftreten von Überlasterscheinungen führen. Daher muss die Initialbelastung niedrig gehalten werden.For the determination of the initial load, it is assumed that the complete wastewater is the feed zone V _{Z of} the reactor 2 must happen. Although the pollution in this zone is not completely reduced, nevertheless the mud is stressed by a continuously high initial load. In particular, a high initial load of easily degradable water ingredients can quickly lead to the occurrence of overload phenomena. Therefore, the initial load must be kept low.

Der neu eingeführte Begriff "Initialbelastung" (Zulaufzonenbelastung) wurde zur Abgrenzung der Belastung der Zulaufzone von der Raumbelastung des Reaktors (in der Praxis häufig auch einfach "Reaktorbelastung" genannt) gewählt.Of the newly introduced Term "initial load" (inlet zone load) was used to delineate the load of the inflow zone from the room load of the Reactor (often in practice also simply called "reactor load").

Die Initialbelastung B_I des Schlamms errechnet sich aus:

wobei B_CSB die organische Belastung des Reaktors

ist und V_Z das Volumen der Zulaufzone [m³] ist.The initial load B _{I of} the sludge is calculated from:

where B _{CSB is} the organic load of the reactor

and V _{Z is} the volume of the feed zone [m ³ ].

Berechnungsbeispielcalculation example

Im Folgenden wird für die Initialbelastung des Schlamms bei einer Abwasserzulaufanordnung nach dem Stand der Technik und nach der Erfindung eine Beispielsrechnung durchgeführt:
Als Ansatz werden eine gängige Geometrie und ein mittlerer Belastungswert für Industriereaktoren gewählt:
Reaktordurchmesser (d): 5 m,
Reaktorhöhe (h): 20 m,
Organische Belastung (B_CSB) 8000 kg_CSB/d.In the following, an example calculation is carried out for the initial loading of the sludge in a wastewater intake arrangement according to the prior art and according to the invention:
The approach uses a common geometry and a mean load value for industrial reactors:
Reactor diameter (d): 5 m,
Reactor height (h): 20 m,
Organic load (B _COD ) 8000 kg _COD / d.

In einem herkömmlichen Reaktorsystem ergibt sich hieraus eine Initialbelastung für den Schlamm von:

In a conventional reactor system, this results in an initial load for the sludge from:

Initialbelastung mit einer Abwasserzulaufanordnung in mehreren Ebenen mit einer Verteilung der Ausströmöff nungen 12 im Bereich von 0 – 3 m Höhe:

Initial load with a sewage inlet arrangement in several levels with a distribution of Ausströmöff openings 12 in the range of 0 - 3 m height:

Durch diese deutlich niedrigere Initialbelastung bei einer Abwasserzulaufanordnung mit mehreren Ebenen wird die Betriebsstabilität des Reaktors erheblich gesteigert. Die Berechnung setzt eine möglichst gleichmäßige Verteilung von Zulaufebenen/Zulauföffnungen in der Zulaufzone voraus.By this significantly lower initial load in a sewage inlet arrangement with several levels, the operating stability of the reactor is significantly increased. The calculation sets one as possible even distribution of inlet levels / inlet openings in the inlet zone ahead.

Für eine homogene Verteilung des Abwassers muss eine ausreichende Anzahl von Ausströmöffnungen 12 in der Zulaufzone vorhanden sein. Die Anordnungsdichte D_D der Ausströmungsöffnungen 12 berechnet sich aus der Gesamtanzahl der Ausströmöffnungen sowie der Größe der Zulaufzone V_Z:

For a homogeneous distribution of the wastewater must have a sufficient number of outflow openings 12 be present in the feed zone. The arrangement density D _{D of} the outflow openings 12 is calculated from the total number of outflow openings as well as the size of the inflow zone V _Z :

Es lässt sich abschätzen, dass der Parameter D_D bei den Reaktoren zwischen 4/m³ und 1/m³ liegen wird.It can be estimated that the parameter D _D for the reactors will be between 4 / m ³ and 1 / m ³ .

Claims

Apparatus for the anaerobic purification of waste water comprising a container in which a sludge bed with anaerobic microorganisms is accommodated, with a wastewater inlet arrangement, a drainage system for wastewater and a discharge device for biogas, characterized in that the wastewater inlet arrangement ( 6 ) at least two distribution levels ( 7 . 8th ), in each of which pipelines ( 11 ) with outflow openings ( 12 ) are arranged.

Device according to claim 1, characterized in that that the container formed columnar and closed.

Apparatus according to claim 1 or claim 2, characterized in that; that in the upper area of the container ( 2 ) a gas collection room ( 4 ) is arranged, from which a discharge line ( 5 ) for biogas.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the drainage arrangement ( 16 ) for purified wastewater several with drainage holes ( 19 ) provided pipelines ( 17 ), which are in a drain line ( 18 ), whereby the pipelines ( 17 ) just below the dividing line ( 20 ) of the water gas collection space with a distance to the dividing line ( 20 ) are arranged, which is chosen so that under consideration of changing gas pressures no biogas enters the drain holes.

Apparatus according to claim 4, characterized in that the drainage openings ( 19 ) up to the gas collection room ( 4 ) are directed.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the distribution levels ( 7 . 8th ) of the inlet arrangement ( 6 ) are arranged at different intervals within the sludge bed.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the distribution levels ( 7 . 8th ) in the lower half of the mud bed ( 3 ) are arranged.

Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the number of outflow openings ( 12 ) of the wastewater inlet arrangement ( 6 ) for controlling the distribution of the waste water feed in the distribution levels ( 7 . 8th ) are different.

Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the pipes ( 11 ) of the respective distribution levels ( 7 . 8th ) as each separate inlet circuits are formed.

Device according to claim 9, characterized in that a control arrangement ( 25 ), which determines the distribution of the waste water feed for the different distribution levels ( 7 . 8th ) depending on the course of the process.

Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that above the sludge bed ( 3 ) Baffles ( 21 ) to create a calm zone ( 22 ) below the drainage arrangement ( 16 ) in the container ( 2 ) are arranged.