DE2032528C3

DE2032528C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von Abwasser

Info

Publication number: DE2032528C3
Application number: DE2032528A
Authority: DE
Inventors: John Ruben Williamsville N.Y. Mcwhirter (V.St.A.)
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1969-07-02
Filing date: 1970-07-01
Publication date: 1978-12-07
Also published as: NL7009742A; USRE29782E; DE2032528A1; DE2032528B2; US3547811A; ZA704502B; BR7020197D0; JPS4919583B1; BE752085A; AT321832B; FR2054074A5; GB1325325A; IL34945A0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von biochemisch oxydierbare Bestandteile enthaltendem Abwasser in zumindest einer Begasungszone unter Zufuhr von wenigstens 50 Volumprozent Sauerstoff enthaltendem Gas in Gegenwart von belebtem Schlamm unter Zirkulation zwischen dem über der Flüssigkeit befindlichen Gas und der Flüssigkeit bei gleichzeitigem Umrühren der Flüssigkeit.

In der US-Patentschrift 33 56 609 ist ein Verfahren zum Behandeln von Abwasser mit einem mehr als 30, vorzugsweise 60 bis 100 Volumprozent Sauerstoff enthaltenden Gas in Gegenwart von belebtem Schlamm beschrieben. Ziel dieses bekannten Verfahrens ist die möglichst weitgehende Entfernung von Phosphor, Kohlenstoff und Stickstoff enthaltenden Stoffen aus dem Abwasser. Angaben darüber, welche Maßnahmen erforderlich sind, um eine optimale Ausnutzung des zugeführten Sauerstoffs zu erreichen, lassen sich dieser

Veröffentlichung nicht entnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei welchem ein sehr großer Anteil des der Be»asungszone zugeführten Sauerstoffs zur Behandlung des Abwassers nutzbar gemacht wird, wobei ein wirtschaftliches Optimum zwischen dem Verbrauch des Sauerstoffs in der Flüssigkeit und der aufgewandten Energie erreicht werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in wenigstens zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten gearbeitet wird, die jeweils mindestens 10 Minuten dauern, daß am Ende des ersten Verfahrensschrittes das Gas über der Flüssigkeit abgezogen wird und in dem zweiten Verfahrensschritt ein zweites Gas der eingangs angegebenen Zusammensetzung der Begasungszone zugeführt wird, daß die Konzentration des Sauerstoffs in dem über der Flüssigkeit befindlichen Gas bei jedem Verfahrensschritt zwischen 10 und 70 Volumprozent bei einem Partialdruck von wenigstens 76 mm Hg gehalten wird, daß bei jedem Verfahrensschritt so viel Energie für die Zirkulation zwischen dem über der Flüssigkeit befindlichen Gas und der Flüssigkeit sowie das Umrühren der Flüssigkeit aufgewendet wird, daß jeweils mindestens 60% des zugeführten Sauerstoffs verbraucht werden, und daß bei dem zweiten Verfahrensschritt wenigstens ein Teil der in dem ersten Verfahrensschritt behandelten Flüssigkeit zugegeben ist, daß nach Vollendung jedes Verfahrensschrittes beim Abziehen des Gases aus der Begasungszone diese praktisch vollständig mit der zu behandelnden Flüssigkeit gefüllt wird, durch Einführen von Gas beim Beginn des folgenden Verfahrensschrittes die Flüssigkeit aus dem oberen Teil der Begasungszone verdrängt wird, und das Abziehen des Gases aus der Begasungszone durch Erhöhung des hydrostatischen Druckes in der Begasungszone bewirkt wird.

Das Verfahren gemäß der Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß eine optimale Ausnutzung des der Begasungszone zugeführten Sauerstoffs bei geringem Energieaufwand erreicht wird.

Vorzugsweise wird so gearbeitet, daß nach jedem Verfahrensschritt Flüssigkeit aus der Begasungszone abgezogen wird.

Während jedes Verfahrensschrittes kann zusätzlich Abwasser in die Begasungszone eingeführt werden.

Besonders vorteilhaft kann so gearbeitet werden, daß durch Rückführung von konzentriertem belebtem Schlamm bei dem ersten Verfahrensschritt der Gehalt der Flüssigkeit an suspendierten flüchtigen Feststoffen bei wenigstens 3000 mg/1 gehalten wird.

In der Regel wird so gearbeitet, daß das Umrühren erst begonnen wird, wenn der Flüssigkeitsspiegel in der Begasungszone auf eine bestimmte Höhe herabgesunken ist.

Bei einer Ausführup.gsform des Verfahrens kann während des ersten Verfahrensschrittes ein Teil des Gases erst nach Beginn des Umrührens in die Begasungszone eingeführt werden. Hierbei kann während des Umrührens nur so viel Gas in die Begasungszone eingeführt werden, daß in ihr ein konstanter Druck und ein konstantes Volumen des Gases über der Flüssigkeit aufrechterhalten werden.

Die besten Erfolge bei der Verwertung des zugeführten Sauerstoffs werden erreicht, wenn je Kilowattstunde der zum Zirkulieren und Umrühren angewendeten Energie stündlich 1,92 bis 9,60 kg Sauerstoff der Begasungszone zugeführt werden.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform des Verfahrens wird bei Verwendung eines Gases mit wenigstens 90 Volumprozent Sauerstoff das Umrühren und Zirkulieren so lange fortgesetzt, daß wenigstens 75% des in dem zugeführten Gas enthaltenen Sauerstoffs verbraucht sind und ein Gas mit 40 bis 60 Volumprozent Sauerstoff abgezogen werden kann.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, mit einem Behälter für

ίο das zu behandelnde Abwasser, einer Quelle für das Gas, zumindest einer als Kammer ausgebildeten Begasungszone, deren Seitenwandung bis unter die Oberfläche der in dem Behälter befindlichen Flüssigkeit reicht, einem gasdichten Deckel auf der Kammer, einer Gasleitung zwischen der Quelle für das Gas und der Kammer, MitUeln zum Zirkulieren des Gases und der Flüssigkeit und zum Umrühren der Flüssigkeit und einer mit einem Ventil versehen Leitung zum Abziehen des Gases aus der Kammer, die dadurch gekennzeichnet ist, daß in der Einlaßleitung für das Gas in die Kammer ein Ventil zur Regelung des Gasdruckes in der Kammer angeordnet ist, daß Mittel zur Feststellung des Gasdruckes in der Kammer vorgesehen sind, über die das Ventil in der Einlaßleitung für das Gas gesteuert wird, und daß Regelvorrichtungen vorgesehen sind, durch welche beim Schließen des Ventils in der Leitung zum Abziehen des Gases aas der Kammer die Gaszuführung durch die Einlaßleitung gleichzeitig geöffent und, während dieses Ventil geöffnet ist, unterbunden wird.

Vorzugsweise enthält die Vorrichtung einen unter der Flüssigkeitsoberfläche in der Kammer angeordneten Gasverteiler und ein mit der Saugseite mit dem oberen Teil der Kammer und mit der Druckseite mit dem Gasverteiler in Verbindung stehendes Gebläse.

Jn der Zeichnung sind beispielsweise vier Ausführungsformen der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung und Versuchsergebnisse in zwei Diagrammen dargestellt, die nachstehend näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch die erste Ausführungsform mit einem Behälterund einem nachgeschalteten Klärgefäß,

F i g. 2 in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch die zweite Ausführungsform mit einem

•i -> Behälter und einem Gebläse,

Fig.3 in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch die dritte Ausführungsform,

Fig.4 in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch die vierte Ausführungsform mit einem

in Behälter und vier als Kammern ausgebildeten Begasungszonen,

F i g. 5 die Beziehung zwischen dem Gehalt des Gases und der Flüssigkeit an Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendioxyd während der Dauer eines Verfahrens-Schrittes bei der Behandlung eines typischen städtischen Abwassers und

F i g. 6 die Änderungen der Zuführungsgeschwindigkeit von Sauerstoff, der Übertragung des Sauerstoffs in die Flüssigkeit und den Anteil der Absorption des

■ Sauerstoffes während der Dauer eines Verfahrensschrittes gemäß F i g. 5.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 wird biochemisch oxydierbare Bestandteile enthaltendes Wasser, beispielsweise Abwasser, durch eine Leitung !2 in einen Behälter 11 eingeführt. Belebter Schlamm wird in diesen Behälter 11 durch eine Leitung 13 eingebracht. Er kann aber auch gegebenenfalls vorher mit dem Abwasser gemischt und dann durch die Leitung 12 eingeführt

werden. Eine Konzentration der Feststoffe kann in einem Klärgefäß 15 vorgenommen werden, wo die mit Sauerstoff behandelte Suspension zu gereinigtem Wasser und einem konzentrierten Schlamm getrennt wird. Die an sich bekannten Klärgefäße können beispielsweise an ihrem unteren Ende einen rotierenden Rechen 16 aufweisen, um ein Absetzen des konzentrierten Schlammes zu vermeiden. Der letztere wird aus dem Klärgefäß 15 durch eine Leitung 17 abgezogen. Wenigstens ein Teil von ihm wird mittels einer Pumpe 18 durch die Leitung 13 in den Behälter 11 zurückgeführt. Das gereinigte Wasser wird aus dem Klärgefäß 15 durch eine Leitung 19 abgezogen.

Eine Kammer 20 ist fest in dem Behälter 11 unter dem Flüssigkeitsspiegel angeordnet, und zwar durch Teile 21. Der Behälter 11 weist ein Ablaßwehr 23 und die Kammer 20 einen gasdichten Deckel 22 auf. Das untere Ende 24 der Kammer 20 steht in Verbindung mit dem Behälter 11. Die Vorrichtung enthält ferner eine Quelle 25 für sauerstoffhaltiges Gas, z. B. einen Druckbehälter oder einen thermisch isolierten Behälter für verflüssigtes Gas mit Verdampfungsmitteln. Eine Einlaßleitung 26 verbindet die Quelle 25 und die Kammer 20. Ein Ventil

27 für den Gaseinlaß und und ein Absperrventil 28 sind in der Einlaßieitung 26 angeordnet. Das Absperrventil

28 befindet sich vorzugsweise stromabwärts von dem Ventil 27. Ein Druckschalter 29 kann ebenfalls in der Einlaßleitung 26 angeordnet sein.

Das zugeführte Gas enthält wenigstens 50 Volumprozent Sauerstoff, und die Zeit zum Mischen des Gases mit der Flüssigkeit beim Erreichen eines wenigstens 60prozentigen Verbrauchs des eingeführten Sauerstoffs beträgt nicht weniger als 10 Minuten. Die Umstellzeit am Ende jedes Verfahrensschrittes zum Ablassen des Abgases, Wiederfüllen der Kammer 20 mit Sauerstoff enthaltendem Gas und Wiederanlassen des Mischers beträgt üblicherweise 2 bis 3 Minuten. Es wird so viel Sauerstoff enthaltendes Gas eingeführt, daß der Partialdruck des Sauerstoffes bei wenigstens 378 mm Hg liegt und daß das Mischen wenigstens unter atmosphärischem Druck geschieht. Unteratmosphärische Drücke sollen vermieden werden, um die übertragene Menge von Sauerstoff nicht zu verringern und um keine atmosphärische Luft in die Kammer 20 einzulassen.

Die Flüssigkeit und das Gas werden in der Kammer 20 gemischt, beispielsweise mittels eines an der Oberfläche angeordneten Rührers 30, der von einem Elektromotor 31 angetrieben wird. Diese beiden sind durch eine Welle miteinander verbunden, die bei 32 dichtend durch eine mittige öffnung in dem Deckel 22 geführt ist, um ein Austreten von Gas zu vermeiden.

Eine Leitung 33 steht in Verbindung mit dem oberen Teil der Kammer 20 und dient zum Ablassen von Abgas mit nicht verbrauchtem Sauerstoff. Die Leitung 33 weist ein Ventil 34 auf. Stromaufwärts oberhalb des Ventils 34 kann ein Druckschalter 35 angeordnet sein.

Das Verfahren nach der Erfindung soll nun unter Verwendung einer Vorrichtung nach F i g. 1 beschrieben werden. Es sei angenommen, daß der erste Verfahrensschritt in der Kammer 20 beginnt, wenn diese praktisch vollständig mit der Flüssigkeit gefüllt und der Rührer 30 abgestellt ist Hierbei ist das Ventil 34 geschlossen, und das Absperrventil 28 wird durch eine Regelvorrichtung 37 geöffnet Dadurch tritt das Gas in die Kammer 20 ein und verdrängt einen Teil der Flüssigkeit aus dem oberen Teil der Kammer 20 in den Behälter 11. Über den Druckschalter 29 wird der steigende Druck des eingeführten Gases in der Einlaßleitung 26 gemessen. Wenn ein bestimmter Wert erreicht ist, wird ein Signal durch eine Leitung 36 weitergegeben, durch welche der Elektromotor 31 in Gang gesetzt wird, und das Zirkulieren von Gas und Flüssigkeit beginnt. Man kann aber auch den Rührer 30 kontinuierlich laufen lassen, selbst beim Ablassen des Gases während jedes Verfahrensschrittes. In diesem Falle ist der Druckschalter 29 nicht erforderlich. Der

ίο Vorteil dieser Regelung besteht darin, daß Energie zum Betreiben des Rührers 30 nur dann verbraucht wird, wenn gemischt werden soll.

Das Ventil 27 für den Gaseinlaß ist ein Bestandteil der Mittel zur Steuerung. Durch dieses Ventil 27 soll der Gasdruck in der Kammer 20 bei einem vorbestimmten Wert gehalten werden. Dieser Wert liegt meist über Atmosphärendruck, vorzugsweise bei 775 bis 1290 mm Hg. Wenn der Druckschalter 29 verwendet wird, so kann der vorbestimmte Gasdruck der gleiche oder größer sein als der Gasdruck, bei welchem der Elektromotor 31 den Rührer 30 in Gang setzt. Während des Mischens bei jedem Verfahrensschritt wird nur so viel Sauerstoff enthaltendes Gas durch die Einlaßleitung 26 zugeführt, daß die von der Flüssigkeit aufgenommene Gasmenge ersetzt wird. Da Stickstoff und Kohlendioxyd aus der Flüssigkeit in den Gasraum darüber gelangen, nimmt der Sauerstoffgehalt ab.

Sehr große Anteile des Sauerstoffs können absorbiert werden, wenn man das Zirkulieren und Umrühren so lange fortsetzt, bis der gesamte Sauerstoff im Gas verbraucht ist. Die Energiekosten werden hierbei aber unzulässig hoch und auch die Anlagekosten werden erhöht. Diese einander entgegengesetzten Parameter können ins Gleichgewicht gebracht werden durch das Verfahren nach der Erfindung. Man mischt das Gas und die Flüssigkeit wenigstens 10 Minuten lang so lange, daß beim ersten Verfahrensschritt wenigstens 60% des Sauerstoffs verbraucht werden. Das Abgas enthält 10 bis 70% Sauerstoff, aber weniger als das zugeführte Gas, und hat einen Partialdruck des Sauerstoffs von wenigstens 76 mm Hg. Wenn das nach dem ersten Verfahrensschritt aus der Kammer 20 abgelassene Gas nur 10% Sauerstoff enthält, läßt man es in die Atmosphäre ab.

4) Vorzugsweise führt man den Sauerstoff stündlich in einer Menge von 1,92 bis 9,60 kg je Kilowattstunde der gesamten aufgewendeten Energie während jedes Verfahrensschrittes ein. Bei kleineren Zuführungsgeschwindigkeiten nimmt die Auflösungsgeschwindigkeit

">o des Sauerstoffes in der Flüssigkeit ab, und bei höherer Zuführungsgeschwindigkeiten wird mehr Sauerstoff zugeführt, als bei dem gegebenen Energieaufwand wirksam gemischt werden kann.

Am Ende jedes Verfahrensschrittes wird durch die

Regelvorrichtung 37 gleichzeitig das Absperrventil 28 geschlossen und das Ventil 34 geöffnet Der Elektromotor 31 kann ebenfalls zu diesem Zeitpunkt stillgesetzt werden. Hierfür können verschiedene, an sich bekannte Regelvorrichtungen verwendet werden. Es kann bei-

w· spielsweise ein automatischer Zeitgeber verwendet werden, der mit dem Absperrventil 28 und dem Ventil 34 über Leitungen 38 und 39 verbunden ist Ein Zeitgebei ist gut geeignet für verhältnismäßig gleichmäßige Arbeitsbedingungen und lange Verfahrensschritte. Die

r~· Zeiteinstellung eines solchen Zeitgebers kann aber bei geeigneter Regelung geändert werden, um Änderunger in der Menge und der Zusammensetzung des Abwasser: zu entsprechen. Man kann eine Anpassung ar

Änderungen im Gehalt der gemischten Flüssigkeit an gelöstem Sauerstoff auch dadurch herbeiführen, daß beispielsweise die Rotationsgeschwindigkeit des Rührers 30 geändert wird.

Das Abgas wird unter hydrostatischem Druck durch -, die Leitung 33 abgezogen. Der Flüssigkeitsspiegel in der Kammer 20 steigt und verdrängt das Gas. Die Kante des Ablaßwehrs 23 muß aber über dem Deckel 22 liegen. Nach Ende des Gasablasses wird gleichzeitig das Ventil

34 geschlossen und das Absperrventil 28 geöffnet. Das m kann beispielsweise durch einen zweiten Druckschalter

35 geschehen, der wirksam wird, wenn der Flüssigkeitsspiegel den Decke! 22 fast erreicht. Eine Leitung 40 verbindet den zweiten Druckschalter 35 mit der Regelvorrichtung 37. Der vorbeschriebene Verfahrensschritt wird danach wenigstens ein weiteres Mal wiederholt. Hierbei wird ein zweites Gas mit wenigstens 50 Volumprozent Sauerstoff und einem Partialdruck des Sauerstoffs von wenigstens 378 mm Hg durch die Einlaßleitung 26 in die Kammer 20 eingelassen, wo es mit weiterem Abwasser und belebtem Schlamm gemischt wird. Das Flüssigkeitsgemisch enthält wenigstens zum Teil die beim ersten Verfahrensschritt erhaltene Suspension von Feststoffen in Flüssigkeit. Der Anteil dieser vorbehandelten Flüssigkeit hängt von verschiedenen Umständen ab, unter anderen von den relativen Abmessungen der Kammer 20 und des Behälters 11, der Strömungsgeschwindigkeiten der Flüssigkeit und des Gases, dem Gehalt des Gases an Sauerstoff, der aufgewendeten Energie, der Mischzeit und dem gewünschten Gehalt des abfließenden Wassers an biochemisch oxydierbaren Bestandteilen. In einigen Fällen mag es erwünscht sein, am Ende des ersten Verfahrensschrittes mit Sauerstoff behandelte Flüssigkeit durch eine Leitung 14 abzulassen und darauf das y, zweite Abwasser und belebten Schlamm durch die Leitungen 12 und 13 einzuführen, bevor das Einlassen des zweiten Gases durch die Einlaßleitung 26 in die Kammer 20 beginnt.

Die Vorrichtung nach Fig.2 weicht in manchen Beziehungen von der Vorrichtung nach F i g. 1 ab. Der Behälter 11 für die Flüssigkeit ist ein natürlich vorkommendes Reservoir, z. B. ein Teich. Der belebte Schlamm wird innerhalb des Teiches auf natürliche Weise und mittels eines untergetauchten Rührers 30 im 4^r> Kreislauf bewegt Ein Teil dieses Schlammes setzt sich durch Schwerkraft an dem Boden des Teiches ab und kann periodisch von dort entfernt werden. Je nach der Lage der Leitung 12 für das Abwasser und der Kammer 20 kann man die Flüssigkeit und den Schlamm mischen. In der Regel geschieht hierbei das Mischen, bevor die Mischung in der Kammer 20 in Berührung mit dem Gas gebracht wird.

Bei der Vorrichtung nach Fig.2 ist unterhalb des Rührers 30 ein Gasverteiler 45 angebracht Die vom Gasverteiler 45 aufsteigenden Gasblasen werden in der Kammer 20 in inniger Berührung mit der Flüssigkeit verteilt und steigen zur Oberfläche auf, von wo sie in den Gasraum mit den entwickelten Reaktionsgasen gelan gen. Um die erforderliche Druckenergie für den t>o kontinuierlichen Umlauf des Gases in der Kammer 20 zu erhalten, steht die Saugseite eines Kompressors oder eines Gebläses 46 mit dem Gasraum der Kammer 20 durch eine Leitung 47 und die Druckseite durch eine Leitung 48 mit dem Gasverteiler 45 in Verbindung.

Die Vorrichtung sollte so betrieben werden, daß die Abwärtsgeschwindigkeit der Flüssigkeit die Gasblasen nicht unter die Unterkante der Kammer 20 und von dort nach auswärts schwemmt. Das Gas muß im wesentlichen innerhalb der Kammer 20 gehalten werden und umlaufen. Die Abwärtsgeschwindigkeit der Flüssigkeit sollte geringer sein als die Aufstiegsgeschwindigkeit der Gasblasen, so daß diese zur Oberfläche gelangen.

Die Kammer 20 und die anderen Teile können in einem Teich fest angeordnet sein. Sie können aber auch, wie in Fig. 2 gezeigt, schwimmend angeordnet werden und durch einen schwimmenden Kragen 49 an der Oberfläche gehalten werden. Ein besonderes Klärgefäß wird nicht verwendet. Das gereinigte Wasser wird durch eine Leitung 50 mit einem Regelventil 51 abgezogen.

Man beginnt mit der Einführung eines ersten Sauerstoff enthaltenden Gases durch die Einlaßleitung 26 und das Ventil 27, wobei das Ventil 34 in der Leitung 33 geschlossen ist. Der Flüssigkeitsspiegel in der Kammer 20 sinkt daher, und Flüssigkeit wird in den umgebenden Teich verdrängt Hierbei kann der Rührer 30 gewünschtenfalls kontinuierlich arbeiten. Das Gebläse 46 für das Umwälzen des Gases kann durch eine Regelvorrichtung 53 in Betrieb gesetzt werden, wenn die gewünschte Menge Gas in die Kammer 20 eingefüllt ist und der Flüssigkeitsspiegel eine bestimmte Entfernung H von dem Deckel 22 der Kammer 20 erreicht hat. Hierfür kann beispielsweise ein Fühler 51a verwendet werden. Eine Leitung 52 verbindet den Fühler 51a mit der Regelvorrichtung 53, die ihrerseits über eine Leitung 54 Signale zum Schließen des Ventils 27 übermittelt. Gleichzeitig setzt die Regelvorrichtung 53 mittels Signale über eine Leitung 54a das Gebläse 46 in Gang.

Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens wird das Sauerstoff enthaltende Gas nicht kontinuierlich in die Kammer 20 eingeführt, so daß die Menge des darin enthaltenden Gases ebenso wie sein Sauerstoffgehalt kontinuierlich abnehmen. In der Kammer 20 ist eine Vorrichtung 55 zum Messen der Reinheit des Sauerstoffs angeordnet. Nach Erreichen einer bestimmten unteren Grenze für den Gehalt an Sauerstoff wird ein Signal über eine Leitung 56 zu einer Regelvorrichtung 57 geleitet, die ihrerseits das Gebläse 46 mittels Signale über eine Leitung 58 abstellt und das Ventil 34 in der Leitung 33 mittels Signale über eine Leitung 59 öffnet. Das Gas wird durch die Flüssigkeit verdrängt, die in der Kammer 20 aufsteigt Wenn der Flüssigkeitsspiegel beinahe den Deckel 22 erreicht, wird ein Flutschalter 60 betätigt, der Signale über eine Leitung 61 zu der Regelvorrichtung 53 weitergibt Diese öffnet mittels eines Signals über eine Leitung 54 das Ventil 27 für das Gas, und mittels eines Signals über eine Leitung 62 schließt sie gleichzeitig das Ventil 34. Damit beginnt der zweite Verfahrensschritt Sauerstoffhaltiges Gas strömt in die Kammer 20, bis der Flüssigkeitsspiegel den Fühler 51a erreicht hat, worauf die Verfahrensschritte in gleicher Weise fortgesetzt werden.

Die Fig.3 zeigt eine weitere Ausführungsform. Hierbei wird das Gebläse 46 zum Umwälzen des Gases und zum Abziehen des nicht verbrauchten Sauerstoffs am Ende jedes Verfahrensschrittes aus der Kammer 20 verwendet Hierdurch sind mehr Anpassungsmöglichkeiten gegeben, um die Kammer 20 in dem Behälter 11 unterzubringen, da der steigende Flüssigkeitsspiegel nicht benötigt wird, um das Abgas zu verdrängen. Das Regelsystem für den Gasfluß enthält eine Regelvorrichtung 37, die beispielsweise aus einem Zeitgeber oder einem Messer für die Reinheit des Gases zusammen mit einem Zeitgeber bestehen kann. Die Regelvorrichtung 37 ist mit dem Absperrventil 28 für die Gaszuführung

verbunden, und zwar über die Leitung 38, und ebenso mit dem Ventil 34 in der Leitung 33 über die Leitung 39. Die Leitung 33 ist mit der Druckseite des Gebläses 46 verbunden.

Während des Ablassens des Gases ist ein Ventil 63 in der Leitung 48 geschlossen. Das den nicht verbrauchten Sauerstoff enthaltende Gas wird mittels des Gebläses 46 durch das Ventil 34 in der Leitung 33 in die Atmosphäre gefördert. Nach Abschluß dieses Verfahrensschrittes schließt die Regelvorrichtung 37 das Ventil 34 über die Leitung 39 und öffnet gleichzeitig das Absperrventil 28 über die Leitung 38 und das Ventil 63 zum Umwälzen des Gases über eine Leitung 64. Man kann einen bestimmten Gasdruck in der Kammer 20 während des Mischens aufrechterhalten, wenn man das Ventil 27 so verwendet, wie es bei der Vorrichtung nach F i g. 1 beschrieben ist.

Die Fig.4 zeigt einen Behälter 11 mit senkrechten Teilungswänden 65, die vom Boden bis über den Flüssigkeitsspiegel reichen. Diese Teilungswände bilden eine Reihe von Abteilungen, die durch öffnungen 66 miteinander verbunden sind. In jeder dieser Abteilungen können eine oder mehrere Kammern 20 angeordnet sein, die an der Flüssigkeitsoberfläche angeordnete Rührer 30 aufweisen, welche von einem Elektromotor 31 angetrieben werden. Das Sauerstoff enthaltende Gas gelangt durch eine Einlaßleitung 68 aus einer Verteilerleitung 67 in die beispielsweise dargestellten vier Kammern 20. Die Einlaßleitungen 68 enthalten Ventile 27, Absperrventile 28 und Ventile 34. Der Gasstrom vollzieht sich so, wie es in den F i g. 1 bis 3 dargestellt ist. Hierbei können natürlich auch an sich bekannte Änderungen vorgenommen werden. Das Abgas wird aus jeder Kammer 20 durch das Ventil 34 abgelassen. Die mit Sauerstoff behandelte Suspension von Feststoffen in Flüssigkeit fließt stufenweise von dem Abteil mit der Leitung Xl für die Zuführung des Abwassers durch die öffnungen 66 von einem Abteil zum anderen und dann über das Ablaßwehr 23 in die Leitung 14. Beim Strömen der Flüssigkeit von einem Abteil zum anderen nimmt der Gehalt an biochemisch oxydierbaren Bestandteilen stufenweise ab.

In der nachstehenden Aufstellung sollen Versuchsergebnisse aufgezeigt werden, die bei der Behandlung von Abwasser in einer Vorrichtung entsprechend der F i g. 1 gewonnen wurden. Hierbei wurde ein städtisches Abwasser von 30⁰C mit einem 99,5 Volumprozent Sauerstoff enthaltenden Gasgemisch bei konstantem Gasdruck behandelt Ein an der Oberfläche angeordneter Rührer wurde mit 75 kW betrieben. Es wurden stündlich 1,8 kg O2 je Kilowattstunde zugeführt Ein besonderes Klärgefäß war nicht vorhanden. Der belebte Schlamm wurde abe;' zwangläufig in Umlauf gehalten. Die Kammer hatte einen Durchmesser von 9,1 m und eine Höhe von 1,2 m, einschließlich des Gasraumes von 1,1 m Höhe. Der Inhalt der Kammer betrug 80 m³. Diese Kammer war in einem Behälter für die Flüssigkeit von zylindrischer Form angeordnet, der einen Durchmesser von 20 m, eine Höhe von 6,1 m und ein Fassungsvermögen von 14 000 m³ aufwies.

Zugeführte biochemisch oxydierbare Bestandteile Abgeführte biochemisch oxydierbare Bestandteile Durchgeführte Abwassermenge

Sauerstoffverbrauch Geschwindigkeit

240mgBSB5/l

25mgBSBs/l 60 500 m³ täglich

200mg/l/Std

kg Verbrauch des O₂/kg

entfernter BSB₅ 0,70

Zugeführte Flüssigkeiten
Konzentrationen

O₂ 0,0 mg/1

N₂ 13,2 mg/1

CO₂ 0,39 mg/I

Zufuhrzeit für die zu behandelnde
Flüssigkeit 50 Minuten

Gesamtdauer eines Verfahrensschritts (Begasung + Ablassen) 53 Minuten
Belastung mit biochemisch

oxydierbaren Bestandteilen 6,8 kg BSBs/Tag

u. 10001

Die Fig.5 und 6 zeigen die Beziehungen zwischen verschiedenen Variablen des Verfahrens und des Verhaltens in der Zeit für eine 85prozentige Absorption des Sauerstoffs und eine Mischzeit von 50 Minuten. F i g. 5 zeigt den molaren Anteil der Gasphase (linke Ordinate) und der flüssigen Phase (rechte Ordinate) an Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendioxyd. Man sieht, daß der Partialdruck des Sauerstoffs während der ersten wenigen Minuten der Begasung schnell abnimmt, wobei der Partialdruck des Kohlendioxyds schnell zunimmt. Da aber glücklicherweise Kohlendioxyd in der Flüssigkeit etwa 35mal mehr löslich ist als Sauerstoff, wird schnell ein Gleichgewicht erreicht, und zwar bei dem

jo verhältnismäßig niedrigen Partialdruck des Kohlendioxyds von etwa 0,14. Das bedeutet, daß ungeachtet der laufenden Bildung von zusätzlichem Kohlendioxyd durch die biochemische Umsetzung die Konzentration des Belüftungsgases an Kohlendioxyd nach den ersten wenigen Minuten praktisch konstant bleibt. Sein Einfluß auf den Partialdruck des Sauerstoffs wird daher verringert. Im Gegensatz zum Kohlendioxyd nimmt der Gehalt des Belüftungsgases an Stickstoff stufenweise in dem Maße zu, wie der Gehalt an Sauerstoff abnimmt.

Der Verfahrensschritt wird beendet, wenn der Partialdruck des Sauerstoffs so weit herabgesunken ist, daß er nicht mehr wirksam von der Flüssigkeit verbraucht wird. Bei diesem Beispiel liegt der Partialdruck des Sauerstoffs nach Beendigung des 50minutigen Verfahrensschrittes bei 0,58 oder 440 mm Hg bei Atmosphärendruck. Innerhalb von etwa 3 Minuten wird zur Beendigung jedes Verfahrensschrittes das unverbrauchten Sauerstoff enthaltende Gas abgelassen.
Der Gehalt der flüssigen Phase an Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendioxyd ändert sich ebenfalls erheblich. Der Gehalt an gelöstem Sauerstoff nimmt bei Beginn des Verfahrensschrittes sehr schnell zu, wo auch der Partialdruck des Sauerstoffs und daher seine Übertragungsgeschwindigkeit auf die Flüssigkeit hoch sind. Der Gehalt an gelöstem Sauerstoff erreicht ein Maximum von etwa 5,9 mg/1 nach etwa 10 Minuten. Dann nimmt er allmählich ab, bis zu etwa dem ursprünglichen Gehalt an gelöstem Sauerstoff am Ende des Mischens. Die Gehalte an gelöstem Stickstoff und

w) gelöstem Kohlendioxyd ändern sich in umgekehrter Art wie der Gehalt an gelöstem Sauerstoff, weil diese beiden ersteren Gase anfangs in sehr großen Mengen aus der Flüssigkeit desorbiert werden, und zwar wegen der hohen Absorption von Sauerstoff und später in

μ notwendiger Weise kleineren Geschwindigkeiten während der restlichen Zeit des Verfahrensschrittes. Da in diesem Beispiel periodische gleichmäßige Bedingungen dargestellt sind, sind die Konzentrationen der flüssigen

Phase und der Gasphase beim Beginn und der Beendigung jedes Verfahrensschrittes gleich.

Die Fig. 6 zeigt die gleichzeitigen Änderungen der Zuführungsgeschwindigkeit von Sauerstoff (Kurve A), der Übertragung des Sauerstoffs in die Flüssigkeit (Kurve B) und den Anteil der Absorption des Sauerstoffs während des fvüschcns (Kurve C). Die Zuführungsgeschwindigkeit von Sauerstoff liegt anfänglich bei Null und steigt schnell bis zu einem Maximum an,

worauf sie schnell und dann allmählich abnimmt. Die Zuführungsgeschvvindigkeit des Sauerstoffs ist anfänglich beim Beginn des Verfahrensschrittes Null, weil sehr große Mengen von CO2 desorbiert werden. Hierbei sei auf ..lie F i g. 5 verwiesen. Diese Bedingungen herrschen aber nur während etwa 30 Sekunden, der der Druck in der Kammer zunimmt. Die Änderungen des Flüssigkeitsspiegels können vernachlässigt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Behandeln von biochemisch oxydierbare Bestandteile enthaltendem Abwasser in zumindest einer Begasungszone unter Zufuhr von wenigstens 50 Volumprozent Sauerstoff enthaltendem Gas in Gegenwart von belebtem Schlamm unter Zirkulation zwischen dem über der Flüssigkeit befindlichen Gas und der Flüssigkeit bei gleichzeitigern Umrühren der Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten gearbeitet wird, die jeweils mindestens 10 Minuten dauern, daß am Ende des ersten Verfahrensschrittes das Gas über der Flüssigkeit abgezogen wird und in dem zweiten Verfahrensschritt ein zweites Gas der oben angegebenen Zusammensetzung der Begasungszone zugeführt wird, daß die Konzentration des Sauerstoffs in dem über der Flüssigkeit befindlichen Gas bei jedem Verfahrensschritt zwischen 10 und 70 Volumprozent bei einem Partialdruck von wenigstens 76 mm Hg gehalten wird, daß bei jedem Verfahrensschritt so viel Energie für die Zirkulation zwischen dem über der Flüssigkeit befindlichen Gas und der Flüssigkeit sowie das Umrühren der Flüssigkeit aufgewendet wird, daß jeweils mindestens 60% des zugeführten Sauerstoffs verbraucht werden, und daß bei dem zweiten Verfahrensschritt wenigstens ein Teil der in dem ersten Verfahrensschritt behandelten Flüssigkeit zugegen ist, daß nach Vollendung jedes Verfahrensschrittes beim Abziehen des Gases aus der Begasungszone diese praktisch vollständig mit der zu behandelnden Flüssigkeit gefüllt wird, durch Einführen von Gas beim Beginn des folgenden Verfahrensschrittes die Flüssigkeit aus dem oberen Teil der Begasungszone verdrängt wird, und daß das Abziehen des Gases aus der Begasungszone durch den hydrostatischen Druck in der Begasungszone bewirkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach jedem Verfahrensschritt Flüssigkeit aus der Begasungszone abgezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während jedes Verfahrens-Schrittes zusätzlich Abwasser in die Begasungszone eingeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Rückführung von konzentriertem belebtem Schlamm bei dem so ersten Verfahrensschritt der Gehalt der Flüssigkeit an suspendierten flüchtigen Feststoffen bei wenigstens 3000 mg/1 gehalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Umrühren erst >> begonnen wird, wenn der Flüssigkeitsspiegel in der Begasungszone auf eine bestimmte Höhe herabgesunken ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß während des ersten ^M] Verfahrensschrittes ein Teil des Gases erst nach Beginn des Umrührens in die Begasungszone eingeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß während des Umrührens beim ersten ' ■ Verfahrensschritt nur so viel Gas in die Begasungszone eingeführt wird, daß in ihr ein konstanter Druck und ein konstantes Volumen des Gases über

der Flüssigkeit aufrechterhalten werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß je Kilowattstunde der zum Zirkulieren und Umrühren angewendeten Energie stündlich 132 bis 9,60 kg Sauerstoff der Begasungszone zugeführt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Gases mit wenigstens 90 Volumprozent Sauerstoff das Umrühren und Zirkulieren so lange fortgesetzt wird, daß wenigstens 75% des in dem zugeführten Gas enthaltenen Sauerstoffs verbraucht sind und ein Gas mit 40 bis 60 Volumprozent Sauerstoff abgezogen werden kann.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem Behälter für das zu behandelnde Abwasser, einer Quelle für das Gas, zumindest einer als Kammer ausgebildeten Begasungszone, deren Seitenwandung bis unter die Oberfläche der in dem Behälter befindlichen Flüssigkeit reicht, einem gasdichten Deckel auf der Kammer, einer Gasleitung zwischen der Quelle für das Gas und der Kammer, Mittein zum Zirkulieren des Gases und der Flüssigkeit und zum Umrühren der Flüssigkeit und einer mit einem Ventil versehenen Leitung zum Abziehen des Gases aus der Kammer, dadurch gekennzeichnet, daß in der Einlaßleitung (26,68) für das Gas in die Kammer (20) ein Ventil (27) zur Regelung des Gasdruckes in der Kammer (20) angeordnet ist, daß Mittel zur Feststellung des Gasdruckes in der Kammer (20) vorgesehen sind, über die das Ventil (27) in der Einlaßleitung (26,68) für das Gas gesteuert wird, und daß Regelvorrichtungen (37,53,57) vorgesehen sind, durch welche beim Schließen des Ventils (34) in der Leitung (33) zum Abziehen des Gases aus der Kammer (20) die Gaszuführung durch die Einlaßleitung (26, 68) gleichzeitig geöffnet und, während dieses Ventil (34) geöffnet ist, unterbunden wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen unter der Flüssigkeitsoberfläche in der Kfimmer (20) angeordneten Gasverteiler (45) und ein mit der Saugseite mit dem oberen Teil der Kammer (20) und mit der Druckseite mit dem Gasverteiler (45) in Verbindung stehendes Gebläse (46).