DE2554495B2 - Vorrichtung zur biologischen Reinigung von Abwasser mit einem 10 bis 32 m hohen Begasungsbecken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur biologischen Reinigung von Abwasser mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Vorrichtung dieser Art ist durch die deutsche Auslegeschrift 19 31635 bekannt und weist einen turmartigen Belüftungsbehälter auf, der eine Höhe von etwa 30 m besitzt und dessen Verbindungsleitung von der Überlaufrinne am Kopf des Behälters mit dem Nachklärbecken in übereinanderliegenden Stufen unterteilt ist. Bei der genannten deutschen Auslegeschrift wird das Problem beim Betreiben eines turmartigen Belebungsbeckens darin gesehen, daß die Verbindungsleitung zwischen dem Überlauf des Belüftungsbehälters und dem Nachklärbecken eine so große Fallhöhe aufweist, daß dort durch Strömungseinflüsse eine Beschädigung der Belebtschlammflocken und damit eine Störung der Reinigungswirkung auftreten kann.

Dieses Problem wird bei der bekannten Vorrichtung so gelöst, daß der Belebungsbehälter eine Höhe von etwa 30 m aufweist und daß die Verbindungsleilung zum Abbremsen der Strömung in übereinanderliegende Stufen unterteilt ist. Die Belüftung wird in dieser bekannten Vorrichtung über Luftdüsen vorgenommen. Bei dem Einsatz derartiger Luftdüsen für die Begasung ist es zwar nur notwendig, das Belüftungsgas auf einen gegenüber dem hydrostatischen Druck an der Einführstelle geringfügig erhöhten Druck zu komprimieren, jedoch werden bei dieser Begasungsart nur relativ große Gasblasen erzeugt und die Sauerstoffnutzung ist relativ gering. Ferner werden in dieser bekannten Vorrichtung die Belebtschlammflocken durch das Begasungssystem praktisch kaum in ihrer Struktur geändert, während dies bei Begasungsvorrichtungen, die hohe Scherkräfte auf die Belebtschlammflocken ausüben, der Fall ist. Da in letzterem Falle die Belebtschlammflocken in ihrer Struktur ohnedies durch die Begasung bereits verändert werden, ist die in der bekannten Vorrichtung vorgesehene stufenweise Unterteilung der Verbindungsleitung zwischen Belebungsbehälter und Klärraum nicht wirksam.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Nachteile der bekannten Vorrichtung zu beseitigen und eine Vorrichtung der oben angegebenen Art zur Durchführung biochemischer Prozesse bereitzustellen, die auf möglichst engem Raum sowohl eine optimale Begasung der Biomasse als auch Klärung ermöglicht. Im Sinne einer optimalen Begasung soll es möglich sein, Gaseinführstellen anzuwenden, die eine Begasung bei hohen Scherkräften bewerkstelligen, wobei die Flocken auch zerschlagen werden können. Im Sinne einer optimalen Klärung soll es möglich sein, in den Klärräumen eine hochgradige Flockung zu erzielen, die zu gut absetzbaren Flocken und zu einer hohen Eindickung führt. Ferner soll die Begasung im Begasungsbecken unabhängig von dem nachfolgenden Verfahrensschritt und das Rücklaufschlammverhältnis in einem weiten Bereich regelbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung zur biologischen Reinigung von Abwasser mit einem 10 bis 32 m hohen Begasungsbecken, dessen Verhältnis Höhe/Durchmesser zwischen etwa 40 und 0,2 liegt und auf dessen Boden oder dicht über dessen Boden Gaseinführstellen angeordnet sind, wobei neben dem Begasungsbecken ein Nachklärbecken für das begaste Biomasse-haltige Wasser vorgesehen ist und der abgesetzte Schlamm aus dem Nachklärbecken über eine Pumpe abziehbar und wenigstens teilweise am Begasungsbeckenboden in den Begasungsraum rückführbar ist, dadurch gelöst, daß die Gaseinführungsstellen aus Vorrichtungen, welche hohe Scherkräfte auf die Belebtschlammflocken ausüben, wie z. B. Injektoren, gebildet sind, daß das Nachklärbecken konzentrisch um das Begasungsbecken angeordnet und an diesem oben angehängt ist, daß das Begasungsbecken mit dem Nachklärbecken über Einlaufrohre und wenigstens einem Entgasungs- und Flockungszyklon in Verbindung steht, und daß das Flüssigkeitsniveau in dem Nachklärbecken durch ein oder mehrere Überlaufrinnen so eingestellt ist, daß es 0,1 bis 2 m unterhalb des Flüssigkeitsniveaus des Begasungsbeckens liegt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung löst die eingangs dargelegte Aufgabe; ferner ist es möglich, bei platzsparender Bauweise eine optimale Auslegung und Dimensionierung des Begasungsbeckens und der Klärräume vorzunehmen. Die erfindungsgemäße Vor-

richtung ermöglicht ferner eine hervorragende Ausnutzung der Pumpenenergie für alle Verfahrensschritte sowie für den Transport gebildeter Produkte.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäBen Vorrichtung anhand der F i g. 1,1 a, 2,2a und 3,3a beschrieben.

Fig. 1 stellt einen Längsschnitt, Fig. la eme Draufsicht einer speziellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar.

Die zu begasende Flüssigkeit wird mit sauerstoffhaltigem Gas (z. B. Luft) — zugeführt über 26 — über Rohrleitungen 22 den Gaseinführstellen 21 zugeführt.

Das Flüssigkeitsiiiveau 23 im Begasungsbecken 20 liegt um den Druckverlust in den Einlaufrohren 13 und den Entgasungs- und Flockungszyklonen 10 höher als im Nachklärbecken 14. Die zu klärende Flüssigkeit gelangt durch einen oder mehrere Zyklore 10 und Verteilerarme Ii mit darüber angeordneten Pralltellern 12 in das Nachklärbecken 14, das ringförmig um das Begasungsbecken 20 angeordnet ist. Die geklärte Flüssigkeit läuft über die Überlaufrinnen 18 und Ablaufrohre 19 ab und kann im Falle von Abwasser dem Vorfluter oder einer weiteren biologischen oder chem.-physik. Behandlung zugeführt werden. Die Biomasse sedimentiert im Nachklärbecken 14 un ! wird mit einer Räumeinrichtung 16, die beispielsweise auf dem Ringraumboden 15 umfährt, pneumatisch, hydraulisch oder mechanisch geräumt. Biomasse wird über die Leitung 17 am Ringraumboden 15 abgezogen und kann über eine Pumpe (nicht gezeichnet) und die Leitung 24 in die Saugleitung der Pumpe 28 in die Begasungsstellen oder über eine Verteilerleitung (nicht gezeichnet) am Begasungsbeckenboden in den Begasungsraum gleichmäßig verteilt zurückgeführt werden. Der überschüssige Anteil wird über Leitung 25 abgeführt.

In der Draufsicht la erstrecken sich Übcrlaufrinnen, Zyklone und Ringraumboden über den ganzen Umfang des Ringraumes; der Übersicht halber sind diese Teile jedoch nur segmentweise dargestellt.

Die erfindungsgemäßen Begasungsbecken stellen vorzugsweise hohe zylindrische Türme mit einem Höhe/Durchmesser-Verhältnis zwischen etwa 0,3 bis 32, besonders bevorzugt 0,5 bis 20 dar. Das Höhe/Durchmesser-Verhältnis kann im weitesten Bereich zwischen etwa 40 und 0,2 liegen. Die Wasserhöhe im Begasungsbecken liegt zwischen etwa 10 bis 32 m, vorzugsweise 18 bis 26 m.

Als Gaseinführstellen im Sinne der vorliegenden Erfindung kommen vorzugsweise Injektoren in Frage; wobei es vorteilhaft ist, diese auf dem Boden oder dicht über dem Boden des Begasungsbeckens, vorzugsweise äquidistant zueinander, anzuordnen. Wird in das Begasungsbecken sauerstoffhaltiges Gas mit weniger als 50 Volumen-% Sauerstoff in das unter dem eigenen hydrostatischen Druck stehende Biomasse-haltige Wasser eingeführt, so werden die einzelnen Einführstellen mit einem Abstand von 0,5 bis 2 Meter, vom Mittelpunkt einer Gaseinführstelle gemessen, zueinander angeordnet. Jede Gaseinführstelle besitzt vorzugsweise eine begaste Querschnittsfläche von etwa 0,01 bis 0,1 m², die mit je 100 bis 1000 Effektiv-m^JGas pro m² Querschnittsfläche und pro Stunde belastet wird. Der Gasdruck des eingeführten Gases liegt etwa 0,01 bis 0,5 bar über dem hydrostatischen Druck der Gaseinführstelle (unter Effektiv-m^J wird das Gasvolumen, bezogen auf den Gasdruck und die GastemDeratur an der Gaseinführstelle verstanden). Wird in den Begasungsraum ein sauerstoffhaltiges Gas mit mindestens 50 Volumen-% Sauerstoff eingeführt, so besitzen die einzelnen Einführstellen einen Abstand von 7 bis 10 Meter, vom Mittelpunkt einer Gaseinführsteile gemessen. Jede Gaseinführstelle besitzt eine begaste Querschnittfläche von etwa 0,1 bis 0,5 m², die mit je 100 bis 300 Effektiv-m³ pro m² Querschniusfläche und pro Stunde belastet wird. Auch hier soll der Gasdruck des eingeführten Gases etwa 0,01 bis 0,5 bar über dem hydrostatischen Druck der Gaseinführstelle liegen.

Anstelle von Injektoren können z. B. auch Treibstrahldüsen verwendet werden. Das sauerstoffhaltige Gas wird vorzugsweise mit einer Treibflüssigkeit, besonders bevorzugt mit Biomasse-haltigem Wasser und/oder ungereinigtem Abwasser der Gaseinführstelle zugeführt. Die Treibflüssigkeit macht dabei 5—50 Volumen-%, vorzugsweise 10—30 Volumen-°/o des Gasdurchsatzes aus.

Fig. 2 stellt einen HaJbschnin einer weiteren speziellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar; F i g. 2a stellt die Draufsicht dieser Vorrichtung dar.

Hierbei wird die zu begasende Flüssigkeit eingeführt über die Pumpe 44 und die Zuleitung 32 zusammen mit sauerstoffhaltigenn Gas, zugeführt über die Leitung 43. den Gaseinführungsstellen 31 zugeleitet und in das Begasungsbecken 30 gepumpt und verteilt. Das Flüssigkeitsniveau 33 im Begasungsbecken 30 liegt um den Druckverlust (ca. 200 bis 500 mm) in den Einlaufrohren 34 und dem Entgasungs- und Flockungszyklon 35 höher als im Klärraum 38. Die zu klärende Flüssigkeit gelangt durch den Zyklon 35 und die Verteilerarme 36 mit darüber angeordneten Pralltellern 37 in den Klärraum 38. Der Klärraum ist hierbei unterteilt in 4 trichterförmige Räume. Die Trichter besitzen eine Wandneigung von etwa 45 bis 75°, vorzugsweise 55 bis 65° gegen die Horizontale. Die geklärte Flüssigkeit läuft über die Überlaufrinne 41 und das Ablaufrohr 42 ab und kann beispielsweise im Falle der Abwasserreinigung dem Vorfluter oder einer weitergehenden biologischen oder chem.-physik. Behandlung zugeführt werden. Der Schlamm sedimentiert in dem Klärraum 38, der hier in Form von 4 Schlammtrichterri ausgebildet ist und kann über die 4 Bodenstutzen 39 und über eine Pumpe (nicht gezeichnet) und die Leitung 46 in die Saugleitung der Pumpe 44 in die Begasungssiteilen oder über eine Verteilerleitung (nicht gezeichnet) am Begasungsbeckenboden in den Begasungsraum gleichmäßig verteilt zurückgeführt werden. Der überschüssige Anteil der Biomasse wird über die Leitung 40 ausgeschleust. (In Fig. 2a ist der Übersichtlichkeit halber die Überlaufrinne 41 zeichnerisch nicht dargestellt.)

Eine Variante der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform besitzt 8 gleichartige trichterförmige Klärräume.

Fig. 3 und 3a stellen eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar. Fig.3 stellt einen Halbschnitt, Fig.3a eine Draufsicht dieser speziellen Ausführungsform dar.

Die zu begasende Flüssigkeit, eingeführt über die Pumpe 66 und die Zuleitung 52, wird zusammen mit sauei„toffhaltigem Gas, eingeführt über die Zuleitung 63, den Gaseinführstellen 51 zugeführt und in das Begasungsbecken 50 gepumpt. Das Flüssigkeitsniveau 53 im Begasungsbecken 50 liegt um den Druckverlust in den Einlaufrohren 54 und den Entgasungs- und

Flockungszyklonen 55 höher als im Klärraum 58. Die zu klärende Flüssigkeit gelangt vorzugsweise über mehrere Zyklone 55 und Vertcilerarme 56 mit darüber angeordneten Pralltellern 57 in die Klärräume 58, von denen 16 Stück trichterförmig um den Umfang des Begasungsbeckens angeordnet sind. Die Entgasungsund Flockungszyklone können hier, wie auch bei den bereits beschriebenen Ausführungsformen, auch unter geringem Unterdruck betrieben werden. Jeweils über jeder zweiten Sattelfläche aufeinanderfolgender Klärräume ist ein Entgasungs- und Flockungszyklon, der sich auf dieser Sattelfläche abstützen kann, angebracht. An der Spitze jedes Trichters befinden sich Stutzen 59, über die die abgesetzte Biomasse über eine Leitung 60, über eine Pumpe (nicht gezeichnet) und die Leitung 65 in die Sauglcitung der Pumpe 66 in die Begasungssiel'en oder über eine Verteilerleitung (nicht gezeichnet) am Begasungsbeckenboden in den Begasungsraum gleichmäßig verteilt zurückgeführt werden kann. Der überschüssige Biomasseanteil kann teilweise über die Leitung 64 ausgeschleust werden.
Die geklärte Flüssigkeit kann über die Überlaufrinnen 61 und Ablaufleitung 62 abgeführt werden.

In F i g. 3a sind Überlaufrinnen, Zyklone und über

Sattelflächen in Verbindung stehende Klärräume über den ganzen Umfang des Ringraumes angeordnet. Der

■> Übersicht halber sind diese Teile jedoch in Fig. 3a nur segmentweise dargestellt.

Wird in der erfindungsgemäßen Vorrichtung Abwasser gereinigt, so kann anschließend das gereinigte Abwasser über die Überlaufrinnen dem Vorfluter oder

Hi mit dem vorhandenen Druckgefälle einer weiteren biologischen oder chem.-physik. Behandlung zugeführt werden. Vorzugsweise bei einer Ableitung in den Vorfluter wird der Niveauunterschied, der /wischen dem Wasserspiegel in den Klärräumen und dem

is Wasserspiegel des Vorfluters besteht, dazu ausgenutzt.

Um vj3S augCiCitCtC nuWSSSCf ΐΤΐΐί oSüCrSiOii HUiZüSiSr-

ken. Dazu wird das geklärte Abwasser vorzugsweise der Druckseite eines Injektors zugeleitet und der Saugseite Luft- oder Sauerstoff-angereicherte Luft bzw. technischer Sauerstoff zugeführt, um im Abwasser einen gewünschten Sauerstoffgehalt einzustellen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur biologischen Reinigung von Abwasser mit einem 10 bis 32 m hohen Begasungsbecken, dessen Verhältnis Höhe/Durchmesser zwischen etwa 40 und 0,2 liegt und auf dessen Boden oder dicht über dessen Boden Gaseinführstellen angeordnet sind, wobei neben dem Begasungsbekken ein Nachklärbecken für das begaste Biomassehaltige Wasser vorgesehen ist und der abgesetzte Schlamm aus dem Nachklärbecken über eine Pumpe abziehbar und wenigstens teilweise am Begasungsbeckenboden in den Begasungsraum rückführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinführungsstellen (21, 31, 51) aus Vorrichtungen, welche hohe Scherkräfte auf die Belebtschlammflokken ausüben, wie z. B. Injektoren, gebildet sind, daß daö Nachklärbecken (14) konzentrisch um das Begasungsbecken (20, 30, 50) angeordnet und an diesem oben angehängt ist, daü das Begasungsbekken (20, 30, 50) mit dem Nachklärbecken (14) über Einlaufrohre (13, 34, 54) und wenigstens einem Entgasungs- und Flockungszyklon (10, 35, 55) in Verbindung steht, und daß das Flüssigkeitsniveau in dem Nachklärbecken (14) durch ein oder mehrere Überlaufrinnen (18, 41, 61) so eingestellt ist, daß es 0,1 bis 2 m unterhalb des Flüssigkeitsniveaus (23, 33, 53) des Begasungsbeckens (20,30,50) liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachklärbecken (14) in mehrere Klärräume (38, 58) mit Schlammtrichtern aufgeteilt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entgasungs- und Flockungszyklon (35) zentrisch im Begasungsbecken (30) angeordnet ist und über Verteilerarme (36) mit einem oder mehreren Klärräumen (38) in Verbindung steht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehr als 8 konzentrisch angeordneten Klärräumen (58) die Entgasung^· und Flokkungszyklone (55) in den Klärräumen (58) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Klärräume (38, 58) trichterföimig ausgestaltet sind und eine Wandneigung von 45 bis 75°, vorzugsweise 55 bis 65° gegen die Horizontale aufweisen.