DE2528800B2

DE2528800B2 - Verfahren zum beseitigen von bsb aus abwasser

Info

Publication number: DE2528800B2
Application number: DE19752528800
Authority: DE
Inventors: Nathan Paul Snyder N.Y. Vahldieck (V.St.A.)
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1974-06-28
Filing date: 1975-06-27
Publication date: 1978-02-02
Also published as: FR2276269B1; BE830743A; AU8254575A; FR2276269A1; DE2528800A1; DE2528800C3; GB1513455A; ZA754126B; JPS5627098B2; CA1042570A; US3926794A; JPS5125366A; IT1040756B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beseitigen von BSB aus Abwasser, bei dem das Abwasser, belebter Rücklaufschlamm und ein erstes, mindestens 40 Vol.-% Sauerstoff enthaltendes Gas in eine abgedeckte Belüftungszone eingeleitet, dort gemischt und unter Aufrechterhaltung eines mindestens 0,5 mg/1 betragenden Gehalts der mindestens I5"C warmen Mischflüssigkeit an gelöstem Sauerstoff eines der Medien gegenüber

den anderen ständig umgewälzt wird, bei dem ferner zwischen oder nach dem Belüftungsvorgang die Mischflüssigkeit in belebten Schlamm und gereinigte Flüssigkeit getrennt, aus der Belüftuigszone ein unverbrauchten Sauerstoff enthaltendes Gas abgezogen ϊ und ein Teil des belebten Schlamms zur Belüftungszone zurückgeleitet wird, der restliche Teil des belebten Schlamms und ein zweites mit Sauerstoff angereichertes Gas in eine abgedeckte Abbauzone eingeleitet und dort gemischt werden, wobei der Gesamtschwebstoffgehalt des Schlamms in der Abbauzone auf mindestens 15 000 mg/1 gehalten und wobei eines der Medien gegenüber dem anderen unter Aufrechterhaltung eines Gehalts des Schlamms an gelöstem Sauerstoff von mindestens 2 mg/1 für eine ausreichende Dauer umgewälzt wird, um mindestens 60% des biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffgehalts des in die Abbauzone eingeleiteten Schlamms zu oxydieren, worauf aus der Abbauzone ein stabilisierter Schlammrückstand und ein an Sauerstoff teilweise verarmtes Abbaugas gesondert ausgetragen werden, wobei das in eine der beiden Zonen eingeleitete, mit Sauerstoff angereicherte Gas mindestens zum größteren Teil aus dem aus der anderen Zone abgezogenen Gas besteht.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (US-PS 36 70 887) wird aus der Belüftungszone abgezogenes Gas in die Abbauzone übergeleitet; es bildet dabei mindestens den größeren Teil des der Abbauzone zugeführten mit Sauerstoff angereicherten Gases, Im Vergleich zu ebenfalls bekannten Verfahren (US-PS 33 56 609), bei denen die Belüftungszone und die Abbauzone getrennt mit Frischgas beschickt werden, lassen sich dadurch ein höherer Sauerstoffpartialdruck und ein verminderter Energiebedarf sowohl in der Abbauzone als auch in der Belüftungszone erzielen, solange die Abbauzone mit einer Temperatur betrieben wird, die nicht wesentlich über der Flüssigkeitstemperatur in der Belüftungszone liegt.

Andererseits läuft aber bekanntlich der aerobe Abbau bei erhöhten Temperaturen rascher ab. Wenn die 4n Temperatur ausgehend von 35°C ansteigt, nehmen die mesophilen Mikroorganismen ab, während die thermophilen Formen zunehmen. In dem thermophilen Temperaturbereich von 45"C bis 75⁰C herrschen thermophile Mikroorganismen vor; die meisten mesophilen Mikroorganismen sind abgestorben. Oberhalb dieses Bereichs nehmen die thermophilen Mikroorganismen ab; bei bei 90°C wird das System im wesentlichen steril. Wegen der rascheren Oxydation des Schlamms wird mit einem thermophilen Abbau eine vollständigere Beseitigung von biologisch abbaubaren flüchtigen Schwebstoffen (VSS) erreicht, als mit einem gleich langen Abbau bei Außentemperatur. Es wird ein stabilerer Rückstand erhalten, der ohne Belästigung beseitigt werden kann. Ein thermophiler Abbau soll >"> auch in dem Schlamm vorhandene pathogene Bakterien auf wirksame Weise vermindern oder ganz beseitigen, wodurch mögliche gesundheitliche Risiken vermieden werden, die mit der Beseitigung des Rückstandes verbunden sind. bo

Wenn Luftdiffusionssysteme verwendet werden, um den Sauerstoff für den Abbau zu liefern, sind die Wärmeverluste in der Regel sehr groß. Luft enthält nur 21% Sauerstoff, und nur ungefähr 5 bis 10% des Sauerstoffanteils werden gelöst. Infolgedessen muß eine t.5 sehr große Luftmenge zur Befriedigung des Sauerstoffbedarfs verwendet werden;, die fühlbare Wärme der »verbrauchten« Luft und die latente Wärme, die erforderlich ist, um die «verbrauchte'! Luft mit Wasserdampf zu sättigen, sind beträchtlich. Bei Außentemperatur (20⁰C oder weniger) liegt die Schlammverweildauer für den aeroben Abbau mit Luft typischerweise zwischen 12 und 20 Tagen, so daß große Behälter zur Aufnahme des Schlamms erforderlich sind. Selbst wenn Maßnahmen getroffen werden, um die Wärmeverluste auf Grund von Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung herabzusetzen, haben die großen, für einen Wärmeübergang zur Verfügung stehenden Flächen starke Wärmeverluste zur Folge. Schließlich ist der Schlamm, der bei einer unter Verwendung von Luft durchgeführten Abwasserbehandlung erhalten wird, in der Regel dünn (verhältnismäßig verdünnt), wodurch die Wärmeverluste durch Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung weiter erhöht werden. Noch wichtiger ist, daß eine größere Wassermenge den Schlamm durch die Abbauzone hindurch begleitet und der Verlust an fühlbarer Wärme in dem abströmenden behandelten Schlamm sehr groß ist. Auf Grund der vorstehend genannten Wärmeverluste beim Abbau unter Verwendung von Luft treten autothermische Wärmeeffekte nur in sehr geringem Umfang auf; es ist eine unwirtschaftliche große Menge an extern zugeführter Wärme erforderlich, um Temperaturen geeigneter Höhe aufrechtzuerhalten.

Wird anstelle von Luft ein mit Sauerstoff angereichertes Gas verwendet, lassen sich die Wärmeverluste beim aeroben Abbau wesentlich herabsetzen. Wird dabei der Sauerstoff mit hohem Wirkungsgrad ausgenutzt, ist die Gasmenge, die der Abbauzone zugeführt und von dieser wieder abgeführt werden muß, wesentlich kleiner als beim Einsatz von Luft, weil zuvor Stickstoff weitgehend oder in vollem Umfang beseitigt wurde. Wärmeverluste auf Grund einer merklichen Aufwärmung des Gases und einer Verdampfung von Wasser in das Gas werden herabgesetzt. Der bei der Abwasserbehandlung mit Sauerstoff anfallende Überschußschlamm ist starker konzentriert als der bei einer Luftbehandlung erzeugte Schlamm; es geht weniger Wärme durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung vom Abbautank und auf Grund des Wärmeinhiilts des die Abbauzone verlassenden behandelten Schlamms verloren. Diese Verkleinerung der Wärmeverluste ist ausreichend groß, um mit der autothermischen Wärme allein Temperaturen aufrechtzuerhalten, die merklich über der Außentemperatur liegen.

Bekannte Abwasserbehandlungsanlagen (US-PS 35 47 812, 35 47 813 und 35 47 815), bei denen Sauerstoff anstelle von Luft als Belüftungsgas benutzt wird, sollten in besonderem Maße dafür geeignet sein, einen Schlammabbau bei erhöhter Temperatur durchzuführen. Die bei derartigen Anlagen erzielbare hohe Sauerstoffausnutzung hält die Wärmeverluste auf Grund des Belüftungsgases kleinstmöglich; die üblicherweise hohen Schlamm-(Feststoff-)Konzentrationen setzen weitere während der Behandlung auftretende Wärmeverluste wegen des verringerten Volumens des ausgetragenen behandelten Schlamms weitestgehend herab. Infolgedessen sollte sich e'n Schlammabbau mit Sauerstoffgas in hohem Maße dafür eignen, erhöhte Temperaturen autothermisch (ohne externe Wärmezufuhr) -elbst während Zeiträumen aufrechtzuerhalten, bei denen die Außentemperatur niedrig ist.

Es zeigte sich jedoch, daß schwerwiegende Stoffübergangsprobleme auftauchen, wenn versucht wird, für einen Schlammabbau unter Anwendung eines mit Sauerstoff angereicherten Gases bei erhöhter Tempera-

jo

tür zu sorgen. Die hohen Triebkräfte für den Stoffübergang, die normalerweise das mit Sauerstoffbclüftung arbeitende Verfahren auszeichnen, neigen dazu, abzusinken. Obwohl die Triebkräfte für den Stoffübergang wesentlich höher gehalten werden können als die ■-> Triebkräfte, die mit Luft zu erzielen sind, sind sie gleichwohl wesentlich kleiner als die Werte, die für einen Abbau mit Sauerstoff bei Außentemperatur charakteristisch sind. Der Energiebedarf für den Lösungsvorgang ist erheblich größer als erwünscht, in und/oder es müssen unwirtschaftlich große Mengen an nicht verbrauchtem Sauerstoff abgeblasen werden, um brauchbar hohe Sauerstoffpartialdrücke in dem Boliifmngsgas aufrechtzuerhalten.

Die Geschwindigkeit W des Oj-Lösungsvorgangcs kann wie folgt ausgedrückt werden:

W = K_L a [(Ho, · ρ Yo₁)-

Κι = Stoffübergangskoeffizient für den beherrschenden Flüssigkeilsfilm an der Gas-Flüssigkcits-Grcnzfläche

u = Phasengrenzfläche (Gas-Hüssigkeit)
Hoj = Konstante des Henry-Gesetzes für Sauerstoff
ρ = Gesamtdruck des Systems
Vo, = Molanteil von Oj in der Gasphase
DO = Konzentration des gelösten Sauerstoffs.

Selbst bei Außentemperatur ist der Stoffübergang in der Abbauzone aus zwei Gründen schwieriger als bei der Abwasserbehandlung. Zum einen neigt der Flüssigphasen-Stoffübcrgangskoeffizient Ki dazu, bei steigender Fesistoffkonzentration zu sinken, wenn die anderen Faktoren konstant bleiben. Während eine höhere Temperatur den entgegengesetzten Einfluß auf Ki hat, übertrifft der hohe Fcststoffgehalt in einer Abbauzone für mit Sauerstoff belüfteten Schlamm in der Regel den Temperatureffekt; es kommt insgesamt zu einer nachteiligen Beeinflussung von Kr. Das bedeutet, daß mehr Energie sowohl zum Mischen als auch für die Herstellung der Phasengrenzfläche »a« aufgewendet werden muß. um einen Abfall der Oj-Lösungsgeschwindigkeit und des Gehalts an gelöstem Sauerstoff zu vermeiden.

Zum anderen wird durch die starke Entwicklung von COj aus dem Schlamm der Sauerstoff im Belüftungsgas wesentlich verdünnt. Die Flüssigkcits-(Wasser-)Durchflußmengc durch die Abbauzone ist verglichen mit derjenigen der Abwasscrbehandlungsstufc sehr gering, während die Menge an organischem Material, das in der Abbauzone oxydiert wird, mit der bei der Abwasserbehandlung oxydierten Menge an organischem Material vergleichbar ist. Infolgedessen wird CO? in großen Mengen erzeugt; ein kleinerer Anteil des COj kann in der flüssigen Phase tier Abbau/one gehalten werden, während wesentlich mehr CO.. in die Gasphase übergehl. Bei erhöhten Temperaturen wird tlas CO..-Problem dadurch weiter erschwert, daß es /ti einer erheblichen Herabsetzung der CO.. Löslichkeit in der Flüssigkeit kommt. Die Entwicklung von CO.. vermindert die Sauersteiffkonzentra:ion Vo. in der Gasphase.

Hei erhöhter Temperatur wird tier Saiierstoff-SiolT· übergang zusätzlich diiieh einen heileren Verlust eier Triebkral'i kompliziert, tier mil einer I lerabsetziing tier KeMisiauicn Hu. des I leiir\-( !eselzes für Sauerslofl verbunden ist. lielintlel sieh beispielsweise Leitungswasser von J(I ( im (ilcie'lij'cw ichl mit 100% Siiiicrsioll (Voj = 1,0) bei einem Gesamtdruck von einer Atmosphäre (p = 1,0), werden 44 mg Oj/I gelöst; bei cinei Temperatur von 5O⁰C werden dagegen nur ungefähi 30 mg/1 gelöst. Bei einem gewünschten Gehalt ar gelöstem Sauerstoff von 5 mg/1 setzt also allein die Verringerung der Oj-Löslichkeit die Triebkraft bei 50" C auf nur

³⁰ "--—■ 100% = 64%

44-5

derTriebkraft bei 20°C herab.

Außerdem geht Triebkraft für den Stoffübergang bei erhöhter Temperatur wegen des höheren Wassergehalts des Belüftungsgases verloren. Der Dampfdruck von Wasser bei 50⁰C ist mehr als fünfmal größer als derjenige bei 20°C. Bei 50⁰C kann Wasserdampf 10 bis 15% des Belüftungsgases ausmachen. Die kombinierten Verdünnungseffekte von CO2 und H2O setzen du. Konzentration an O2 gegenüber der Flüssigkeit wesentlich herab; d. h., der Wert des Faktors VO₂ der obengenannten Gleichung wird stark vermindert.

Auf Grund der oben geschilderten Umstände zeigte es sich, daß die Vorteile des eingangs genannter Verfahrens (US-PS 36 70 887) mit integrierter Gasführung praktisch beseitigt werden, wenn die Abbauzonc bei erhöhter Temperatur betrieben wird. Bei einen-Anstieg der Abbautemperatur nähern sich die Werte füi den Energieaufwand und die Sauerstoffausnutzung der Werten, die erzielt werden können, wenn die beiden Verfahrensstufen gesondert mit Sauerstoff beschick! werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, cir Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, da; einen im Vergleich zu den oben geschilderter bekannten Verfahren geringeren Energieverbrauch um: eine höhere Sauerstoffausnutzung auch dann hat, wcnr in der Abbauzone mit erhöhter Temperatur gearbcitel wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß das in die Abbauzone eingeleitete zweite Gas mindestens 80 Vol.-% Sauerstoff enthält und das die Abbauzone mit einer Sauerstoffreich von mindestens 40% verlassende Abbaugas als mindestens der größere Teil des ersten Gases in die Belüftungszone eingeleitet wird, wobei das Abbaugas aus der Abbauzonc in einer solchen Durchflußmenge abgezogen wird, daß es mindestens 35% der in die Abbauzone eintretenden Sauerstoffmenge enthält, wobei der Schlamm in der Abbauzone auf einer Temperatur von mindestens 25"C jedoch unterhalb 75"C gehalten wird, die mindestens IC Grad über der Flüssigkeitstemperaturin der Bciüftungszone liegt, und wobei das Gas aus der Belüftungszone in einer solchen Durehflußmenge abgezogen wird, daß es nicht mehr als 40% des in die Abbauzone insgesamt eingeleiteten Sauerstoffs enthält.

Es wurde überraschenderweise gefunden, daß dann wenn Sauerstoffgas zunächst in die warme abgedeckte Abbauzonc eingeleitet und das aus dieser Zone abströmende, teilweise an Oj verarmte Gas tier abgedeckten Abwasserbelüftungszonc mindestens als größerer Teil des erforderlichen Sauerstoffs, jeweils bei ilen vorgewählten Nennbedingungen, zugeführt wird die Satierstoffreuiheit des Helüftungsgascs in der letztgenannten Zone verglichen mit dem von der AbbauzoiiL· aus eintretenden (Jas erheblich ansH'igl. Fine der wi-senlliehen Bedingungen für diese sprunghafte Erhöhung tier Saucrsloffreinheil ist, dall clic

Schliinimtcmpcriitur in der Abbau/one um mindestens IO Grad über der Flüssigkeitstemperatur in der Bcliiltungszone liegt. Die Saucrsloffreinhcil des Abwasserbclüftungsgases steigt über diejenige des ankomnienden Abgases aus der Abbau/onc an. weil CO.. und Wasserdampf in der Flüssigkeit rasch absorbiert werden. Der im Vergleich zur Abbau/onc größere Wasserstrom in der Abwasserbelüftungs/one hat ein ganz erhebliches COi-l.ösungsvermögcn und senkt den C()_>-Gchalt des ankommenden Gases rasch ab. Die geringere Temperatur der Flüssigkeit in der Abwasserbelüftungszone führt zu einem wesentlich geringeren Wasserdampfdruck als in der Abbauzone, so daß der Wassergehalt des ankommenden Gases durch Kondensation rasch abgesenkt wird. Wenn beispielsweise das Abgas der Abbau/onc die gesamte O>-Zufuhr für die Abwasscrbehandlungszone bildet und 61% O₂ enthält, hat das Belüftungsgas in dem Überkopfraum innerhalb der abgeschlossenen Abwasserbelüftungszone einen Oj-Gchalt von 78%. Der erhebliche Anstieg der .Sauerstoffreinheit in dem Gas der Abwasscrbelüftungszone sorgt für einen relativ hohen Sauerstoffpartialdriick. der seinerseits eine Befriedigung der in dieser Zone erforderlichen hohen 02-Verbrauchsgcschwindigkeil bei einem Energieaufwand erlaubt, der sehr bescheiden im Vergleich zu bekannten Anlagen ist. bei denen den beiden Zonen entweder gesonderte Sauerstoffeinsai/.gasströmc zugeleitet werden oder bei denen das Saucrstoffcinsatzgas zunächst der Abwasserbclüflungszonc zugeführt und das Abgas dieser Zone dann in eine Warmabbauzonc eingeleitet wird.

Das Verfahren nach der Erfindung erlaubt erhebliche Energiccinsparungen. Beispielsweise belief sich in einem Fall die Gesamtlösungscnergie für eine erfindungsgemäß betriebene Anlage, für eine Anlage, bei der Gas von der Belüftungszone zur Abbauzonc geleitet wird, und für eine Anlage mit gesonderter Sauerstoff zufuhr auf 163 bzw. 205 bzw. 243 PS.

Zur Erhöhung der Temperatur in der Abbauzone wird vorzugsweise das zweite Gas vor d?m Einleiten in die Abbauzone erhitzt. Dadurch lassen sich Probleme im Hinblick auf ein Verschmutzen der benutzten Wärmeaustauscher ganz ausräumen oder mindestens klein hallen.

Um eine ausreichende Schwebstoffmenge zu oxydieren und durch die dabei erzeugte Wärme der Kühlwirkiing des in die Abbauzone eingeleiteten Schlamms entgegenzuwirken, andererseits aber den Tankraum und die Mischleistung verhältnismäßig klein zu halten, betragt die Fcststoffverwcildaucr in der Abbauzonc zweckmäßig 3 bis 10Tage.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorteilhaft ein Teil der Feststoffe des Abwassers zuvor abgetrennt und unmittelbar der Abbauzonc zugeführt werden. Der auf diese Weise erhöhte Feststoffgehalt in der Abbau/onc hat höhere autothcrmische Temperaturen und damit eine raschere Stabilisierung der Feststoffe zur Folge.

Um für einen besonders atisgeprägten Reinheitsanstieg des Sauersloffbelüfliiiigsgases in der Bcliifliiiigs/o nc zn sorgen, wird zweckmäßig der Schlamm in der Abbaii/one auf einer Temperatur gehalten, die mindestens 20"C über der llüssigkeilsiemperatiir in der Abwasserbelüflungszonc liegt.

Vorzugsweise werden in der Abbau/one mindestens 80% des biologisch abbaufähigeii flüchtigen Schweb stoffgehalts des in diese /one eingeleiteten Schlamms oxydiert. Dies führt zu einer großen Stabilität des Schla mmrückstandes.

Wird im Rahmen des erfindungsgcmäßen Verfahrens in an sich bekannter Weise (US-PS 36 70 887) eine Abwasserbclüliungs/one mit einer Konlakltcilzonc und τ einer Stabilisicrungs/one verwendet, wobei aus der Kontaktteilzone nach vorläufigem Mischen und Umwälzen eines der Medien gegenüber den anderen Medien eine Mischflüssigkeit ausgetragen und in gereinigte Flüssigkeit sowie einen mit Sauerstoff in

to Kontakt gebrachten Schlamm getrennt wird, und der mit Sauerstoff in Kontakt gebrachte Schlamm in die Stabilisierungszone zwecks weiteren Mischens und Umwälzens eines der Medien gegenüber den anderen Medien eingeleitet wird, wird vorzugsweise entweder

r> das an Sauerstoff teilweise verarmte, aus der Abbauzonc ausgetragene Abbaugas der Kontaktteilzone als das erste Gas zugeleitet sowie an Sauerstoff weiter verarmtes Gas aus der Konlakltcilzonc heraus- und in die Stabilisierungstcilzonc als das erste Gas eingeleitet, oder wird das an Sauerstoff teilweise verarmte, aus der Abbauzone ausgetragene Abbaiigas der Stabilisicrungsteilzone als das erste Gas zugeleitet sowie an Sauerstoff weiter verarmtes Gas aus der Stabilisierungszone heraus- und in die Kontaktteilzonc als das erste Gas > eingeleitet. Es ist so eine flexible Anpassung an die in der Praxis anzutreffenden, sich von Fall zu Fall erheblich unterscheidenden Bedingungen möglich.

Um die Wärmeleiliingsverluste, bezogen auf die Menge der in der Abbauzone erzeugten Wärme, klein

κι zu halten, wird vorteilhaft mit einer Abbauzone gearbeitet, die ein Oberflächen/Volumen-Verhältnis von weniger als 2,62 ni²/m^! hat.

Zur sicheren Aufrechlerhaltung der Temperalurmindestdifferenz von 10 Grad zwischen der Flüssigkeit in

ij der Belüftungszonc und dem Schlamm in der Abbauzonc wird zweckmäßig mit einem Gesamtschwebstoffgehalt des Schlamms in der Abbauzonc von mindestens 20 000 mg/1 gearbeitet.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispiclen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F ig. 1 ein Fließschema einer zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeigneten Anlage mit gesonderten Abwasserbehandlung.*- und Schlammab-

4^r) bauzoncn,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf eine gleichfalls zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeignete kreisförmige integrierte Abwasscrbehandlungs- und Schlammabbaiianlage.

•ίο Fig. 3 ein Fließschema für eine abgewandelte Ausführungsform mit einer Abwasservorbehandlungszone, wobei nachbchandelter belebter Schlamm vor dem Abbau eingedickt wird und die Zufuhr an biologisch abbaufähigcm Brennstoff zu der Schlammab-

τ, bauzonc aus einer externen Quelle erhöht wird,

F ig. 4 ein Fließschema einer weiteren abgewandelten Ausführungsform, bei der die Naehbehaiulliingszone eine Konlaktleil/one und eine Slabilisierungsieil/onc aufweist und das Sauerstoff-Belüftungsgas naclicinan-

Mi der zu der Abbau/one. der Kontaktleilzone und der Stabilisierungsleil/onc strömt.

Fig.!) ein Fließschema einer weiteren abgewandelten Ausführungsform mit Kontakt-Stabilisierung, wobei das Sauerstoff-Ilelüftimgsgas nacheinander der sekun-

(,-, dären Stabilisierungsteil/ouc. der Schlammabbaii/one iinil der sekundären Koniaklicil/onc zugeleitet wird.

Fig. ti eine scliemnlische Darstellung eines als Abbau/one bei den Aiisfühniiiüslormeu nach den F i n. I

und 3 bis 5 geeigneten Sehlammabbautanks mil mehreren Kammern für einen stufcnweisen Durchfluß von Flüssigkeit und Sauersiolf-Belüftungsgas im Gleichstrom,

F i g. 7 eine grafische Darstellung der Verteilung der O_>-Reinheiten im Belüftungsgas und des für den Lösungsvorgang aufgewendeten Energieverbrauchs bei einer mit Sauerstoffbelüftung arbeitenden Abwasserbehandlungs- und Sehlammabbauanlage mit gesonderter OrZufuhr zur Abwasserbehandlungszone und /ur aeroben Warmabbau/.onc,

Fig. 8 eine grafische Darstellung ähnlich Fig. 7 für eine Anlage, bei der der gesamte zugcführle Sauerstoff zunächst zu der Belültungszone und dann zu der Warmabbauzone gelangt,

F i g. 9 eine weitere grafische Darstellung ähnlich den Fig. 7 und 8 für eine Anlage, bei der der gesamte zugeführte Sauerstoff erfindungsgemäß zunächst in die Warmabbauzone und dann in die BelüftungszoiK eingeleitet wird,

Fig. 10 eine grafische Darstellung, die den Einfluß unterschiedlicher Abbauzonentemperaturen auf den Energiebedarf erkennen läßt,

F i g. 11 eine grafische Darstellung ähnlich F i g. 7 für eine Anlage mit einer Kontakt-Stabilisierungs-Belültungszone, wobei das Sauerstoffbelüftungsgas nacheinander die Abbauzone, die Kontakiteilzone und die Stabilisierungsteilzone durchströmt,

Fig. 12 eine grafische Darstellung ähnlich F i g. 11 für eine Anlage, bei der das Sauerstoffbelüftungsgas nacheinander die Kontaktteilzone, die Stabilisierungsteilzone und die Abbauzone durchströmt,

Fig. 13 eine weitere grafische Darstellung ähnlich Fig. 11 für eine Anlage, bei der da:; Sauerstoffbelüflungsgas nacheinander die Stabilisierungsteilzone, die Abbauzone und die Kontakttcilzone durchströmt,

Fig. 14 eine grafische Darstellung ähnlich F i g. 11 für eine Anlage, bei welcher das Sauerstoffbelüftungsgas nacheinander die Abbauzone, die Stabilisierungsteilzone und die Kontaktteilzone durchläuft,

Fig. 15 eine grafische Darstellung, die den Einfluß unterschiedlicher Abwassertemperaturen auf die Differenz der Sauersloffgasreinheit von Abbau- und Abwasserbelüftungszone erkennen lassen,

Fig. 16 eine grafische Darstellung ähnlich Fig. 15, die den Einfluß der Alkalität auf die vorstehend genannte Sauerstoffgasreinheitsdifferenz erkennen läßt und

Fig. 17 eine grafische Darstellung ähnlich Fig. 16, die den Einfluß des BSB-Beseitigungsbedarfs in der Abwasserbelüftungszone auf die vorstehend erwähnte Sauerstoffgasreinhei'.sdifferenz erkennen läßt.

Bei der Anordnung nach Fi j». ! gelangt HSB-haltiges Wasser, beispielsweise Abwasser, über eine Leitung 11 in eine Belüftungszone 10. Ein erstes Gas, das mindestens 40 Vol.-⁰/» Sauerstoff enthält, tritt in die /one 10 über eine gestrichelt dargestellte Leitung 12 ein, während belebter Kücklaufschlamm in die Zone 10 über eine Leitung 13 gelangt, in eier eine Pumpe 14 sil/l. In F ig. 1 sind ebenso wie in den folgenden Figuren Flüssigkeit und Feststoffe führende Leitungen mit ausgezogenen Linien dargestellt, während gasführende Leitungen durch gestrichelte Linien veranschaulicht sind. Der Einfachheit halber sind Ventile nicht gezeigt; es versteht sich jedoch, dall diese bei der praktischen Anwendung der Erfindung in zweckentsprechender Weise eingesetzt werden.

Die zuvor genannten Ströme werden in der Belültungszone 10 mittels eines mechanischen Rührwerks 15 innig gemischt. Das Rührwerk kann motorisch angetriebene Flügelräder aufweisen, die nahe der Flüssigkeitsoberfläche angeordnet oder in die Flüssig-ι keit eingetaucht sind. Die Zufuhr des Sauerstolfgascs über die Leitung 12 kann entweder oberhalb oder unterhalb des Flüssigkeitsspiegels erfolgen. Vorrichtungen dieser Art sind bekannt; sie sind so auszulegen, daß für eine große Kontaktfläche zwischen den Medien bei

ι» kleinstmöglichem Energieaufwand gesorgt wird. Wenn das Sauerstoffgas in die Flüssigkeil eingeblasen oder eindiffundiert wird, sollten die Blasen so klein sein, daß ihre Gesamtoberfläche groß und ihr Auftrieb gering ist. Das Lösen von Sauerstoff wird auch dadurch unter-

r> stützt, daß die zum Einbringen des Gases vorgesehene Anordnung in die Flüssigkeit so tief eintaucht, daß der hydrostatische Effekt eine Rolle spielt.

Es sind Mittel vorgesehen, um in der Belüftungs'one 10 ständig ein Medium gegenüber den anderen Medien

>() umzuwälzen. Beispielsweise wälzt eine Pumpe 16, die mit dem Gasraum über eine Leitung 17 in Verbindung steht, Belüftungsgas zum unteren Teil der Zone um, um dieses Gas in Form von kleinen Gasblasen durch eine Einblasvorrichtung 17a hindurch freizusetzen. Belüftungsgeräte werden im allgemeinen nach dem sogenannten »Luft-Normalübergangswirkungsgrad« bemessen, der die Fähigkeit des Gerätes kennzeichnet. Sauerstoff aus Luft in Leitungswasser zu lösen, das keinen gelösten Sauerstoff enthält, unter einem Druck

so von einer Atmosphäre steht und eine Temperatur von 20⁰C hat. Geeignete Geräte haben einen Luft-Normalübergangswirkungsgrad von mindestens 0,68 kp O> je PS-Stunde und vorzugsweise einen Wirkungsgrad von mindestens 1,36 kp O2 je PS-Stunde. Für diese Zwecke

r> handelt es sich bei der in Verbindung mit der Bemessung des Geräts verwendeten Energie um die Gesamtenergie. die sowohl für das Umrühren der Flüssigkeit als auch für das Inkontaktbringen von Gas und Flüssigkeit verbraucht wird.

Der vorstehend genannte Sauerstoff wird cingelcitei; gleichzeitig wird eines der Medien ständig gegenüber den anderen Medien in ausreichender Menge und Geschwindigkeit umgewälzt, um den Gehall der Mischflüssigkeit an gelöstem Sauerstoff (OO) auf

■Ti mindestens 0,5 mg/1 zu halten. Die Flüssigkcitstcmpera-IUi" wird ferner auf mindestens I5°C gehalten, so daß bei kaltem Wetter Mittel erforderlich sein können, um eine niedrigere Temperatur in der Zone 10 zu vermeiden. Beispielsweise kann für diesen Zweck das ankommende

w Abwasser in der Leitung 11 erhiizt werden. Aufbau und Arbeitsweise der Abwasserbelüftungszone 10 können so gewählt sein, wie dies aus den US-PS 35 47 811, 35 47 812 oder 35 47 815 bekannt ist. Aus den im folgenden noch diskutierten Gründen ist jedoch

^r)^r> vorzugsweise dafür gesorgt, daß Gas und Flüssigkeit im Gleichstrom durch mindestens zwei Teilzonen (entsprechend der Beschreibung des letztgenannten Patents) hindurchtreten.

Die mit Sauerstoff angereicherte Mischflüssigkeil

Wi wird aus der :ibgedeckten Belüftungszone 10 abgeleitet und gelangt über eine Leitung 18 in ein Klärbecken 19, um dort in eine gereinigte, obenschwimmende Flüssigkeit und in belebten Schlamm getrennt zu werden. Nicht verbrauchtes sauerstoffhaltiges Gas verläßt die Belüf-

h^r> Uingszone 10 über eine Leitung 20 und kann beispielsweise in die Atmosphäre entlüftet weiden. Dieses Gas wird aus der Belüftungszone in einer Durchflußmenge ausgetragen, die so geregelt ist, daß

sein Sauerstoffgehalt nicht mehr als 40% des Gesamlsauersloffs ausmacht, tlci" in die im folgenden ciUiiilcrtc abgedeckte Abbauzone eingeführt wird. Aus dem Klärbecken 19 wird überMehentle gereinigle Flüssigkeit über eine Leitung 20;f abgezogen, während belebter Schlamm über eine Leitung 21 ausgetragen wird. Der belebte Schlamm enthält Mikroorganismen in konzentrierter Form. Die Konzentration entspricht einem Gfsamtschwebstoffgehalt (MI.SS) von ungefähr 15 000 bis 14 (X)O mg/1. Der größere Teil des belebten Schlamms, beispielsweise mindestens 85%, wild über die Leitung 13 und die Pumpe 14 zu der Belüftungszone /urückgeleitct, und zwar vorzugsweise mit einer solchen Durchflußmcnge, bezogen auf das BSB-haltige Abwasser, daß das Volumenvcrhalinis von Rücklaufsehlamni /u BSB-haltigem Abwasser zwischen 0,1 und 0,5 liegt. Die Durchflußmengen der in die abgedeckte Belüflungszone 10 eingeleiteten Medien sind vorzugsweise so bemessen, daß die Gesamtschwebstoffkonzentratioii (MLSS) zwischen 4000 und 12 000 mg/1 und der Gehall an flüchtigen Schwebstoffen (MLVSS) 3000 bis 10 000 mg/1 beträgt. Die Flüssigkeits-Fcstsioff-Kontaktdiuicr in der Belüftungszone 10 für die Absorption und Assimilation von organischen Stoffen liegt zwischen 30 Minuten und 24 Stunden. Diese Zeit schwankt in Abhängigkeit von der Stärke (d. h. dem BSB-Gehali)des Abwassers, der Art der Schmutzstoffe, dem Feststoffgehalt in der Belüftungszone und der Temperatur, wie sich dies für den Fachmann versieht.

Aus zwei Gründen wird nicht der gesamte im Klärbecken 19 abgetrennte Schlamm zu der Belüftungszone 10 zurückgeführt. Zum einen erzeugt das Belebungsverfahren insgesamt einen Überschuß an Mikroorganismen, weil die Masse der aus den Verunreinigungen im Abwasser synthetisierten neuen Zellen größer als die Masse der Zellen ist, die während der Behandlung eine Selbstoxydation erfahren. Zum anderen enthält da« Abwasser normalerweise biologisch nicht abbaufähige Feststoffe, die sich absetzen und zusammen mit der Biomasse ansammeln. Infolgedessen muß ein kleiner Anteil des belebten Schlamms ausgeschieden werden, um fur ein Gleichgewicht zwischen der Mikroorganisiiienbevölkerung und der Zufuhr an organischen Stoffen (BSB) zu sorgen sowie um die Ansammlung von inerten Feststoffen innerhalb des Systems zu unterdrücken. Der Abschlamm macht für gewöhnlich weniger als 3% des insgesamt abgetrennten Schlamms und selten mehr als 15% aus.

Zwar stellt der Abschlamm einen kleinen Anteil der im Klärbecken abgetrennten Gesamtfeststoffe dar; gleichwohl bildet er oft absolut gesehen eine große Sloffmenge. Unabhängig von der Menge stellt die Beseitigung dieses Schlamms einen erheblichen Teil der Kosten der Abwasserbehandlung dar; daneben bildet er ein erhebliches ökologisches Problem. Der .Schlamm ist faulbar und in hohem Maße biologisch akliv; oft enthält erpathogene Bakterien. Der Schlamm ist als Düngemittel und/oder zur Geländeauffüllung potentiell geeignet. Vor einer solchen Anwendung muß er jedoch gut stabilisiert werden, um Belästigungen und gesundheitliche Risiken zu vermeiden; sein hoher Wassergehalt (/.. B. % bis 98%) muli verringert werden.

F.in Teil des Schlamms in der Leitung 21 wird entweder kontinuierlich oder intermittierend in eine abgedeckte eihilzle Abbaiizone 22 eingeleitet. Die Temperatur dieser Zone entspricht zunächst ungefähr derjenigen des Abwassers in der Belüftungszone K), d.h., sie liegt bei mindestens I5"C. Die Temperatur sieigt jedoch auf mindestens 25"C an: sie erreicht einen Wert von mindestens 10"C über der Temperatur der Flüssigkeit in der Zone i0, bicibi jedoch unterhalb 75 C Vorzugsweise liegt die Temperatur in der Abbauzone "> zwischen ungelähr 55 und b5'C Hs ist schwierig. Abbautemperaluren über 65°C autothermisch aufrechtzuerhalten. Der untere absolute Temperaturgrenzwei! der Zone 22 und die Temperaturdifferenz sind erforderlich, um den Reinheitsanstieg des Sauersiofl'be-

K) lülUingsgases in der Belüftungszone zu erzielen. Der obere Grenzwert basiert auf einer Teilslerilisalion des Schlamms bei Temperaturen von ungefähr 75"C sowie auf dem ungerechtfertigt höheren Energiebedarf für ein Erhitzen des Schlamms über diesen Wert hinaus. Die

i"> erhöhte Temperatur in der abgedeckten Abbaiizone 22 kann erreicht weiden, indem externe Wärme zugeführt wird, beispielsweise, indem man ein zweckentsprechendes erhitztes Medium in einem Wärmeaustauscher 23 umwälzt. Wegen der Neigung der Feststoffe. Überzüge zu bilden und Verstopfungen zu verursachen, sollten innerhalb der Abbaiizone angeordnete Wärmeaustauscheroberfläehen nicht kompliziert oder in engen Abständen ungeordnet sein: vorteilhafterweise können sie in die Wand lies Tanks eingebettet oiler mil dieser

2ϊ verbunden sein.

Ein zweites Sauerstoffgas, das mindestens 80 Vol.-% Sauerstoff aufweist, wird der abgedeckten erhitzten Abbauzone 22 über eine Leitung 24 zugeführt. Wie im folgenden erläutert ist, reicht die Menge dieses Gases

ίο aus, um für einen Teil des ersten .Sauerstoffgases zu sorgen, das in die Bclüflungsz.one 10 über die Leitung 12 eingeleitet wird. Wärmeaustausch er- Versehmut zu ngsprobleme in der erhitzten Abbauzone 22 lassen sich dadurch besonders klein halten oder gegebenenfalls

π ganz beseitigen, daß das zuströmende zweite .Sauerstoffgas mittels einer externen Heizeinrichtung 25 erwärmt wird. Wird das Belüftungsgas zu der Abbauzone hin umgewälzt, kann auch der umgewälzte Gasstrom erhitzt weiden.

i» Vorzugsweise wird die erhöhte Temperatur in der abgedeckten Abbauzone 22 auiothermisch erzielt, ohne daß Wärmeaustauscher wie die (!ernte 23 und 25 notwendig werden. Der konzentrierie Schlamm, wie er bei dem Saiierstoffbelüftungsverfahren gemäß HS-PS

4j 35 47 813 üblicherweise anfällt, eignet sieh für einen autothermischen Betrieb besonders gut. da er einen gegenüber dem Gehalt an biologisch abbaubarem »Brennstoff« verminderten Wassergehalt hat. Außerdem wird mit hohen Fesistoffkonzcnirationen die

")» Größe des Abbautanks kleiner, wodurch auch Wärnielcitverluste durch die Wände des Abbautanks hindurch verringert werden. Wie zuvor erwähn!, sollte der Gcsamtschwobstoffgehalt des .Sehlamms in der Abbuuzone mindestens 15 000 mg/1 und vorzugsweise nun·

r> destens 20 000 mg/1 betragen, um den Mindest.I /Wert von K)¹¹C zwischen der Flüssigkeit der Abwasserbelüflungszone und dem Schlamm der Abbaiizone /w erzielen. Bei einem Versuch, bei dem die Temperatur der Abwasserbeliiliungszone 19 C" betrug, wurde eine

i,(i AbbauZoncntemperaiur von 33C auf autothermem Wege mit ungefähr 2% Feststoffen (2(i 000 mg/|) und einer Schlammverweildauer von sieben lagen erzielt. Der J 7'-Wert betrug 14¹C. Fin Sehwebsioffgchali von 15 000 mg/1 in der Abbauzone dürfte ein .1/ von

hi ungelähr 10"C zur Folge haben, insbesondere wenn die Größe der Abbauzone verringert wird, um eine Verweildauer zu erzielen, die dem Oplinialwert für diesen Schlamm niiherkomnit.

Die oberen Grenzwerte für die Feslstolfkonzcntration in der Abbauzone werden von zwei Faktoren bestimmt. Allgemein hiingi die Maximalkon/entration von der Fähigkeit von Sedimentations- und Findikkungscimichlungcn ab. ilen Wassergehalt /ti vermindern. Floiationscinriehlungen. Zenirifugalseheider und Schwerkrafteindicker sorgen oft für Konzentrationen von 50 ÜOO mg/|. Der Feststoffgehalt kann ferner dadurch erhöht werden, daß Frisehschlamm oder kon/enlricrter Abfall aus einer anderen Quelle als dem Abwasser zugcmischi wird. Der /weite Faktor, der die Fesistoffkonzentrationen begrenzt, ist die zunehmende Schwierigkeit in der Abbauzone Sauerstoff zu lösen und die Feststoffe zu mischen. Ein bevorzugter oberer Grenzwert ist 50 000 mg/1, wodurch sichergestellt wird, daß der gelöste Sauerstoff in dem Schlamm gleichmäßig verteilt wird. Außerdem lassen sich bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in den meisten Füllen Temperaturen, die nahezu den maximalen Abbaugeschwindigkeiten entsprechen, autothermisch erzielen, wenn der Fcstsloffgchalt nicht höher als 50 000 mg/1 isi. Hei einer weiteren Steigerung der Feststoffkonzentration wurde mehr CO) in den Gasraum der Abbauzonc gelangen; der Saiierstoffpariialdruck des Gases würde unnötigerweise vermindert.

Die Konstruktion des Abbautanks beeinflußt ebenfalls die aulolhermischen Temperaiurwertc. Betonwände sind wegen des geringeren Wärmclcilungsverkistes von Beton gegenüber Mctallwänden vorzuziehen. Der Wärmcveilust läßt sich weiter herabdrücken, indem der Tank unterirdisch eingebettet und F.rdc gegen alle freiliegenden lotrechten Tankwändc aufgeworfen wird. Falls erforderlich, kann eine Wärmcisolation, beispielsweise ein Beton von niedriger Dichte oder ein Schaumstoff, über eine metallische Abdeckung aufgebracht werden.

Vorzugsweise werden für das Verfahren nach der Erfindung ferner Abbaulanks verwendet, die ein Oberfläehen-Volumcn-Verhältnis von weniger als 2.62 m-Vm¹ haben. Dabei umfaßt der Begriff »Oberfläche« die gesamte Wandoberfläche des abgedeckten Abbautanks einschließlich Boden, Deckel und Seitenwänden. Oberfläehen-Volumcn-Verhältnis von mehr als 2,62Hi-Vm¹ führen zu großen Wärmclcitungsverlustcn durch die Wände hindurch, bezogen auf die Menge der im Abbautank erzeugten Wärme. Ein derartiger Wärmevcrlust erfordert normalerweise eine Wärmcisolation auf den der Außenatmosphäre ausgesetzten Wänden. Außerdem bedeuten größere Oberflächen-Volumcn-Verhältnisse im allgemeinen Abbautanks mit kleineren Abmessungen, bei denen eine Belüftung unc¹ gleichförmige Durchmischung schwierig ist.

Die Verweildauer des Schlamms im Abbautank beeinflußt ebenfalls die autothermischen Temperaturwerte, die aufrechterhalten werden können. Das Verhältnis von Verweildauer und Temperatur wird von zahlreichen Faktoren bestimmt, unter anderem von der Abbaufähigkeit und der Stärke (dem Feststoffgchalt) des Schlamms. Im allgemeinen sollte mit einer Schlammverweildaucr von mindestens zwei Tagen gearbeitet werden, um eine ausreichende Menge an flüchtigen Schwebstoffen zu oxydieren, so daß die erzeugte Wärme der Kühlwirkung des in den Abbautank gelangenden Schlamms entgegenwirkt. Vorzugsweise beträgt die Verweildauer mindestens drei Tage, um nicht nur die Temperatur zu maximieren, sondern um auch die Feststoffe für die Beseitigung besser zu stabilisieren. Fine übermäßig lange Verweildauer scl/l

dagegen den aulothermischen Tenipcraturwcrl hcral und stellt einen unnötigen Aufwand an Tankraum und Mischleistiing dar. Für typische Schlämme wird eine geeignete Stabilisierung innerhalb von drei bis /elin Tagen erzielt. Fine Verweildauer von mehr als zehn lagen hat für gewöhnlich eine niedrigere Temperatur zur Folge, l.elzleres ist darauf zurückzuführen, dall nach ausgedehnter Sauerstoffanreichcrung der Brennsloffgehall des Schlamms erschöpft wird und in abnehmendem Maße Wärme beisteuert, während die auf Wärmeleitung und Verdampfung zurückzuführenden Wärniever luste, die mit dem Schlanimvolumen und der Verweildauer in dem Tank verbunden sind, hoch bleiben. Schlämme aus Abwasser mit einem hohen Anteil an kommunalem Abwasser und ohne die Abbaugeschwindigkeit beeinträchtigende Verunreinigungen lassen sich im allgemeinen innerhalb von drei bis sieben Tagen zufriedenstellend stabilisieren.

Die Abbauzonc 22 ist mit einem mechanischen Rührwerk 26 ausgestattet, das von der gleichen Art wie das Rührwerk 15 in der Bclüflungszone 10 sein kann Außerdem sind Mittel vorgesehen, um ständig ein Medium gegenüber den anderen Medien umzuwälzen. So kann beispielsweise eine Pumpe 27 vorhanden sein, die mit dem Gasra:nn über eine Leitung 28 verbunden ist. um Belüfuingsgas zum unteren Teil der /one zurückzuleitcn, wo das Gas in Form von kleinen Gasblascn mittels einer Finblasvorrichlung 29 freigesetzt wird.

Das minde.slcns80%Sauerstoff enthaltende zwcitcGas wird der abgedeckten Abbauzone 22 in ausreichender Menge und Geschwindigkeit zugeleitet, um den Gehalt des Schlamms an gelöstem Sauerstoff bei mindestens 2 mg/1 zu halten. Bei fortschreitendem Abbau wird CO_> erzeugt. FJn verhältnismäßig großer Anteil des CO> geht in die Gasphase über, wodurch die Sauerstoffkonzentration beträchtlich herabgesetzt wird. Außerdem führt der verhältnismäßig hohe Dampfdruck von Wasser bei der erhöhten Temperatur der Abbauzonc zu einem erheblichen Anteil von Wasser in dem Belüftungsgas. Der Verlust an Triebkraft für den Stoffübergang in der flüssigen Phase auf Grund der verminderten Löslichkeit von Oj bei erhöhter Temperatur zwingt zu einem entgegengesetzten Anstieg der Triebkraft in der Gasphase. Die vorstehend erläuterten Einflüsse von CO: und H>O suchen jedoch die Gasphasentriebkraft herabzusetzen, was dem gewünschten Effekt genau entgegengerichtet ist.

Es ist festzuhalten, daß die CO2-Verteilung zwischen der flüssigen Phase und der Gasphase in der Abbau/.onc in Abhängigkeit von Faktoren wie der Alkalität, dem pH-Wert, der Isttemperaiur und der Oi-Ausnutzung schwankt.

Der Abbauvorgang wird für eine ausreichende Zeitdauer fortgesetzt, um mindestens 60% und vorzugsweise 80% der biologisch abbaubaren flüchtigen Schwebstoffe des Schlamms zu oxydieren, welcher der Abbau/.one zugeführt wird. Unter »Gehalt an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen« soll vorliegend im wesentlichen die maximale F'eststoffvermindcrung verstanden werden, die erhalten werden kann, indem der Schlamm mit Oj-haltigcm Gas bei Außentemperatur, z. B. 20"C, und einem Gehalt an gelöstem Sauerstoll von mindestens 2 nig/l belüftet wird. Dabei wird angenommen, daß die maximale Feststoffvcniiinderung nach iOtägiger Belüftung erzielt wird. Angaben für eine solche Bestimmung befinden sich in »Water Pollution Control« von W. W. F c k e 11 ie Id c r und I). L. Ford

The Pembcrton Press, 1970. Seile 152. Durch Bestimmung der Gehalle an flüchtigen Schwebstoffen (VSS) von l'ris'jhschlamm und nach 30tägiger Belüftung kann der biologisch abbaufähige Anteil der gesamten flüchtigen Schwebstoffe berechnet werden als:

VSS (frisch) - VSS (30 Tage)

^vSS(_frisch)

Vorzugsweise werden mindestens 80% der biologisch in abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffe des in die Abbauzone gelangenden Schlamms oxydiert. Allgemein sollten im Hinblick auf die mil einer minimalen Verweildauer verbundenen Gründe mindestens 60% der biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffe oxydiert werden, d. h. mindestens dieser Anteil der verfügbaren flüchtigen Schwebstoffc ist zu verbrauchen, damit die erzeugte Wärme die Kühlwirkung des durch die Abbauzone laufenden Schlamms ausgleicht. Außerdem sind mindestens 60% der flüchtigen Schwebstoffe zu oxydieren, um eine für die Schlammbcscitigung brauchbare Stabilisierung zu erzielen. Eine mindestens 80%ige Oxydation ist vorzuziehen, um die Stabilität des Rückstandes weiter zu verbessern. In der Praxis kann eine Oxydation von mindestens 80% meist bei einer 2^r> Verweildauer von drei bis sieben Tagen erreich! werden; dabei wird für eine maximale autothermischc Temperalur in der Abbauzonc gesorgt.

Danach wird der stabilisierte Schlammrückstand entweder kontinuierlich oder intermittierend über eine jo vom Boden des Abbautanks abgehende Leitung 30 abgezogen, um weiterverarbeitet, z. B. entwässert, zu werden.

Ein an Sauerstoff verarmtes Abbaugas mit einer Sauerstoffreinheit von mindestens 40% wird aus der abgedeckten, erwärmten Abbauzonc 22 über die Leitung 12 mit einer solchen Durchflußmenge abgezogen, daß sein Sauerstoffgehalt mindestens 35% des Sauerstoffgehalts des Sauerstoffeinsatzgases ausmacht, das über die Leitung 24 einströmt. Das Gas in der Leitung 12 gelangt zu der abgedeckten Belüftungszone 10. wobei mindestens ein größerer Teil des erwähnten ersten Gases den Sauerstoff stellt, der für die biochemische Salierstoffanreicherung des Abwassers erforderlich ist. Falls erforderlich, kann zusätzliches 4^r> saucrstoffhaltiges Gas von einer externen Quelle aus über eine Leitung 31 zugeführt werden. Das Einsatzgas der Abwasserbclüftungszone braucht nur 40% Sauerstoff zu enthalten, während die Sauersloffbelüftungssystcmc, die in den obengenannten Patenten beschrieben sind, ein Einsatzgas mit höherer O>-Reinheit bedingen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei dem Verfahren nach der Erfindung mindestens der größere Anteil des Einsatzgases von dem Abgas der Abbauzone gebildet wird, das erhebliche Mengen an CO2 und HjO enthält; diese Komponenten werden aus dem Belüftungsgas in der Zone 10 rasch entfernt, wie dies im folgenden noch näher erläutert ist.

Zusätzliches CO > wird in der Zone 10 erzeugt, während BSB aus dem Abwasser beseitigt wird. Andere Gase, insbesondere Stickstoff, werden, im Abwasser gelöst, ebenfalls in die Abwasserbclüftungszone eingebracht. Da das über die Leitung 12 einströmende Einsatzgas bereits einen erheblichen Anteil an Verdünnungsgas enthält, würde man eine weitere Herabset- t>^r> ziing der .Sauerstoffkonzentration in dem Belüftungsgas der Zone 10 auf einen prohibitiv niedrigen Wert erwarten. Stall dessen wurde Befunden, daß das Abwasserbelüllungsgas im Bereich der Einsaizgaseinleilung eine wesentlich höhere Sauerstoff reinheit als das Einsalzgas hat. Der Grund dafür, daß die Oi-Rcinheit des Belüftungsgases über diejenige des Einsatzgases ansteigt, ist darin zu suchen, daß CO2 und Wasserdampf in dem in der Belüftungszone befindlichen Abwasser rasch absorbier! werden. Der größere Strom an verhältnismäßig kaltem Wasser in der Abwasscrbelüflungszone (verglichen mit der Abbauzone) hat ein sehr großes COj-Lösungsvcrmögcn, wodurch der CO>-Gehalt des ankommenden Gases rasch hcrabgesclzl wird. Die niedrigere Temperatur des Wassers in der Abwasserbelüftungszone führt ferner zu einem erheblich niedrigeren Dampfdruck als in der Abbauzonc, so daß der H2O-Gehalt des ankommenden Gases durch Kondensation rasch abgesenkt wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind alle 11, Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Anlagenteilc zu einer kreisförmigen Abwasserbehandlungs-Schlammabbauanlage zusammengefaßt, die von einer kreisförmigen Wand 35 umschlossen ist. Der besseren Übersicht halber sind in Fig.2 und den weiteren Figuren für entsprechende Anlagcntcile die gleichen Bczugszcichcn wie in Fig. 1 verwendet. Die kreisförmige Anlage als solche ist in der US-Patentanmeldung 3 47 398 vom 2. April 1973 (L. M. LaClair et al.) beschrieben. Abwasser und das erste sauerstoffhaltige Gas werden in eine ersten bogenförmige Belüftungs-Teilzone 10a über die Leitungen 11 bzw. 12 eingeführt. Belebter Schlamm wird in die Teilzone 10a bei 13 über eine Rinne 37 eingeleitet. Nach dem Mischen mittels eines mechanischen Rührwerks 15a werden die Flüssigkeit und das an Sauerstoff teilweise verarmte Belüftungsgas gesondert in eine zweite mittlere kreisförmige Abwasserbelüftungs-Teilzonc IP/? eingeleitet, um mittels eines Rührwerks 156 weiter gemischt zu werden, wobei das eine Medium ständig umgewälzt wird. Die erste und die zweite Teilzone 10;) und 106 sind durch eine kreisförmige Innenwand 35a voneinander gelrennt. Für die Gas- und Flüssigkeitsströme 12a bzw. 6 sind Öffnungen vorgesehen, die durch die Wand 35a hindurchführen oder unter dieser hindurchreichen. Erstreckt sich die Wand 35a beispielsweise bis zu der Abdeckung, kann Belüflungsgas nacheinander von der ersten Teilzone 10a zur zweiten Teilzone 106 über Öffnungen in der Wand gelangen, die über dem Flüssigkeitsspiegel liegen (vergleiche die durch die Wand 35a hindurchfühlende gestrichelte Linie 12a/ Unverbrauchten Sauerstoff enthaltendes Gas wird aus der zweiten mittleren kreisförmigen Belüftungsteilzone 106 über die Leitung 20 abgezogen. Die Mischflüssigkeit wird über eine zweckentsprechende, nicht veranschaulichte Verteilereinrichtung an der Innenkante der bogenförmigen Klärzone 19 weitergeleitet, um die Klärzone in Richtung auf die Außenwand 35 zu durchqueren. Dabei wird die Mischflüssigkeil in belebten Schlamm und in gereinigte Flüssigkeit gelrennt, die über ein Wehr 39 abströmt. Ein Teil des belebten Schlamms wird in nicht näher veranschaulich' ter Weise zur Rinne 37 zurückgeleitet und bei 13 in die erste bogenförmige Belüftungsteilzone 10a eingebracht. Der restliche Schlamm gelangt zu der bogenförmigen Abbauzone 22, wo er mit dem zweiten Sauerstoffeinsatzgas gemischt wird, das über die Leitung 24 einströmt. Mit Ausnahme der bogenförmigen Klärzone 19 sind alle vorstehend genannten Zonen der kreisförmigen Anlage abgedeckt. Nachdem ein Abbau in der ohen beschriebenen Weise erfolgt ist. wird ein an

Sauerstoff verarmtes Abbaugas aus der abgedeckten Abbauzone 22 über die Leitung 12 abgezogen und der ersten bogenförmigen Beliiftungsteilzone !0.7 als mindestens ein größerer Teil des sauersioffhaltigen Einsatzgases zugeführt. Der stabilisierte Rückstand wird aus der Abbauzone über nicht veranschaulichte Mittel abgeleitet. Falls erwünscht, kann zusätzliches Sauerstoffgas in die Teilzone 10.7 eingeführt werden.

Bei den Verfahren gemäß den Fig. 1 und 2 wird Rohabwasser in der Abwasserbelüftungsizone 10 während einer ausreichenden Verweildauer behandelt, um in dieser Verfahrensstufe den größten Teil der biologisch abbaufähigen Verunreinigungen zu oxydieren. Durch eine solche Arbeitsweise wird der Sauerstoffbedarf in der Abbauzone minimal gehalten; auch die für die Abbauzone zur Verfügung stehende »Brennstoffmenge« hat einen Kleinstwert. Die Stotiübergangsbedingungen in der Abbauzone werden erleichtert, jedoch sind die autothermischen Temperaturwerte im allgemeinen begrenzt.

F i g. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung mit einem Vorklärbecken 40, in dem ein wesentlicher Anteil der Feststoffe aus dem Abwasser abgesetzt wird, bevor das Wasser in der Belüftungszone 10.7— 106 behandelt wird. Der gesamte Primärschlamm oder ein vorbestimmter Anteil dieses Schlamms, der beispielsweise bis zu 40% der oxydierbaren Verunreinigungen des Rohabwassers enthält und eine Feststoffkonzentration bis zu 6% (60 000 mg/1) hat, wird über eine Leitung 41 unmittelbar der abgedeckten Abbauzone 22a—22b zugeführt. Das oxydierbare Material im Primärschlamm umgeht also die Behandlung in der Abwasserbelüftungszone 10.7— iOb; der Sauerstoffbedarf wird von der Belüftungszone auf die Abbauzone verschoben. Das über eine Leitung 11.7 in die Zone 10a— lOb gelangende vorbehandelte Abwasser wird dann an BSB teilweise verarmt. Der Primärschlamm vereinigt sich mit dem SekundärüberschuOschlamm, der vom Klärbecken 19 in die Abbauzone gelangt. Da der Primärschlamm normalerweise konzentrierter als der Sckundärschlamm ist, steigt der Feststoffgehalt in der Abbauzone an. Der höhere Feststoffgehalt und der zusätzliche »Brennstoff« in der Abbauzone führen zu höheren autothermischen Temperaturen; auf Grund dieser höheren Temperaturen erfolgt eine raschere Stabilisierung d°r Feststoffe. In der Abwasserbelüftungszone wird die Verweildauer auf Grund der verringerten organischen Belastung verkürzt; der Aufwand für Tankraum und das Mischen ist geringer.

Falls erwünscht, kann der Sekundärüberschußschlamm vom Klärbecken 19 vor dem Abbauvorgang entwässert und eingedickt werden, Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 ist für diesen Zweck eine Zentrifuge 42 vorgesehen, die den Feststoffgehalt des Schlamms in der Leitung 21 auf beispielsweise 5% (50 000 mg/1) erhöht. Dies trägt gleichfalls zu höheren autothermischen Temperaturen in der Abbauzone bei. Das in der Zentrifuge 42 abgetrennte Wasser kann über eine Leitung 43 abgeleitet werden; vorzugsweise wird es aber über eine Leitung 44 zu der ersten Teilzone 10,7 der Abwasserbehandlung zurückgeführt.

Die Brennstoffzufuhr zur Abbauzone 22a, 22b kann durch eine Hilfseinspeisung über eine Leitung 45 weiter erhöht werden. Diese Hilfseinspeisung erfolgt von einer vom Rohabwasser unabhängigen Quelle aus, es kann sich beispielsweise um gemahlenen Müll oder um konzentrierte industrielle Abfallstoffe, z. B. von einer Molkerei oder einem Schlachthaus handeln.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 erfolgt eine Abwasserbehandlung mit Knnniklsnibilisieruiig. Die Zonen 10,;—106 bilden die Kontaktieilzonen der Abwasserbelüftungsstufe; sie sorgen nur für ausreichen^r> de Zeit, um das Wasser mit dem belebten Schlamm in Kontakt zu bringen, damit über die Leitung 20a vom Klärbecken 19 ein hinreichend reines Wasser abströmt. Ein großer Teil der oxydierbaren organischen Verunreinigungen wird in der Biomasse nur physikalisch

K) adsorbiert; in diesem Zustand werden das Wasser und der Schlamm im Klärbecken 19 voneinander getrenni. Der größere Teil des konzentrierten Schlamms, der mit abbaufähigen Verunreinigungen »beladen« (und in diesem Sinne nicht belebt) ist, gelangt über eine Leitung

r> 46 zu den Stabilisierungsteilzonen 10c—10c/. wo die organischen Verunreinigungen assimiliert werden und der Schlamm belebt wird. Der belebte Schlamm wird über die Leitung 13 zu der Kontaktteilzone 10a zurückgeleitet. Der nicht zur Leitung 46 abgeleitete

2« Überschußschlamm gelangt über die Leitung 21 weiter zur Abbauzone 22a—22b.

Die mit drei Sauerstoffmischzonen arbeitende Anlage nach Fig.4 bietet eine erhebliche Flexibilität bezüglich der Auslegung des Sauerstoffgaszufuhrsystems. Wie in der Zeichnung veranschaulicht, wird das frische Sauersioffeinsatzgas der Abbauzone über die Leitung 24 zugeleitet; Belüftungsgas mit teilweise erschöpftem Sauerstoffgehalt gelangt von der letzten Abbauieilzone 226 über die Leitung 12 zu der Kontaktieilzone 10a. wo

JO CO2, H_>O und zusätzliches O2 in dem vollen Abwasserstrom absorbiert werden. An Sauerstoff weiter verarmtes Belüftungsgas wird aus der letzten Kontaktteilzone 106 über eine Leitung 47 abgezogen und der ersten Stabilisierungsteilzone 10c zugeführt, wo der Sauer-

n stoffgehalt weiter ausgenutzt wird. »Verbrauchtes« Belüftungsgas, das vorzugsweise mindestens 21% Oi enthält, wird aus der letzten Stabilisierungsteilzone 10c/ über eine Leitung 48 abgelassen.

Wegen des hohen Gehalts an CO> und H)O in dem aus der Abbauzone über die Leitung 12 abgeführten Belüftungsgas und der raschen Absorption dieser Bestandteile in der Abwasserkontaktteilzone 10a enthält das Belüftungsgas in der Leitung 47 oft wesentlich höhere Prozentsätze an O2 als das Gas in der Leitung 12. Infolgedessen verbleibt in dem Belüftungsgas der Abwasserbelüftungs-Stabilisierungsteilzonen 10c— 10c/ eine ausreichende Konzentration an O₂, um für einen wirkungsvollen Stoffübergang zu sorgen.
Während die 02-Aufnahmegeschwindigkeit in den Abwasserbelüftungs-Kontaktteilzonen 10a—106 normalerweise hoch ist, kann der Sauerstoffverbrauch in diesen Teilzonen wegen der kurzen Verweildauer recht niedrig sein. Infolgedessen ist die in den Kontaktteilzonen benötigte Gesamtenergie klein im Verhältnis zu der

w Energie, die in den Stabilisierungsteilzonen oder der Abbauzone erforderlich ist.

Entsprechend einer weiteren Abwandlung kann das an Sauerstoff teilweise verarmte Belüftungsgas, das die Abbauzone 22 verläßt, in die erste Abwasserbelüftungs-Stabilisierungsteilzone lOcstatt in die erste Kontaktteilzone 10a eingeleitet werden. In diesem Falle wird an Sauerstoff weiter verarmtes Belüftungsgas, das aus der letzten Stabilisierungsteilzone 10c/ austritt, in die erste Kontaktteilzone 10a eingeführt. Obwohl der Fliissig-

b^r> keitsstrom durch die Stabilisierungsteilzonen nur einen Bruchteil (z. B. ein Viertel) des Stroms durch die Kontaktteilzonen darstellt, ist der Strom in der Leitung 13 um ein Vielfaches größer als derjenige durch die

Abbaiizone. Typischerweise kann der Stabilisierungsstrom 25- bis 200iruil größer als der Strom in der Abbauzone sein, wobei dieser Faktor teilweise davon abhängt, ob ein Vorklärbecken benutzt wird. Infolgedessen befindet sich der Schlamm in der Stabilisicrungsieil- ~> zone im wesentlichen auf Speisewassertemperatur, ti. h. aiilolhermische Wärme wird im wesentlichen ohne Temperaturanstieg abgeführt; das zur Verfügung stehende Volumen reicht aus, um den größten Teil des in dieser Zone erzeugten CO> zu absorbieren und to zurückzuhalten. Infolgedessen nimmt die O..-Reinheii des Belüftungsgases in der Stabilisierungsteilzone, verglichen mit der Abbauzone, nur mäßig ab. Wenn Belüfturigsgas bei dieser Ausführungsform von der .Stabilisierungsteilzone zu der Abwasserbelüftungs- π Kontaktteilzone strömt und in die Teilzone 10.' als Übertragungsgas gelangt, absorbiert das größere Wasservolumen CO₂ aus dem Gas; im allgemeinen ist die O₂-Reinheit des Belüftungsgases innerhalb dieser Teilzone höher als diejenige des Übertragungsgases. >o

Eine weitere mögliche Auslegung der Sauerstoffzufuhr für die Kontakt-Stabilisierungs-Form der Abwasserbelüftung ist in Fig. 5 veranschaulicht. Dabei wird der ersten Stabilisierungsteilzone JOc¹ frisches Sauerstoffeinsatzgas zugeführt. Das an Sauerstoff teilweise 2> verarmte Belüftungsgas, das die letzte Stabilisierungsteilzone lOc/über eine Leitung 50 verläßt, wird zunächst durch die Abbauzone 22 hindurchgeleitet und gelangt dann über die Leitung 12 zu der ersten Kontaktteilzone 10.1. Die Sauerstoffreinheiten in der Abbauzone sind 3» etwas geringer, und der Energieaufwand ist etwas größer. Der erhöhte Energieaufwand wird jedoch fast vollkommen durch den Anstieg der O₂-Reinheit und die Verkleinerung des Energieaufwands in der Stabilisierungsteilzone ausgeglichen. Das in die Kontaktteilzone r> eintretende Abbauzonenbelüftungsgas in der Leitung 12 erfährt eine wesentliche Steigerung der Oi-Reinheit.

Wie aus den Fig.4 und 5 hervorgeht, erfolgt vorzugsweise die Ableitung des Liberschußschlamms zur Abbauzone von dem Gesamtschlamm in der Leitung w 21 an einer Stelle stromaufwärts der Stabilisierungsteilzone. Es ist jedoch auch möglich, den Gesamtschlammstrom zu stabilisieren und dann den Überschußschlamm abzuleiten. In einem solchen Falle wird der in die Abbauzone 22 einzubringende Schlammstrom von dem gesamten belebten Schlamm in der Leitung 13 abgeleitet. Dadurch wird der Sauerstoffbedarf in der Abbauzone verringert, während der Sauerstoffbedarf in der Stabilisierungsteilzone ansteigt.

Bei der praktischen Durchführung des Verfahrens ~m nach der Erfindung werden vorzugsweise (wenn auch nicht notwendigerweise) sowohl das Sauerstoffbelüftungsgas als auch die Flüssigkeit nacheinander durch mindestens zwei Teilzonen jeweils der abgedeckten Belüftungszone und der Warmabbauzone hindurchge- v> leitet, wobei Gas und Flüssigkeit im Gleichstrom laufen, wie dies aus der US-PS 35 47 815 bekannt ist. In der Warmabbauzone werden gleichfalls vorzugsweise mehrfach abgestufte Teilzonen vorgesehen, weil sie es erlauben, für eine raschere, vollständigere Oxydation eo der flüchtigen Schwebstoffe zu sorgen.

F i g. 6 zeigt eine Vorrichtung, die es bei Anwendung zweckentsprechender Abwandlungen erlaubt, bei jedem der Ausführungsbeispiele nach den oben beschriebenen F i g. 1 bis 5 für eine stufenweise Behandlung von b> Gas und Flüssigkeit im Gleichstrom zu sorgen.

Die Abwasserbelüftungszone 10 hat die Form eines Tanks mit lotrechten Trennwänden 55,·) — b und 55b—c, die derart in Abstand voneinander angeordnet sind, dall drei als Belüftiingssuilen dienende Kammern b/w. Zonen 10.7, Ι0Λ und lOt· gebildet werden. Die Trennwände reichen im wesentlichen bis /um Boden ties Tanks und sind mit dem Tank flüssigkeit- und gasdicht verbunden. Ein mit Sauerstoff angereicherter l'liissigkeits-Feststoff-Strom tritt durch eine Drosselöflniing 56. die in der Trennwand 55.7—b zwischen erster und zweiter Kammer vorzugsweise nahe oder unter dem unleren Ende der Trennwand angeordnet ist, und eine Drosselöffnung 57 hindurch, die sich vorzugsweise im oberen Teil der Trennwand 55b—c zwischen der zweiten und der dritten Kammer befindet. Das unverbrauchten Sauerstoff enthaltende Gas strömt durch Drosselöffnungen 58 nahe der Oberseite tier Trennwände von Kammer zu Kammer. Der Gavuim über jeder Kammer wird von einer gemeinsamen Abdeckung 59 abgeschlossen, mit der die oberen linden der Trennwände leckdicht verbunden sind. Infolgedessen wird ein Rückmischen von Sauerstoffgas aus einer nachfolgenden Kammer zu einer vorhergehenden Kammer vermieden, solange eine kleine Druckdifferenz aufrechterhalten wird.

Die Mischeinrichtung jeder Kammer weist Flügelräder 15.1. \5b, 15c auf, die in die Flüssigkeit eintauchen und über eine Welle 60 mit einem zweckentsprechenden Antrieb, beispielsweise einem Motor 61 verbunden sind. Zur Umwälzung eines der Medien sind die mil der Abdeckung 59 verbundene Entnahmeleitung 17. die Pumpe 16, eine Rücklcitung 62, die mit der EinlaÜseite der vom Motor 61 angetriebenen Hohlwelle 60 verbunden ist und eine Einblasvorriehlung 17.7 vorgesehen, die am unteren Ende der Welle 60 unterhalb des Flügelrades 15.7 sitzt. Die kleinen Sauerstoffgasbhsen. die auf Grund des von der Pumpe 16 erzeugten Druckes aus der Einblasvorrichtung 17a bzw. den entsprechenden Einblasvorrichtungen 17£>, 17c austreten, werden innerhalb jeder Kammer verteilt und mit der Flüssigkeit in innigen Kontakt gebracht. Sie steigen durch die Flüssigkeit zu deren Oberfläche an. Dort tritt der nicht verbrauchte Teil des Gases zusammen mit den Oxydationsreaktionsproduktgasen in den Gasraum über.

Die Mischflüssigkeit, welche die dritte und letzte Belüftungskammer 10c über die Drosselleitung 18 verläßt, gelangt in das Klärbecken 19, wo sie in eine überstehende Flüssigkeit und in belebten Schlamm getrennt wird. Die Auslegung derartiger Klärbecken ist dem Fachmann bekannt. Beispielsweise kann ein rotierender Abstreifer 63 am unteren Ende vorgesehen sein, um die Eindickung zu unterstützen und eine Kegelbildung zu verhindern. Der belebte Schlamm wird über die Bodenleitung 21 abgezogen. Mindestens 85 Gew.-% des Schlamms werden mittels d;r Pumpe 14 über die Leitung 13 zu der ersten Zone IO.7 zurückgeleitet, um dort mit dem BSB-haltigen Speisewasser und sauerstoffhaltigem Einsatzgas gemischt zu werden. Die gereinigte Flüssigkeit wird über die Leitung 20.7 aus dem Klärbecken 19 abgeleitet.

Der nicht zurückgeleitete belebte Schlamm wird mittels einer Pumpe 66 über eine Zweigleitung 65 zu tier Abbauzone 22 gefördert, die ab Tank ausgebildet ist, der eine untere lotrechte Trennwand 67 und eine davon in Abstand befindliche obere lotrechte Trennwand 68 aufweist, welche den Tank in zwei Kammern bzw. Zonen 22,7 und 22b unterteilen. Der Schlammstrom zu der Abbauzone 22 und durch diese Zone hindurch kann kontinuierlich erfoluen. so d;i(5 hei Anwendung ini-hn·-

rer Stufen ein Rückniisclien von Flüssigkeit über die Drosselöffnungen in der bevorzugten Weise verhindert wird. Die llüssigkeils-l'eslslolT-Kontaktdauer in der Abbauzone 22 isl Uing im Vergleich zu der entsprechenden /.eitdiuier in der Bclüftungs/one 10, beispielsweise J bis lOTiige gegenüber I bis 2 Stunden. Außerdem ist die volumetrische Diirchflußmeiige der in die Abbauzone eingeleiteten Flüssigkeit sehr klein im Vergleich zu der DurchHiißmenge der in die Belüliungszone gelangenden Flüssigkeit Beispielsweise ist crstere oft kleiner als 5% der letzteren. Infolgedessen sind die Drosselöl'l'nuiigen zwischen den Stufen einer mehrstufigen Abbauzone verhältnismäßig klein, so daß an den Öffnungen eine ausreichende Druckdifferenz iiufgcbaui wird, um ein Ki'ickmischen zu verhindern. Kleine Öffnungen verstopfen jedoch verhältnismäßig leicht; es sollte infolgedessen für eine Reinigung dieser Öffnungen οΐιικ Betriebsunterbrechung gesorgt werden.

Die in I' i g. b veranschaulichte Ausbildung der Abbauzoiie 22 vermeidet eine mögliche Verstopfung der Öffnungen beim Übergang des teilweise abgebauten Schlamms von einer Stufe zur nächsten. Der Sehlammpegel in der zweiten Zone 220 liegt niedriger als der Pegel in tier ersten Zone 22,7. Die untere lotrechte Trennwand 67 wirkt als Wehr, über welches der Schlamm beim Durchgang von der Zone 22<7 zur Zone 22/' fallen muß. Für einen stufenweise!! Gasdurehgang wird durch die obere lotrechte Trennwand 68 gesorgt, die sich von der über dem Tank befindlichen gasdichten Abdeckung 69 aus nach unten in den Schlamm hineiuerstreckt. Hinc Drosselöflnung 70 in der oberen Trennwand 68 läßt unverbrauchten Sauerstoff enthaltendes Gas ohne Rückmischen von der ersten Zone 22;) in die zweite Zone 22Z>gclangen.

Anstelle der im Abwasserbelüftungslank vorgesehenen gesonderten F-Iüssigkcitsmisch- und Umwälzvorrichiungcn sind für jede Kammer des Abbatitanks 22 rotierende Oberflächcnflügelräder 26,7 und 266 vorgesehen, jedes Flügelrad isl über eine Welle mit einem Antrieb, beispielsweise einem Elektromotor 71, verbunden. Die rotierenden Flügelräder halten die Feststoffe suspendiert. Sie werfen außerdem Flüssigkeit und Feststoffe in das im Überkopfraum unterhalb der Abdeckung 69 befindliche Saucrstoffgas.

Auf diese Weise wird das Flüssigkeit*-Feststofl'gemisch ständig gegenüber dem Gas umgewälzt. Falls erwünscht, können die Wellen der Flügelräder 26.7 und 26/; nach unten verlängert sein und in den Schlamm eintauchende Turbinen oder Propeller antreiben, um das Mischen der Feststoffe zu unterstützen. Fs versteht sich, daß in l-'ij.·. 6 zwei verschiedene Arten von Misch- und I Imwalzgeräten nur beispielshalber gezeigt sind; sowohl im ßelüflungs- als auch im Abbautank kann tier eine oder der andere Gerätclyp verwendet werden.

Mit der Frfindung weiden erhebliche F.insparungen im Fnergieverbrauch verglichen mit bekannten Sysic inen erzielt. Bei den lolgeuden Vergleichen gelten die l.nergiehedarfsdateti für den Fnergieverbraiich für das Lösen V¹OIt Sauerstoff in der Flüssigkeit: nicht eingeschlossen ist ein .Sonderenergiebedarf, der in einigen I allen erforderlich sein kann, um den Tankinhali ren und innerhalb der Flüssigkeit für eine K¹ Verteilung der Fesisioffc und des gelösten lls zu sorgen. Der Bedarl an zusätzlicher huicrgie hängt von verschiedenen, oft nicht im lni'ii crlal.ihaiYii Faktoren ab. so unter anderem I ankgeoineirie. del All der im l.in/elhanilel liir osen »on Satierstolf verwendeten Vorrichtung.

ierst

dem Vorhandensein von oberflächenaktiven Stollen in dem Abwasser und der Art (Dichte) der /u mischenden Feststoffe.

Beispiel I

Die Vorteile der Frftndung ergeben sieh aus ilen I·" ig. 7, 8 und 9. wo die Arbeitsbedingungen für eine Anlage dargestellt sind, die aus einer dreistufigen Abwasscrbclüftungszone mil Gas-Flüssigkeits-CJIeichsirom entsprechend der US-PS 35 47 815 und einer zweistufigen aeroben Abbauzonc mit Gas-FHissigkeiis-Glcichstrom besteht, wobei die Gesamtanordnung entsprechend F i g. b aufgebaut und mit einem Vorklärbecken entsprechend F i g. 3 versehen ist. Die für diesen Vergleich angenommenen Bedingungen waren wie folgt:

Durchflußmenge des Rohabwassers
Gelöster Sauerstoff in der

Abwasserbelüftungszone
Rohabwasser-BSB-, zur

Abwasserbelüftungszone
Abwasscr-BSBi zur

Abwasscrbelüftungszone
BSBvBcseitigung in der

Abwasserbelüftungszone
Abwasserbclüftungstemperatur
Primärschlamm:

Gesa mtsch webs toff gehalt

Durchflußmenge zur Abbauzone
Sekuiidär-Überschußschlamm:

Gesamisch webstoff gehall

Durchflußmenge zur Abbauzonc
Gelöster Sauerstoff in der Abbauzone
Verminderung der flüchtigen

Schwcbstoffc in der Abbauzonc

t\ in der Abbau/.one
Abbautcmperatur
Oi-F.insatzgasreinheit
Gesamt-Oi- Ausnutzung

38 000 m Vd 6 mg/1
200 mg/1
140 mg/1

90%
20" C

40 000 mg/1 114 m VcI

20 000 mg/1 283 m Vd
2 mg/1

90%

(biologisch

abbaufähige

Stoffe)

0,6

60'C

98%

75%.

In der obigen Zusammenstellung ist der ίλ-Wert im wesentlichen ein Korrekturfaktor für den Stoffübcrgangskocffizienten Km; er stellt die Abweichung dieses Faktors zwischen Leitungswasser bei 20°C und dem betreffenden Schlamm dar, der bei erhöhter Temperatur abgebaut wird.

Die F i g. 7, 8 und 9 zeigen die Verteilung der Or Reinheiten und des Lösungsenergieverbrauchs innerhalb der Anlage für verschiedene Ausbildungen der Oj-Ziifuhr. F i g. 7 gilt für eine gesonderte Oj-Zufuhr und eine gesonderte Gasableitung aus der Abwasseibelüftungszone (mit den Teilzonen R₁. R< und W]) und der Abbauzone (mit den Teilzoncn D\ und D?). Die Sauerstoffaufteilung auf die beiden Stufen isl so eingestellt, daß der Gesamtenergiebcdarl auf einen Minimalwert gebracht und gleichzeitig eine Gesami-().>Ausnutzung von 75% aufrechterhalten ist. F i g. 8 gill für eine Anordnung, bei der der insgesamt /iigeliilirle Sauerstoff der Reihe nach zuerst die Abwasserbeliif· liingszone und dann die Warmabbauzone durchläuft. Der Fnergieverbratich gemäß den Fig. 7 bis 14 isl nur der mit dem Lösen von ().> verbundene Lncrgiever brauch; ein etwaiger zusätzlicher Fnergiebedarl für ein neben dem l.ösungsvorgang erforderliches Mischen ist nicht eingeschlossen.

Mit Bezug auf I"ig. 7 ist festzuhalten, daß die Belüflungsgasreinheil steil auf unter 50% abfällt, wenn die Oj-Zufuhr zur Abbauzone nur auf den Ο?-Bedarf in der Abbauzone beschränkt ist. Der Abfall des O>-Partialdruckes in der Gasphase verbunden mit der geringen Löslichkeil von Oi bei erhöhter Temperatur bedingt einen übermäßig hohen Energieverbrauch für den l.ösungsvorgang in der Abbauzonc. DcrGcsamtlösungscncrgiebedarf für beide Stufen beträgt 366 PS.

Bei der Anlage nach I" i g. 8 ist der (VStoffübergang im Abwasscrreaklor verbessert: dies geht jedoch auf Kosten der Abbauzonc Obwohl eine im Vergleich zu F i g. 7 größere Menge an O₂ in die Abbauzonc gelangt, ist die Oi-Reinheit geringer; das Gas hat eine erhöhte Temperatur. Der Energieverbrauch in der Abbauzonc ist sogar höher. Energiecinsparungen in der Abwasserbelüftungszone werden durch den erhöhten Energieverbrauch in der Abbauzonc fast vollständig ausgeglichen, so daß die Gesamtlösungscnergie hoch bleibt, nämlich 364 PS beträgt.

Bei der für die Erfindung geltenden Fig. 9 ist der Abfall der Oj-Reinheit beim Eintritt des zugeführlen O2 in die erste Stufe D\ der Abbauzone weniger stark ausgeprägt als im Rille der Fig. 7 und 8; die Belüftungsgasreinheit liegt gut über 50%). Außerdem ist der weitere Abfall der Reinheit in der zweiten Stufe D₂ der Abbauzone verhältnismäßig gering. Wenn das Gas mit dem teilweise verbrauchten O2-Gehalt die Abbauzone nach Dj verläßt und in die erste Stufe der Abwasserbelüftungszone bei R\ eintritt, ist ein steiler Anstieg der Belüftungsgasreinheit von ungefähr 50% auf ungefähr 70% O2 zu beobachten. Die Verbesserung der Oi-Reinheit i:t auf die rasche Absorption von CO2 und auf die Kondensation von Wasser zurückzuführen; sie hat einen Sauerstoffpartialdruck in R\ zur Folge, der die hohe O2-Aufnahmegeschwindigkeit in dieser Stufe befriedigt, ohne daß eine übermäßige Energie erforderlich ist. Der Gesamtlösungsenergiebcdarf für beide Stufen beträgt 262 PS. Es ist festzuhalten, daß das Belüftungsgas nach Durchlaufen aller drei Stufen der Abwasserbelüftungszone noch immer eine Reinheit hat, die größer als diejenige des Gases ist, das in R\ einströmt. Zusammenfassend ergibt also der Vergleich nach den Fig. 7 bis 9, daß mit der Erfindung Lösungsenergiecinsparungcn von 28% erzielt werden, indem in der mit erhöhter Temperatur arbeitenden Abbauzone für eine wesentlich größere Sauerstoffpartialdruck-Triebkraft gesorgt wird.

Beispiel Il

Die F i g. 7,8 und 9 basieren auf einer verhältnismäßig hohen Abbauzonentemperatiir von 6O⁰C, bei welcher das Stoffübergangsproblem in der Abbauzonc recht akut 7.11 werden neigt. Fig. IO zeigt den Einfluß von unterschiedlichen Abbauzonentcmperaturcn auf den L.ösungscncrgicbedarf in den beiden an Hand der F i g. 9 erläuterten Verfahrensstufen. Mil Ausnahme der Abbautcmperatur sind alle für die F ig. 9 angenommenen Bedingungen unverändert. Die Kurve Λ läßt erkennen, daß bei Absenken der Abbautemperatur ausgehend von 60"C der Lösiingscnergiebedarf in der Abbau/.one sinkt, was weitgehend auf den Anstieg der Ο..-I.öslichkeit und die I lerabselzung des Dampfdrucks von Wasser zurückzuführen isl. Der I.ösimgseiHTgiebedarf in der Abwasserbelüftungszone (Kurve MJ bleibt jedoch durch Tempcraturändcnmgcii in der Abbauzonc praktisch imbeeinriiil.il. Die lotrechte Versetzung der Kurven Λ

ιυ

und ßläßt erkennen, daß es verhältnismäßig schwierig ist, den beiden Verfahrensstufen gelösten Sauerstoff zuzuführen. Würde Prfmärschlamm nicht an der Abwasserbelüftungszone vorbei zur Abbauzone umgeleitet, würden die Kurven wesentlich näher beieinander liegen, was einer Verschiebung des BSB von der Abbauzone auf die Bclüflungszone bedeutet. Die Kurve Cder Fig. 10 zeigt, wie die Abbauzonentempcraturcn die Änderung der 02-Rcinheit beeinflussen, die zwischen dem Gas der letzten Abbauteilzone und dem Gas der ersten Abwasserbelüftungs-Teilzone zu beobachten ist. Die Verbesserung der Reinheit ist innerhalb des gesamten Temperaturbereichs der Fig. 10 beträchtlich, doch wird der Effekt ausgeprägter, wenn die Abbau'empcratur ansteigt.

Die Kurve D der Fig. 10 beruht auf der gleichen Gruppe von Parametern wie die Kurve C, mit der Ausnahme, daß kein Vorklärbecken vorgesehen ist, d. h. für den Fall, daß kein Primärschlamm erzeugt und um die Abwasserbelüftungszone herumgeleitet wird. Allgemein ist festzustellen, daß der Sprung der Sauerstoffeinheit von der Abbauzone zu der Abwasserbelüftungszone nicht so ausgeprägt isl, wenn kein Vorklärbecken vorgesehen wird.

Der Punkt E gilt für eine bei 6O⁰C arbeitende einstufige Abbauzone und eine einstufige Abwasserbelüftungszone, während den vorhergehenden Vergleichen mehrstufige Zonen zugrunde liegen. Der Punkt E beruht ferner auf einer Anlage ohne Vorklärbecken und mit einem Abwasser-BSB ähnlich demjenigen des abströmenden Primärwassers, das in der Anlage gemäß Kurve C behandelt wurde. Die Parameter sind die folgenden:

Abwasserbelüftungstemperatur	20° C
Rohabwasserdurchflußmenge	38 000 mVd
Rohabwasser-BSB5	150 ppm
Gelöster Sauerstoff in der
Abwasserbelüftungszone	6 mg/1
BS B-Beseitigung bei der
Abwasserbelüftung	90%
Sekundärüberschußschlamm:
Gesamtschwebstoff gehalt	25 000 ppm
Durchflußmenge zur Abbauzone	201 mVd
Gelöster Sauerstoff in der Abbauzone	2 mg/1
Herabsetzung des Gehalts an flüchti
gen Schwebstoffen in der Abbauzone	90%
	(biologisch
	abbaufähig)
«in der Abbauzonc	0,6
Abbautemperatur	60° C
02-Einsatzgasreinheil	98%)
Gcsamt-02- Ausnutzung	75%

Beispiel III

Die mit der Erfindung bei einer Kontakt-Stabilisierung erziclbarcn Vorteile lassen sich ebenfalls grafisch darstellen. Entsprechend den vorstehenden Ausführungen ist eine Anzahl von Variationen möglich; einige derselben sind vorteilhafter als andere. In gewissem Umfang hängt die Entscheidung, welcher Alternative der Vorzug zu geben isl, von den jeweiligen Arbeitsbedingungen ab.

Hei einer mit Kontakt-Stabilisierung arbeitenden Abwasserbelüflungszone kann der GesamtsnuerstolT-bedarf in der Konlaktteil/.one wegen der kuivcn Verweildauer rechl gering sein. Während die Geschwindigkeit der Satierstoffaul'nahme in der Konlaklteil/onc

für gewöhnlich hoch ist, liegl der in dieser Teilzone verbrauchte Anteil der Gesamtlösungsenergie im allgemeinen niedrig; der nachteilige Einfluß eines verhältnismäßig geringen Sauerstoffpartialdrucks kann toleriert werden.

In der Stabilisierungsteilzone ist die Verweildauer langer als in der Kontaktteilzone; in dieser Zone muß der BSB, der in der Kontaktteilzone von der Biomasse nur physikalisch absorbiert wurde, oxydiert werden. Infolgedessen ist der Sauerstoffbedarf in dieser Stufe erheblich. Außerdem wird bei gleichem Gesamtbelüftungsvolumen (Kontaktteilzone plus Stabiliserungsteil· zone) verglichen mit der normalen Auslegung der Belebungsanlage ein größerer Anteil des Schlamms selbstoxydiert. Ein Teil der Feststoffverminderung, dei andernfalls in einer Abbauzone erfolgt, die der herkömmlichen ungeteilten Belüftungszone zugeordnet ist, geht auf die Stabilisierungsteilzone über, wenn mit der Kontakt-Stabilisierungs-Anordnung gearbeitet wird. Entsprechend wird in der Abbauzone weniger Sauerstoff benötigt, während in der Stabilisierungsteilzone mehr Sauerstoff erforderlich ist.

Ein weiteres wesentliches Merkmal der Kontakt-Stabilisierung ist der verminderte Wasserstrom in der Stabilisierungsteilzone. Während der Flüssigkeitsdurchsatz durch die Stabilisierungsteilzone wesentlich höher als in der Abbäuzone ist, ist er gleichwohl beträchtlich niedriger als in der Kontaktteilzone. Beispielsweise sei angenommen, daß die Abwasserzufuhrmenge und die Rücklauf menge 100 Volumen bzw. 30 Volumen je so Zeiteinheit betragen. Angenommen sei ferner, daß der Überschußschlamm 1,5% des im Klärbecken abgetrennten Gesamtschlamms beträgt. In diesem Falle ist die Durchflußmenge in der Stabilisierungsteilzone ungefähr 66mal größer als die Durchflußmenge in der Abbauzo- J5 ne. Während daher der Feststoffgehalt und die Selbstoxydation in der Stabilisierungsteilzone hoch sind, werden an dieser Stelle erhöhte Temperaturen nicht autothermiscli erzielt, weil der Flüssigkeitsdurchsat/, wesentlich größer als in der Abbauzone ist. Infolgedessen ist der Löslichkeitsgrenzwert von Sauerstoff noch hoch; Wasser übt keinen wesentlichen Partialdruck aus. Andererseits sucht der kleinere Flüssigkeitsdurchsatz durch die Stabilisierungsteiizone im Vergleich zu der Kontaktteilzone mehr CO2 von der flüssigen Phase zur Gasphase zu verschieben, wodurch der O>-Partialdruck herabgedruckt wird. Der K/.a-Wert neigt ebenfalls dazu, in dem dicken Schlamm der Stabilisierungsteiizone geringer als in der Mischflüssigkeit der Koiitakttcilzone zu sein. 5»

Angesichts der vorstehend geschilderten Umstände ist die Stabilisierungsteilzonc für gewöhnlich durch einen hohen Sauers'offverbrauch und durch Stoffübergangsbedingungen gekennzeichnet, die weniger günstig ills in der Kontaktteilzone, aber günstiger als in der v> Abbau/.one sind. Infolgedessen ist der Energieverbrauch in der Stabilisierungsteiizone ein wichtiger Faktor. Bei Maßnahmen zur Verbesserung des Stoffübergangs in der Abbauzone muß deren Einfluß auf die Stabilisierungsleilzoneberücksichtigt werden. wi

Die Fig. 11 bis 14 zeigen die Profile von Sauersloffreinheit und Lösungsenergic für vier Anordnungen eines integrierten Sauerstoffsystems, bei dem eine Kontakt-Stabilisierung mit einer mit erhöhter Temperatur arbeitenden Abbauzone kombiniert ist. Die Kon- h^r> laktieil/.one und die Slabilisiemngsteilzone umfassen ebenso wie die Abbäuzone jeweils zwei Stufen, innerhalb deren Gas und Flüssigkeit im Gleichstrom fließen. Die für diesen Vergleich angenommenen Bedingungen sind die folgenden:

Abwasserdurchflußmenge

Abwasserbelüftungstemperatur

BSBädes Abwassers

Gelöster Sauerstoff in der Kontakt-
und der Stabilisierungsteiizone

Rücklaufschlamm-Durchflußmenge

Gesamtschwebstoffgehalt des Schlamms

Schlammdurchflußnienge zur Abbauzone

Verminderung des Gehalts an flüchtigen Schwebstoffen in der Abbauzone

Abbautemperatur
ac in der Stabilisierungsteiizone
λ in der Abbauzone
Reinheit des OvEinsatzgases
G esamt-Ov Ausnutzung

38 000 m Vd
20⁰C
150 mg/1

6 mg/1
11 400 in Vd
20 000 mg/1
129 m Vd

90%

(biologisch

abbaufähig)

45°C

0,6

98%

75%

Die angenommenen Bedingungen erleichtern das Stoffübergangsproblem in der Abbauzone auf zweierlei Weise. Zum einen ist die Abbautemperatur (45° C) niedriger als die bei den vorhergehenden Darstellungen angenommene Abbautemperatur (6O⁰C). Zum anderen wird kein Vorklärbecken benutzt. Für die Zwecke dieses Beispiels III werden die Bedingungen in der Abbauzone bewußt erleichtert, um die Rolle der Stabilisierungsteiizone und die Notwendigkeit zu unterstreichen, das Sauerstoffsystem so zu wählen, daß es sich speziellen Arbeitsbedingungen anpaßt.

Bei der grafischen Darstellung nach Fig. Il ist die Folge der von dem OvSystem versorgten Stufen: 1) Abbauzone (Teilzoncn Di, D>); 2) Kontaktteilzonc (Teilzonen Ci, Cj) und 3) Stabilisierungsteiizone (Teilzonen Si, Sj). Die zeichnerische Darstellung läßt erkennen, daß das Stoffübergangsproblem in der Abbauzone wirksam ausgeräumt ist. Dadurch, daß der gesamte Sauerstoff der Abbauzone zugeführt wird, werden dort eine hohe O:-Reinheit und eine niedrige Lösungsenergie erhalten, wobei die betreffenden Werte nahezu gleich den Werten in der Kontaktteilzone sind. Ein Anstieg der CK-Reinheit ist auch noch zwischen D₂ (zweite Stufe der Abbauzone) und d (erste Stufe der Kontaktteilzone) zu beobachten. Es zeigt sich jedoch, daß jetzt ein Stoffübergangsproblem in der Stabilisierungsteiizone entstanden ist, was zum großen Teil auf den niedrigeren κ-Wert, den hohen OvBedarf und das niedrigere CCVAbsorptionsvermögen des herabgesetzten Flüssigkeitsstroms zurückzuführen ist. Es liegt nicht nur ein vermindertes Absorptionsvermögen für das in der Stabilisierungsteilzonc erzeugte CO2 vor, sondern die in die Stabilisierungsteiizone eintretende Flüssigkeit enthält weniger als 50% des CO₃, das in der Abbäuzone und der Kontaktleilzone erzeugt wird. Die für die Saiierstofflösiing insgesamt erforderliche Energie beträgt 192 PS.

Obwohl die Stabilisierungsteiizone ein Stoffübcrgangsproblem in Fig. 11 bidet, sind die Verhältnisse gleichwohl besser als dann, wenn die Abbau/.one innerhalb des O;-Systems von der ersten in die letzte Position verlegt wurde. Eine solche Anordnung ist zu Vergleichszwccken in Fig. 12 veranschaulicht. Die Sauerstoffreinheil in der Abbäuzone fällt jetzt auf gut unler 50%; in dieser Stufe steigt der Energieverbrauch steil an. Da die Koniaktteilzone der Abbau/.one vorangeht, besteht keine Möglichkeit, das in der Abbau/.one erzeugte C()> in den vollen Abwasserstrom

abzuführen. Infolgedessen tritt innerhalb des (^.-Systems nirgends eine Verbesserung der O₂-Reinheit des Belüftungsgases auf; die für den Lösungsvorgang erforderliche Gesamtenergie beträgt 208 PS.

Unter den für diesen Vergleich angenommenen > speziellen Bedingungen stellt die Fig. Il nicht die beste Auslegung des Sauerstoffsystems bei der praktischen Durchführung der Erfindung dar. Die Fig. 13 und 14 veranschaulichen bessere Anordnungen, bei denen powohl die Abbauzone als auch die Stabilisierungsteil- H) zone der Kontaktteilzonc vorangehen. Im Falle der F'ig. 13 befindet sich die Stabilisierungsteilzone an erster Stelle im O2-Belüftungsgasstrom, um die O₂-Reinheit maximal zu halten und für eine minimale Lösungsenergie in dieser Stufe zu sorgen. Das übergehende Gas, S₂- ü\, verläßt die Stabilisierungszone S₂ mit ungefähr 75% O₂. Nach Eintreten und Mischen mit dem Gas in der Abbauzone sinkt die Reinheit steil auf ungefähr 55% in D, und nahezu 50% in D₂ ab. Normalerweise wäre ein solches Gas von zweifelhafter Güte bei Verwendung als Einsatzgas für die in der Kontaktteilzone ablaufende Verfahrensstufe. Der hohe Gehalt des Gases an leicht absorbierbaren Komponenten führt jedoch zu einer Verbesserung der Reinheit auf 70% O2 beim Eintreten in das und Mischen mit dem Gas in Q. Infolgedessen tritt innerhalb der Kontaktstufe kein übermäßiger Leistungsverbrauch auf. Die für den Lösungsvorgang insgesamt erforderliche Energie beträgt 186 PS.

Im Falle der Fig. 14 haben die Abbauzone und die Stabilisierungsteilzone ihre Plätze gegenüber der Fig. 13 vertauscht. Die O₂-Reinheit und der Energieverbrauch in der Kontaktteilzone haben nahezu die gleichen Werte wie im Falle der Fig. 13. In der Stabilisierungsteilzone sind die O₂-Reinheiten etwas niedriger als in Fig. 13; der Energieverbrauch ist etwas höher.

Fig. 14 zeigt, daß die Kontaktteilzone der Abbauzone nicht unmittelbar zu folgen braucht, um zu einer Verbesserung der G>Reinheit zu kommen. In diesem Falle stellt die Reinheitsverbesserung zwischen der Abgabe- und der Aufnahmestelle des übergehenden Gases Si -* Ci keine wesentliche Änderung des Wassergehalts dar, da sowohl die Stabilisierungsteilzone als auch die Kontaktteilzone auf praktisch der gleichen « niedrigen Temperatur liegen. Die Verbesserung der Reinheit ist auf eine COj-Absorption zurückzuführen. Das gesamte CO₂ in der Stufe S₂ (flüssige Phase und Gasphase) ist nicht nur das in der Stabilisierungsteilzone erzeugte Kohlendioxid, sondern umfaßt zusätzlich eine «> wesentliche Menge an CO₂, die von der Abbauzone übernommen wurde. Der Flüssigkeitsdurchsatz durch die Stabilisierungsteilzone stellt nur einen kleinen Bruchteil der Durchflußmenge des Abwassers dar; sein COi-Absorptionsvermögen ist begrenzt. Infolgedessen ">i tritt eine wesentliche Verminderung des CO₂-Gchalls des Gases ein, wenn dieses zum ersten Mal mit der Flüssigkeit in Ci in Kontakt kommt. Der Gesamtenergiebedarf für den Lösiingsvorgang beträgt 183 PS, d. h. ist der niedrigste der Anordnungen nach den Fig. Il bis w> 14.

In Verbindung mil Fig. 14 ist festzustellen, daß bei einer höheren Abbauzonentemperatur, beispielsweise 60" C, ein stärker ausgeprägter Einfluß auf die O)-Reinheit des zwischen Abgabe- und Aufnahmestelle M übergehenden Gases D₁ -> S₁ auf Grund von Wasserabsnrption zu beobachten wäre. Die Gasreinheit in der Abbauzone wäre wesentlich geringer als in Fig. 14 dargestellt, während die Gasreinheil in der Stabilisierungsteilzone in geringem Umfüng beeinflußt würde. Daher ist es möglich, eine zweifache Verbesserung der O»-Reinheit zwischen der abgebenden und der aufnehmenden Teilzone festzustellen, und zwar zunächst für das übergehende Gas D₂- Si und dann für das übergehende Gas S₂ — G-

Würde im Falle der Ausführungsformcn nach den Fig. 11, 13 und 14 ein Vorklärbecken vorgesehen, würde BSB unter Umgehung der Kontakt-Stabilisierungszone unmittelbar zu der Abbauzone gelangen. Sauerstofflösungsbedarf würde sich von der Stabilisierungsteilzone zu der Abbautcilzone verlagern; günstiger wären diejenigen Ausführungsformen, bei denen die Abbauzone im Sauerstoffbelüftungsgasstrom vorm. liegt. Während ohne Vorklärbecken die Ausfiihrungsformen nach den Fig. 13 und 14 derjenigen gemäß Fig. ti vorzuziehen sind, würden bei Anwendung eines Vorklärbeckens die Ausführungsformen gemäß den Fi g. 11 und 14 derjenigen nach F i g. 13 überlegen sein.

Beispiel IV

Der Einfluß einer Änderung der Temperatur der Abwasserbelüftungszone auf den Unterscnied der Sauerstoffgasreinheit zwischen der Abbauzone und der Abwasserbelüftungszone ergibt sich aus einer Folge von simulierten Versuchen, deren Ergebnisse in Fig. 15 zusammengefaßt sind. Die Anlage weist drei Abwasserbelüftungsteilzonen (ohne Kontakt-Stabilisierung) und zwei Abbauteilzonen auf. In beiden Fällen bewegen sich •"•as und Flüssigkeit im Gleichstrom von Stufe zu Stufe. An Sauerstoff teilweise verarmtes Belüftungsgas strömt von der zweiten Abbauteilzone zu der ersten Abwiisserbelüftungsteilzone. Es ist kein Vorklärbecken vorhanden. Bei den Berechnungen wurde angenommen, daß die Abwasserbelüftungszone für eine vorbestimmte BSB-Beseitigungsrate (90%) basierend auf einer Flüssigkeitstemperatur in der Abwasserbelüftungszone von 20⁰C ausgelegt ist. Es versteht sich, daß jahreszeitliche Schwankungen der Abwasserzulauftemperatiir und infolgedessen der Flüssigkeitstemperatur auftreten. Infolgedessen wurde die Abwasserzulauftemperatur als eine Variable für die eine feste Größe aufweisende Abwasserbelüftungszone behandelt. In diesem Falle ändert sich auch die BSB-Beseitigungsratc. Außerdem kommt es zu einer Änderung des Anfalls von Überschußschlamm in der Abwasserbelüftungszone, was eine variable Belastung der Abbauzone mit flüchtigen Schwebstoffen bedeutet. Ungeachtet dieser variablen Belastung der Abbauzone wird bei den Berechnungen für das Beispiel IV eine konstante Beseitigung von flüchtigen Schwebstoffen in der Abbauzone von 40% angenommen, was bedeutet, daß man die Größe der Abbauzone schwanken läßt. Die weiteren Annahmen für die Daten waren die folgenden:

Festgrößen

Diiirhfliißmenge des Rollabwassers 38 000 m Vd

Gelöster Sauerstoff in der

Abwasserbelüftungszone b mg/1

Roliabwasser-BSB', 250 mg/1

Alkalität des Rohabwassers

(als CaCO₁) 250 mg/1

BSB'i-Beseitigung in der Abwasser-

bclitrtungs/.onc (nur bei 20"C) 90%

Gestirn (schwebstof !gehalt des

sekundären Überscliußsehlamms 25 000 mu/l

Herabsetzung des Gehalts an flüchtigen Schwebstoffen in der Abbuuzonc

Gelöster Sauerstoff in der Abbauzonc
λ in der Abbauzone
Oi-Einsatzgasreinheit
Gesa mi-O:-Ausnutzung

Variable Größen
Abwasscrbelüftungsteniperatur (WT)

BSB5-Beseitigung in der
Abwasserbelüftungszone

Sekundärschlammfluß zur Abbauzone

Temperaturdifierenz des

Belüftungsgases zwischen Abbau-
und Abwasserbelüftungszone (ΔΤ)

Temperatur in der Abbauzone

(biologisch
abbaufähig)
2 mg/1
0,6

98%
75%

111

15, 20,25,
30⁰C

variabel mit
WT

0, 10, 20.
30⁰C
WT+ΔΤ

2(1

Aus Fig. 15 folgt, daß bei einer Flüssigkeilstempcratur in der Abwasserbelüftungszone von I5°C ein Anstieg der Sauerstoffgasreinheit (über 0) nicht auftritt, bis die Temperaturdifferenz (ΔΤ) zwischen der Warmabbauzone und der Abwasserbelüftungszone mindestens 10⁰C beträgt. Dies begründet die diesbezüglichen unteren Grenzwerte des erfindungsgemäßen Verfah- jo rens. Es ist ferner hervorzuheben, daß bei höherer Wassertemperatur in der Abwasserbelüftungszone bis zu einem zlT-Bercich von ungefähr 21 bis 27°C größere Temperaturdifferenzen erforderlich sind, um die gewünschte Steigerung der Sauerstoffgasreinheit zu erzielen. Fig. 15 läßt ferner erkennen, daß die Abbauzone auf mindestens 40⁰C und mindestens 20⁰C wärmer als die Abwasserbelüftungszone gehalten werden sollte, um für die erwünschte Verbesserung der Reinheit zwischen dem Gasablaßbereich der Abbauzonc und dem Gaszufuhrbereich der Abwasserbelüftungszone zu sorgen.

Beispiel V

In Fig. 16 ist eine Reihe von Daten zusammengestellt, die auf den Bedingungen der Fig. 15 basieren, mit der Ausnahme, daß Alkalitäten von 250 und 50 mg/1 für vorbestimmte Werte der Flüssigkeitstemperatur in der Abwasserbelüftungszone, nämlich 15°C und 30⁰C, zugrunde gelegt sind. Vergleichsweise betrug die Alkalität in den Beispielen I bis IV ungefähr 240 mg/1, soweit nichts anderes angegeben war. Für jedes der gleichen Temperatur zugeordnete Kurvenpaar der Fig. 16 und 17 gilt die obere Kurve für eine Alkalität von 250 mg/1, während die untere Kurve einer Alkalität von 50 mg/1 entspricht. Es ist zu erkennen, daß dci erwünschte Anstieg der Sauerstoffreinheit des Gase; zwischen Abbau- und Abwasserbelüftungszone durch eine hohe Alkalität begünstigt wird. Beispielsweise beträgt bei einer Flüssigkeitstcniperatur von 30°C unc einem ΔΤνοη 25°C der Anstieg der (VRcinheit für die Alkalitäl von 50 mg/1 ungefähr 2%, während der Anstieg im Falle einer Alkalität von 250 mg/1 bei ungefähr 4% liegt.

Beispiel Vl

In Fig. 17 ist eine Folge von weiteren Daten basierend auf den Annahmen und Bedingungen der Fig. 16 zusammengestellt, mit der Ausnahme, daß die BSB-Beseitigung in der Abwasserbelüftungszone 95% bei einer Flüssigkeitstemperatur von 20°C beträgt. Im Falle der Beispiele IV und V betrug die BSB-Beseitigung 90% bei 20°C.

Aus einem Vergleich der Fig. 17 und 16 folgt, dafi eine Steigerung der Anforderungenan die BSB-Beseitigung in der Abwasserbelüftungszone den Wert von ΔΊ erhöht, bei dem der Di-» /?i-Anstieg der Sauersloffreinheit auftritt; das ΔΤ ist ferner bei niedrigeren Anforderungen an die BSB-Beseitigung größer. Beispielsweise kommt es zu einer Steigerung der OrReinheit von 5% bei einer BSB-Beseitigung von 90%, einer Temperatur der Abwasserbelüftungszone von 30⁰C, einer Alkalität von 50 mg/1 und einem Δ Tvon 30⁰C. Demgegenüber zeigt Fig. 17 einen Anstieg dei OrReinheit von 1% für eine BSB-Beseitigung von 95% bei gleichen Werten für die Temperatur der Abwasserbelüftungszone, die Alkalität und das Δ Τ.

Beispiel VII

Vorzugsweise werden für die Abwasserbelüftung und den Schlammabbau Mehrfachzonen verwendet. Die Erfindung führt jedoch auch bei Benutzung von einstufigen Zonen zu erheblichen Energieeinsparungen. Dieses Beispiel stellt einen Vergleich unter Zugrundelegung der Bedingungen des Beispiels I für drei Sauerstoffbelüftungsgas-Zufuhrsysteme dar, die eine einstufige Abwasserbelüftungszone und eine einstufige Abbauzone beschicken. Die drei Ausführungsformen der Sauerstoffgasversorgung sind: (a) gesonderte Gaszuführungen, wobei die Aufteilung des Sauerstoffbelüftungsgases für einen minimalen Energieverbrauch eingestellt ist; (b) Einleitung des gesamten Sauerstoffgases zunächst in die Abwasserbelüftungszone und Überleiten von Belüftungsgas aus dieser Zone in die Warmabbauzone sowie (c) Einleiten des gesamten Sauerstoffgases zunächst in die Warmabbauzone und Überleiten des Belüftungsgases von dort in die Abwasserbelüftungszone (erfindungsgemäßes Vorgehen).

Abwasserbelüftung
O_rReinheit (%) PS

Schlammabbau
O₂-Reinheit (%) PS

(a) gesonderte O₂-Zuführung
Gesamtenergie für den Lösungsvorgang 243 PS

(b) O₂ von Abwasserbelüftungszone zur Abbauzone
Gesamtenergie für den Lösungsvorgang 205 PS

(c) O₂ von Abbauzone zur Abwasserbelüftungszone
Gesamtenergie für den Lösungsvorgang 163 PS

In diesem Beispiel bringt das Verfahren nach der Erfindung einen Sprung der Oi-Rcinhcil von 5,4%; es wire eine Einsparung der für den Lösungsvorgang aufgewendeten Energie von 20% erzielt.

58,7	121	35,4	122
79,1	83	35,4	122
67,5	101	62,1	62

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Beseitigen von BSB aus Abwasser, bei dem das Abwasser, belebter Rücklaufschlamm und ein erstes, mindestens 40 Vol.-% Sauerstoff enthaltendes Gas in eine abgedeckte Belüftungszone eingeleitet, dort gemischt und unter Aufrechterhaltung eines mindestens 0,5 mg/1 betragenden Gehalts der mindestens 15°C warmen Mischflüssigkeit an gelöstem Sauerstoff eines der Medien gegenüber den anderen ständig umgewälzt wird, bei dem ferner zwischen oder nach dem Belüftungsvorgang die Mischflüssigkeit in belebten Schlamm und gereinigte Flüssigkeit getrennt, aus der Belüftungszone ein unverbrauchten Sauerstoff enthaltendes Gas abgezogen jnd ein Teil des belebten Schlamms zur Belüftungszone zurückgeleitet wird, der restliche Teil des belebten Schlamms und ein zweites mit Sauerstoff angereichertes Gas in eine abgedeckte Abbauzone eingeleitet und dort gemischt werden, wobei der Gesamtschwebstoffgehalt des Schlamms in der Abbauzone auf mindestens 15 000 mg/1 gehalten und wobei eines der Medien gegenüber dem anderen unter Aufrechterhaltung eines Gehalts des Schlamms an gelöstem Sauerstoff von mindestens 2 mg/1 für eine ausreichende Dauer umgewälzt wird, um mindestens 60% des biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffgehalts des in die Abbauzone eingeleiteten Schlamms zu oxydieren, worauf aus der Abbauzone ein stabilisierter Schlammrückstand und ein an Sauerstoff teilweise verarmtes Abbaugas gesondert ausgetragen werden, wobei das in eine der beiden Zonen eingeleitete, mit Sauerstoff angereicherte Gas mindestens zum größeren Teil aus dem aus der anderen Zone abgezogenen Gas besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das in die Abbauzone eingeleitete zweite Gas mindestens 80 Vol.-% Sauerstoff enthält und das die Abbauzone mit einer Sauerstoffreinheit von mindestens 40% verlassende Abbaugas als mindestens der größere Teil des ersten Gases in die Belüftungszone eingeleitet wird, wobei das Abbaugas aus der Abbauzone in einer solchen Durchflußmenge abgezogen wird, daß es mindestens 35% der « in die Abbauzone eintretenden Sauerstoffmenge enthält, wobei der Schlamm in der Abbauzone auf einer Temperatur von mindestens ?5°C, jedoch unterhalb 75° C gehalten wird, die mindestens 10 Grad über der Flüssigkeitstemperatur in der Belüftungszone liegt, und wobei das Gas aus der Belüftungszone in einer solchen Durchflußmenge abgezogen wird, daß es nicht mehr als 40% des in die Abbauzone insgesamt eingeleiteten Sauerstoffs enthält.

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gas vor dem Einleiten in die Abbauzone erhitzt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fest- (,ο Stoffverweildauer in der Abbauzone 3 bis 10 Tage beträgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Feststoffe des Abwassers zuvor abgetrennt und b"> unmittelbar der Abbauzone zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm in der Abbauzone auf einer Temperatur gehalten wird, die mindestens 20"C über der Flüssigkeitstemperatur in der Abwasserbelüftungszone liegt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abbauzone mindestens 80% des biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffgehalts des in diese Zone eingeleiteten Schlamms oxidiert werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Abwasserbelüftungszone mit einer Kontaktteilzone und einer Stabilisierungszone verwendet wird, aus der Kontaktteilzone nach vorläufigem Mischen und Umwälzen eines der Medien gegenüber den anderen Medien eine Mischflüssigkeit ausgetragen und in gereinigte Flüssigkeit sowie einnn mit Sauerstoff in Kontakt gebrachten Schlamm getrennt wird, und der mit Sauerstoff in Kontakt gebrachte Schlamm in die Stabilisierungszone zwecks weiteren Mischens und Umwälzens eines der Medien gegenüber den anderen Medien eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das an Sauerstoff teilweise verarmte, aus der Abbauzone ausgetragene Abbaugas der Kontaktteilzone als das erste Gas zugeleitet sowie an Sauerstoff weiter verarmtes Gas aus der Kontaktteilzone heraus- und in die Stabilisierungsteilzcne üls das erste Gas eingeleitet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dein eine Abwasserbelüftungszone mit einer Kontaktteilzone und einer Stabilisierungsteilzone verwendet wird, aus der Kontaktteilzone nach vorläufigem Mischen und Umwälzen eines der Medien gegenüber den anderen Medien eine Mischflüssigkeit ausgetragen und in gereinigte Flüssigkeit sowie einen mit Sauerstoff in Kontakt gebrachten Schlamm getrennt wird, und der mit Sauerstoff in Kontakt gebrachte Schlamm in die Stabilisierungsteilzone zwecks weiteren Mischens und Umwälzens eines der Medien gegenüber den anderen Medien eingeleitet, wird, dadurch gekennzeichnet, daß das an Sauerstoff teilweise verarmte, aus der Abbauzone ausgetragene Abbaugas der Stabilisierungsteilzone als das erste Gas zugeleitet sowie an Sauerstoff weiter verarmtes Gas aus der Stabilisierungszone heraus- und in die Kontaktteilzone als das erste Gas eingeleitet wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Abbauzone gearbeitet wird, die ein Oberflächen/Volumen-Verhältnis von weniger als 2,62 m-'/ni¹ hat.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Gesamtschwebstoffgehalt des Schlamms in der Abbauzone von mindestens 20 000 mg/1 gearbeitet wird.