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"Verfahren und Vorrichtung zur aeroben Reinigung von Abwässern"
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur aeroben Reinigung organischer
Abwässer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie Vorrichtungen zur Durchführung
des Verfahrens.
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Die wirtschaftliche und technische Leistungsfähigkeit einer Kläranlage
hängt im wesentlichen von drei Kriterien ab, und zwar von der erreichbaren Biomassekonzentration
im Belebungsteil, dem erreichbaren Sauerstoff-Nutzungsgrad der Belüftung und der
Optimierung der Temperatur und weiterer Milieufaktoren, die Reaktionskinetik und
Abbau günstig beeinflussen.
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Die Konzentration der Biomasse stößt in Belebtschlamm-Anlagen bei
Werten von ca. 6 - 8 kg Trockensubstanz pro Kubikmeter Belebungsbecken (kg TS/m3)
an ihre Grenze, da sich die Biomasse unter natürlichen Bedingungen nicht weiter
konzentrieren läßt. Versucht man trotzdem, die Schlammsubstanz zu vergrößern, so
füllt sie das gesamte Belebungsbecken-Volumen aus, so daß schließlich der Abwasser-Durchsatz
nicht
mehr gewährleistet ist.
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Eine Erhöhung der Schlammsubstanz wird ferner dadurch begrenzt, daß
mit dem gereinigten Wasser größere Mengen Schlamm aus dem Belebungsbecken in das
Nachklärbecken gelangen. Zwar ist es möglich, durch bestimmte technische und chemische
Verfahren die Schlammdichte erheblich zu vergrößern. Jedoch auch diese Verfahren
stoßen irgendwann an ihre Grenze. Sobald diese Grenzen überschritten sind, geht
der Wirkungsgrad der Belebtschlamm-Anlagen um 50 % und mehr zurück.
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Neben den Belebtschlamm-Anlagen, bei denen die biologisch aktiven
Bakterien im Abwasser schwimmen, sind auch Tropfkörper- oder Tauchkörperanlagen
bekannt, bei denen die biologisch aktiven Bakterien als Biorasen auf der Oberfläche
von speziellen Füllkörpern angesiedelt sind. Durch die Begrenzung des Biorasens
auf die Oberfläche der Füllkörper ist die biologische Abbauleistung begrenzt. Andererseits
hat sich herausgestellt, daß Tauchkörperanlagen hoch überlastbar sind. Gegebenenfalls
kann ein ungenügend gereinigtes Abwasser mehrfach durch den Tauchkörper geleitet
werden. Dabei sinkt jedoch die Wirtschaftlichkeit der Kläranlage infolge der Kosten
für die Pumpe.
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Bei der aeroben Abwasserreinigung werden Bakterien eingesetzt, die
mit Hilfe von Sauerstoff die im Abwasser enthaltenen Rohlenstoff- und/oder Stickstoffverbindungen
abbauen, indem sie die Kohlenstoffverbindungen in Biomasse umwandeln und die Stickstoffverbindungen
oxidieren und/oder reduzieren.
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Der Sauerstoff-Nutzungsgrad in den heute betriebenen Belebungsanlagen
liegt je nach Gasblasengröße zwischen 5 und
11 %. Bei Tauchkörper-Anlagen
mit natürlicher Belüftung liegt der Nutzungsgrad bei ca. 5 %; bei künstlicher Luftzufuhr
liegt er noch niedriger.
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Verantwortlich für diese schlechten Nutzungsgrade sind die kurze
Verweilzeit der Luftblasen im Abwasser, wodurch die Sauerstoff-Austauschphase zwischen
Luft und Biomasse sehr kurz ist, sowie die relativ geringe Biomasse-Konzentration.
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Zur Verbesserung des Sauerstoff-Nutzungsgrades sind eine Reihe von
Anlagen und Verfahren bekannt. Als Beispiel sei hier genannt das Deep-shaft-Verfahren
der Firma ICI. Bei diesem Verfahren ist der Belebungsraum als Schacht mit konzentrisch
verlegtem Innenrohr mit 50 bis 200 m Tiefe ausgeführt. Im Betrieb ist das Abwasser
in ständigem Umlauf, wobei es durch das Innenrohr nach unten gedrückt wird und gleichzeitig
mit Luft angereichert wird. Bis es aus der Tiefe von 50 bis 200 m wieder an die
Oberfläche gelangt, ist die eingetragene Luft völlig verbraucht. Nachteilig sind
jedoch der extrem tiefe Schacht sowie das Verdichten der Prozeßluft gegen den hydrostatischen
Druck der Flüssigkeitssäule.
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Eine Erhöhung der Biomasse-Konzentration strebt das Bio-Zwei-Schlamm-Verfahren
an. Hier wird in ein übliches, relativ flaches Belebungsbecken ein Tauchkörper eingesetzt,
bestehend aus zu Paketen zusammengefaßten Kunsstoffplatten, die in bekannter Weise
als Aufwuchsflächen für Biorasen dienen.
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Um eine ausreichende Sauerstoffversorgung sicherzustellen, ist unmittelbar
unter dem Tauchkörper eine Druckbelüftungsanlage mit Belüfterkerzen angeordnet.
Durch den Auftrieb der Gasblasen werden nun Sauerstoff, Abwasser und belebter Schlamm
an den Aufwuchsflächen des Festbettes ständig entlanggeführt.
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Dabei bilden sich im Bereich des Festbettes Verzopfungen mit Bakterienbewuchs,
die durch die zwangsgeführte Strömung ständig
abgetragen werden.
Dadurch werden erhebliche Mengen an belebten Schlamm im Belebungsbecken gebunden,
ohne die Nachklärung zu belasten. Der im Festbett gebundene Schlamm kann bis zu
50 % der frei schwebenden Schlammenge im Belebungsbecken ausmachen. Nachteilig ist
jedoch die geringe Verweilzeit des Sauerstoffs im Abwasser, da die Gasblasen mit
dem Abwasser beschleunigt zur Abwasseroberfläche gerissen werden.
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Eine weitere wichtige Einflußgröße ist die Temperatur im Belebungsraum.
Durch einen Temperaturanstieg von beispielsweise 20 auf 35 0C kann ein Beschleunigungsfaktor
von 3 erreicht werden.
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Als erste Versuchsanlage, die diese Wirkung einer Temperaturerhöhung
bestätigt hat, muß der von H. Brauer entwickelte Hubstrahlreaktor angesehen werden.
Bei diesem besteht der Belebungsraum aus einem schlanken senkrechten Zylinder mit
einer Hubstange, an der in bestimmten Abständen gelochte Scheiben angeordnet sind.
Die Versuchstemperatur wurde allerdings durch äußere Beheizung eingestellt.
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Bei allen Kläranlagen, die kommerziell eingesetzt werden sollen,
wird weniger auf eine hohe Abbauleistung als vielmehr auf eine hohe Wirtschaftlichkeit
geachtet, wobei Wirtschaftlichkeit in etwa definiert werden kann als das Verhältnis
von Abbauleistung zu der Summe aus Baukosten und Betriebskosten.
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Außerdem muß ein störungsfreier Betrieb unter allen vorkommenden Umgebungsbedingungen
gewährleistet sein.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur aeroben Reinigung organischer Abwässer anzugeben, das unter Kombination des
Belebtschlamm-Verfahrens mit dem Tauchkörper-Verfahren eine maximale Vergrößerung
und
Nutzung der gesamten Biomasse durch permanenten Kontakt mit
Nährstoffen und Sauerstoff sowie eine optimale Sauerstoff-Nutzung durch große Verweilzeit
der eingetragenen Luft ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch das kennzeichnende Merkmal des Patentanspruchs
1.
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Damit ergeben sich die Vorteile, daß der in den Behälter eingesetzte
Tauchkörper nicht nur als Aufwuchsfläche für den Biorasen, sondern gleichzeitig
als Speicher für Sauerstoff und Nährstoffe, als Bremse zur Verringerung der Steiggeschwindigkeit
der Luftblasen sowie als Wärmestaukörper wirkt.
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Außerdem verringert der Tauchkörper die Neigung der Gasblasen, sich
zu größeren Blasen zu vereinigen.
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Eine besonders wirksame Verlängerung der Verweilzeit der Gasblasen
im Abwasser wird jedoch dadurch erreicht, daß das Abwasser den Gasblasen entgegenströmt.
Bei korrekter Abstimmung der Strömungsgeschwindigkeiten läßt sich auch bei relativ
flachen Behältern erreichen, daß die Verweilzeit der Gasblasen im Abwasser groß
genug ist, um den gesamten Sauerstoffgehalt an das Abwasser bzw. an die biologisch
aktiven Bakterien abzugeben. Auf diese Weise werden Nährstoffe und Sauerstoff an
alle Flächen des Biorasens kontinuierlich herangetragen, so daß der Stoffwechsel
der Bakterien gleichmäßig und unter optimalen Bedingungen verlaufen kann.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das den Tauchkörper
durchströmende Abwasser für eine kontinuierliche Abtragung der nachwachsenden Anteile
des Biorasens sorgt, wodurch eine Verstopfung des Tauchkörpers verhindert wird.
Gleichzeitig wird im Tauchkörper eine größere Menge Biomasse konzentriert, um die
hohe Abbauleistung im Behälter aufrechtzuerhalten. Daß gleichzeitig Belebtschlamm
und Abwasser gemischt und homogenisiert werden und ein Absetzen
von
Schlamm am Boden des Behälters verhindert wird, versteht sich von selbst.
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Vorzugsweise läßt man das Abwasser mehrfach an der Aufwuchsfläche
vorbeiströmen, bevor es den Belebungsteil der Kläranlage gereinigt verläßt. Durch
die Anordnung des Tauchkörpers unterhalb des Abwasserspiegels muß beim Umpumpen
des Abwassers keine hydrostatische Höhe überwinden. Die Pumpe muß vielmehr lediglich
die Strömungswiderstände in Tauchkörper und Steigrohr überwinden. Auf diese Weise
kann die Abbauleistung noch weiter erhöht werden, ohne daß die Wirtschaftlichkeit
verloren geht.
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Wie sich gezeigt hat, kann der Abwasserdurchsatz durch den Tauchkörper
zwischen 2 und 20 tw (tw = Trockenwetterabfluß) gehalten werden. Bei herkömmlichen
Tropfkörperanlagen geht die Wirtschaftlichkeit schon unterhalb 2 tw verloren.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann die Verweilzeit
des Abwassers im Belebungsteil der Kläranlage kleiner 1,5, vorzugsweise kleiner
1 Stunde gehalten werden. Das erfindungsgemäße Verfahren vereinigt somit einen hohen
Grad der Abwasserklärung mit einer hohen Wirtschaftlichkeit, die nicht zuletzt daraus
resultiert, daß das Verfahren erheblich kleinere Behälter oder Becken erfordert
als die herkömmlichen Verfahren.
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Vorzugsweise wird bei der Verfahrensführung dafür gesorgt, daß das
Abwasser durch die beim biologischen Abbau entstehende Wärme auf vorzugsweise 35
bis 40 0C aufgeheizt wird.
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Es handelt sich dabei um das obere Ende des mesophilen Bereichs. Es
ist zwar bekannt, daß in diesem Temperaturbereich die Abbauleistung der Bakterien
besonders hoch ist, jedoch wird dieser Effekt bei den derzeit üblichen Kläranlagen
nicht ausgenützt.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Kläranlage anzugeben, in der das erfindungsgemäße Verfahren energiesparend und mit
optimaler Geschwindigkeit und optimalem Ergebnis ablaufen kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des
Patentanspruchs 6.
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Um die durch den biologischen Abbauprozeß entstehende Wärme konzentrieren
zu können, werden gemäß bevorzugter Weiterbildungen der Erfindung weitere Maßnahmen
ergriffen.
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Diese bestehen darin, daß der Behälter mit einem Deckel abdeckbar
ist und/oder daß die Wände wärmegedämmt werden. Besonders vorteilhaft, da ohne zusätzlichen
Aufwand machbar, ist die geignete Wahl des Verhältnisses von wärmeabgebender Oberfläche
zu Volumen, wobei insbesondere die die meiste Wärme abgebende Oberfläche des Behälters
gleich oder kleiner gewählt wird als die Wandfläche.
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Vorzugsweise besteht der Tauchkörper aus einer Vielzahl von Einzelkörpern
als Schüttgut, wobei die einzelnen Körper eine qroße Oberfläche und/oder offene
Hohlräume besitzen und zwischen Gittern oder Lochblechen eingeschlossen sind. Die
Größe der Einzelkörper, bei denen es sich vorzugsweise um Abschnitte von rohrförmigen
Kunststoffprofilen handelt, die insbesondere schwimmfähig sind, ist so abzustimmen,
daß einerseits ausreichende Mengen von Abwasser mit ausreichender Strömungsgeschwindigkeit
durch den Tauchkörper hindurchgeleitet werden, daß aber andererseits der Sauerstoff
möglichst lange im Bereich des Tauchkörpers gehalten wird, um eine gute Sauerstoffausbeute
und Wärmedämmung zu bekommen.
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Mit der Dichte des Füllkörpermaterials wird der Strömungswiderstand
requliert. Gleichzeitig halten die Hohlräume im Tauchkörper die aufsteigenden Gasblasen
fest.
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Von herkömmlichen Tauchkörpern ist bekannt, daß sie nach einer Betriebszeit
von meist 2 bis 3 Jahren zuwachsen, und zwar durch Abwasserbestandteile,die hängenbleiben,
und durch den Biorasen selbst. Die handelsüblichen Tauchkörper müssen dann ausgebaut
und durch neue ersetzt werden.
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Der erfindungsqemäße Tauchkörper, der aus schwimmenden Einzelkörpern
als Schüttgut besteht, kann in einfacher Weise ohne Demontage gereinigt werden.
Hierzu ist vorzuqsweise eine Lanze vorhanden; beim Einblasen von Druckluft, geqebenenfalls
auch von Wasser unter Druck, entsteht eine intensive Rück-und Freispülunq, mit der
alle unerwünschten Bestandteile beseitiqt werden. Dabei kann die Kläranlage in Betrieb
bleiben.
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Um eine intensive Vermischung von frischem Abwasser und umgewälztem
Behälterinhalt zu erzielen, wird gemäß einer besonderen Weiterbildung der Erfindung
die Oberkante des Tauchkörpers in ausreichendem Abstand unterhalb des Abwasserspiegels
angeordnet. Auf diese Weise können sich die unterschiedlichen Bestandteile ausreichend
vermischen und homogenisieren, bevor sie den Tauchkörper durchströmen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindunq ist ein Steigrohr
vorgesehen, das das Abwasser vom Boden des Behälters zum Abwasserspiegel fördert,
von wo es- entqegen dem Luftstrom - durch den Tauchkörper zurückströmt.
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Dieses Steigrohr kann im Innern des Behälters anqeordnet sein und
ist dann oben und unten offen. Diese Konstruktion zeichnet sich durch besondere
Einfachheit und Kompaktheit aus.
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Alternativ dazu kann das Steigrohr auch außerhalb des Behälters angeordnet
sein. Es ist dann fest mit dem Boden des Behälters verbunden. In diesem Fall kann
die Tauchkörperfläche noch größer gewählt werden.
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Um die Strömung des Abwassers in Gang zu halten, ist im Steigrohr
vorzugsweise eine Pumpe angeordnet. Diese Pumpe muß im wesentlichen nur die Strömunqswiderstände
des Abwassers im Tauchkörper überwinden.
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Um eine qute Durchmischung zwischen frischem Abwasser und dem umqewälzten
Behälterinhalt zu erreichen, mündet der Abwasserzulauf in das Steigrohr. Falls an
oder neben dem Behälter ein Nachklärbecken anqeordnet ist, wird man die Rückführleitung
für den Bodenschlamm aus dem Nachklärbecken ebenfalls in das Steigrohr münden lassen.
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Falls mit dem Behälter für den biologischen Abbau ein Nachklärbecken
verbunden ist, bestehen zwei Möglichkeiten für dessen Ausführung. Die eine Möglichkeit
besteht darin, das Nachklärbecken als Schlammtasche auszubilden, die eine offene
Verbindung mit dem Behälter im Bereich des Bodens besitzt.
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Auf diese Weise wird der sich am Boden des Nachklärbeckens ansammelnde
Bodenschlamm von selbst wieder in den Abbaukreislauf gelangen, während das gereinigte
Abwasser über übliche überfallrinnen abgeführt werden kann.
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Gemäß einer anderen, je nach Anwendungsfall zu bevorzugenden Ausführungsform
umgibt das Nachklärbecken den Behälter ringförmig. Der Bodenschlamm, der gegebenenfalls
mechanisch geräumt wird, wird über eine Rückführleitung in das Steigrohr geführt
und dort mit dem übrigen Abwasser und den darin enthaltenen Bakterien intensiv vermischt.
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Für den Fall, daß auch Schwimmschlamm in das Belebungsbecken zurückgeführt
werden soll, ist eine entsprechende Schlammrückführleitung vorgesehen, die ebenfalls
in das Steigrohr mündet.
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Um die Zustände im Belebungsbecken in unterschiedlichen Höhen messen
zu können, ist vorzugsweise ein Sondenrohr mit wenigstens einer, vorzugsweise höhenverschieblichen
Meßsonde vorgesehen. Das Sondenrohr ist vorzugsweise vielfach perforiert, damit
das Meßergebnis, gemessen im Sondenrohr, möglichst genau übereinstimmt mit den tatsächlichen
Verhältnissen im Abwasser.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Tauchkörper
in mehrere getrennte Zonen unterteilt. Durch geeignete Wahl und Einstellung der
übrigen Anlagenkomponenten lassen sich für unterschiedliche Bakterien die geeigneten
Wuchsbedinqunqen einstellen. Hierzu können beispielsweise jeder Tauchkörperzone
gesonderte Belüftungsvorrichtungen, Strömungszonen, Wärmedämmungen usw. zugeordnet
werden.
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Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form von Ausführungsbeispielen
näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Belebungsteil
einer Kläranlage mit zentralem Steigrohr, Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Kläranlage
mit Belebungsteil, zentralem Steigrohr und Nachklärbecken, Fig. 3 einen Querschnitt
durch den Belebungsteil einer Kläranlage mit externem Steigrohr und Fig. 4 einen
Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Belebunqsteils mit externem
Steigrohr.
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Fig. 1 zeigt einen Behälter 1, der das Belebunqsbecken einer Kläranlage
bildet, mit einem trichterförmigen Boden 9.
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Der Behälter 1 ist so ausgebildet, daß möglichst wenig der
durch
den biologischen Abbau gebildeten Wärme abgestrahlt wird. Hierzu sind im wesentlichen
die Abmessungen, d.h. der Durchmesser A und die Höhe H, so ausgebildet, daß die
wärmeabgebende Oberfläche klein ist im Verhältnis zum Behältervolumen.
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Im Innern des Behälters 1 erkennt man einen Tauchkörper 2, der aus
einer Vielzahl von Einzelkörpern, insbesondere von Kunststoffrohrprofilabschnitten,
als Schüttgut besteht.
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Durch geeignete Gitter oder Lochbleche wird dafür gesorgt, daß die
Oberfläche des Tauchkörpers 2 in ausreichendem Abstand unterhalb des Abwasserspiegels
8 bleibt, so daß sich in dem so gebildeten Stauraum oberhalb des Tauchkörpers 2
Abwasser und rückgespülter Schlamm ausreichend homogenisieren können.
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Im Zentrum des Behälters 1 erkennt man ein Steigrohr 4, in das eine
Axialpumpe 5 als Fördervorrichtung eingesetzt ist.
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Die Pumpe 5 erzeugt ein Druckgefälle, um die erforderliche Strömungsgeschwindigkeit
des Abwassers im Behälter 1 zu erreichen. Außerdem sorgt die Pumpe 5 für eine zusätzliche
Vermischung des umgewälzten Behälterinhaltes mit dem frischen, zu reinigenden Abwasser,
welches über einen Abwasserzulauf 10 in das Steigrohr 4 eingeleitet wird. Überschüssiger
Schlamm wird auf der Druckseite der Pumpe 5 über eine Leitung 11 abezogen.
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Die Strömungsgeschwindigkeit des Abwassers muß so hoch sein, daß
im Tauchkörper 2 der erforderliche Spüleffekt erreicht wird, der das Zusetzen durch
Abwasserbestandteile und Biorasen insbesondere in den unteren Tauchkörperschichten
verhindert. Durch eine hohe Strömungsgeschwindigkeit werden aber auch permanent
neue Nährstoffe an alle Flächen des Biorasens herangetragen, so daß dieser ein optimales
Nährstoffangebot erhält.
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Da das Abwasser nicht gehoben werden muß, ist die Leistung der Pumpe
gering. Deshalb kann das Abwasser mehrfach, zwischen 2 bis 20 mal, durch den Tauchkörper
2 geleitet werden, bevor es nach 1 Stunde, maximal 1,5 Stunden, den Behälter 1 gereinigt
verläßt.
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Der für den aeroben Abbau erforderliche Sauerstoff wird mit Hilfe
einer Druckbelüftungsanlage 3 dem Tauchkörper 2 von unten zugeführt. Als Belüftungsanlage
kommen die bekannten Vorrichtungen in Fraqe, die eine möglichst feine Gasblasenbildung
ermöglichen. Die Gasblasen sind infolge ihres Auftriebs bestrebt, durch den Tauchkörper
2 hindurch zur Wasseroberfläche 8 zu steigen. Die Steiggeschwindigkeit wird jedoch
gebremst durch die entgegengerichtete Strömung des Abwassers und durch den Strömungswiderstand
im Tauchkörper 2. Eine zusätzliche Erhöhung der Verweilzeit der Gasblasen entsteht
durch Adsorbtion an der Oberfläche des Biorasens und durch Hohlräume in bzw. zwischen
den regellos aufgeschütteten Einzelkörpern.
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Das gereinigte Abwasser wird in üblicher Weise mit Hilfe einer überfallkante
vom ungereiniaten Wasser im Behälter 1 getrennt und über einen Ablauf 12 einem Nachklärbecken
zugeführt.
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Um die Wärmeabgabe bei Bedarf weiter verringern zu können, kann ein
Deckel 7 auf den Behälter 1 aufgesetzt werden. Außerdem besteht die Möglichkeit,
die Behälterwandungen zusätzlich wärmedämmend auszurüsten, falls die Wärmedämmung
durch die Dimensionierung und insbesondere durch den Tauchkörper 2 nicht ausreichen
sollte. Anzustreben ist eine Wärmedämmung, die es ermöglicht, den Behälterinhalt
auf 35 bis 40 0C zu erwärmen.
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Zur Reinigung des Tauchkörpers 2 ist eine Lanze 23 eingebaut, die
höhen- und seitenverstellbar ist. Mit Druckluft und/oder -wasser wird der verstopfte
Tauchkörper 2 intensiv gereinigt, ohne daß die Einzelkörper dabei beschädigt werden.
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Fig. 2 zeigt eine Anordnung, vergleichbar der der Fig.1, jedoch ergänzt
um Nachklärbecken.
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Auf der linken Seite des Behälters 1 erkennt man ein Nachklärbecken
13 in Form einer Schlammtasche, die im Bereich des Bodens 9 einen offenen Durchqana
14 zum Belebungsbecken besitzt, durch das in der Schlammtasche 13 sich absetzender
Klärschlamm 15 selbsttätig in den Abbaukreislauf im Behälter 1 gelangen kann. Um
auch Schwimmschlamm aus dem Nachklärbecken 13 absaugen zu können, ist eine entsprechende
Rückführleitung 18 vorgesehen, die in das Steigrohr 4 mündet.
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Auf der rechten Seite des Behälters 1 erkennt man als zweite Ausführungsform
ein Nachklärbecken 16, welches sich rinqförmiq um den Behälter 1 erstreckt. Der
sich auf dem Boden des Nachklärbeckens 16 absetzende Bodenschlamm 15 wird mit Hilfe
eines Räumgerätes 22 in eine Rinne, über eine Schlammrückführleitung 17 in das Abwasser-Zulaufrohr
10 und über dieses in das Steigrohr 4 geleitet und so dem Abwasserabbau wieder zugeführt.
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Im Bereich des Bodens 9 erkennt man eine Ausführung der Belüftungsanlage
3.1 als Schlitzkasten für eine besonders breitflächige Gasblasenbildung.
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Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Belebungsanlage, bei der sich
ein Steigrohr 4.1 außerhalb des Behälters 1 befindet. Auch hier wird mit Hilfe einer
Axialpumpe 5 das sich am trichterförmigen Boden 9 sammelnde Abwasser 6 so umgepumpt,
daß es im Inneren des Tauchkörpers 2 den aufsteigenden Gasblasen aus der Belüftungseinrichtung
3.2 entgegenströmt.
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Der waagerecht verlaufende Teil 4.2 des Steigrohrs 4.1 befindet sich
unterhalb des Abwasserspiegels 8, so daß die aeodätische Förderhöhe gleich Null
ist. Dadurch können die Pumpleistung und damit die Betriebskosten der Anlage klein
gehalten werden.
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Um den Zustand der Anlage im Inneren des Behälters 1 messen zu können,
ist ein Sondenrohr 20 vorgesehen, in dem eine Meßsonde 21 höhenverschiebbar angeordnet
ist. Die Meßsonde 21 mißt beispielsweise den Sauerstoff- oder den Nitratgehalt,
die Temperatur usw. Mit Hilfe der Meßergebnisse der Meßsonde 21 können die Betriebsparameter
beeinflußt werden, beispielsweise die Leistung der Pumpe 5, die Menge des jeweils
zulaufenden, zu reinigenden Abwassers, die Gasmenge, die Wärmeabgabe durch öffnen
und Schließen eines Behälterdeckels usw.
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Mit Hilfe der Meßsonde läßt sich auch besonders einfach feststellen,
ob der Tauchkörper 2 schon so verstopft bzw.
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zugewachsen ist, daß die Klärleistung absinkt. Sobald ein solcher
Zustand erkannt wird, wird einfach die Lanze 23 aktiviert. Mit Hilfe von Druckluft
und/oder -wasser wird ein intensiver Reinigungs- und Spüleffekt erzielt, so daß
der Tauchkörper in kürzester Zeit wieder gesäubert ist. Der Klärbetrieb muß dabei
nicht unterbrochen werden.
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Eine Besonderheit ist die Aufteilung des Tauchkörpers 2 in drei voneinander
abgegrenzte Zonen 2.1, 2.2, 2.3. Durch geeignete Maßnahmen, wie gesonderte Gaszuführung,
Strömungsführung usw. lassen sich in jeder Zone optimale Bedingungen für eine spezielle
Bakterienart einstellen.
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Fig. 4 schließlich zeigt eine weitere Ausführungsform.
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Hier wird - ähnlich dem Deep-shaft-Verfahren - der Kreislauf des Abwassers
6 dadurch aufrechterhalten, daß in das Steigrohr
4.1 über eine
Rohrleitung 19 Druckluft eingeleitet wird.
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Bei richtiger Dimensionierung bleibt das Abwasser in Bewegung, auch
wenn durch die Belüftungseinrichtung 3.3 Luft eingeleitet wird, die entgegen der
Strömungsrichtung des Abwassers 6 den Tauchkörper 2 durchperlt.
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Die mit einer Versuchsanlage durchgeführten Untersuchungen haben
gezeigt, daß die Abbauleistung größer als 90 % ist, wobei sich Aufenthaltszeiten
des Abwassers unter 1,5 Stunden, vorzugsweise unter 1 Stunde ergeben. Die Füllkörper
bestanden aus Kunststoffelementen mit einer spezifischen Oberfläche von größer 300
m2/m3; sie waren zwischen Gittern bzw. Lochplatten als oberer und unterer Begrenzung
eingeschlossen. Die Förderleistung der Pumpe wurde so eingestellt, daß sich bei
den angegebenen Aufenthaltszeiten ein Durchsatz von größer als 2 tw (tw = Trockenwetterabfluß)
- bis maximal ca. 20 tw - erreicht wurd. Diese intensive Kreislaufbeschickung, durch
die Nitrate, Sauerstoff, Bakterien und Fermente ständig mit dem frisch hinzukommenden
Abwasser vermischt werden, erzeugt in Verbindung mit dem auf den Füllkörpern wachsenden
Biorasen besonders günstige Abbaubedingungen. Es ergab sich eine Anreicherung der
Schlammenge im Belebungsbehälter, eine erheblich verbesserte Sauerstoffausbeute
und insbesondere eine Beschleunigung der biologischen Prozesse durch die Steigerung
der Betriebstemperatur auf 35 bis 40 °C. Selbst die Zugabe von Maschinenöl konnte
problemlos verkraftet werden.
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Es kann erwartet werden, daß durch eine Optimierung des Verfahrensablaufs
und der Betriebsparameter mit Hilfe der mit der Meßsonde gemessenen Werte die Klärwirkung
noch weiter gesteigert werden kann, und zwar auf eine Kapazität von ca.
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1 EW pro Weiter Füllkörper, gegenüber einer Kapazität herkömmlicher
Tropfkörperanlagen von 0,05 EW pro Liter Füllkörper.