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DE3517600A1 - Verfahren und vorrichtung zur aeroben reinigung von abwaessern - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur aeroben reinigung von abwaessern

Info

Publication number
DE3517600A1
DE3517600A1 DE19853517600 DE3517600A DE3517600A1 DE 3517600 A1 DE3517600 A1 DE 3517600A1 DE 19853517600 DE19853517600 DE 19853517600 DE 3517600 A DE3517600 A DE 3517600A DE 3517600 A1 DE3517600 A1 DE 3517600A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sewage treatment
treatment plant
plant according
container
wastewater
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19853517600
Other languages
English (en)
Inventor
Erich Ikeja Zimmer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Water Eng & Plant
Original Assignee
Water Eng & Plant
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Water Eng & Plant filed Critical Water Eng & Plant
Priority to DE19853517600 priority Critical patent/DE3517600A1/de
Priority to EP19860106580 priority patent/EP0201924A3/de
Publication of DE3517600A1 publication Critical patent/DE3517600A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02Aerobic processes
    • C02F3/10Packings; Fillings; Grids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/006Regulation methods for biological treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
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    • C02F3/06Aerobic processes using submerged filters
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F3/28Anaerobic digestion processes
    • C02F3/2806Anaerobic processes using solid supports for microorganisms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F2209/02Temperature
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/15N03-N
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/22O2
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Description

  • "Verfahren und Vorrichtung zur aeroben Reinigung von Abwässern"
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur aeroben Reinigung organischer Abwässer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Außerdem muß ein störungsfreier Betrieb unter allen vorkommenden Umgebungsbedingungen gewährleistet sein.
  • 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.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch das kennzeichnende Merkmal des Patentanspruchs 1.
  • 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.
  • Außerdem verringert der Tauchkörper die Neigung der Gasblasen, sich zu größeren Blasen zu vereinigen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 6.
  • Um die durch den biologischen Abbauprozeß entstehende Wärme konzentrieren zu können, werden gemäß bevorzugter Weiterbildungen der Erfindung weitere Maßnahmen ergriffen.
  • 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.
  • 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.
  • Mit der Dichte des Füllkörpermaterials wird der Strömungswiderstand requliert. Gleichzeitig halten die Hohlräume im Tauchkörper die aufsteigenden Gasblasen fest.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Für den Fall, daß auch Schwimmschlamm in das Belebungsbecken zurückgeführt werden soll, ist eine entsprechende Schlammrückführleitung vorgesehen, die ebenfalls in das Steigrohr mündet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Fig. 1 zeigt einen Behälter 1, der das Belebunqsbecken einer Kläranlage bildet, mit einem trichterförmigen Boden 9.
  • 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.
  • Im Innern des Behälters 1 erkennt man einen Tauchkörper 2, der aus einer Vielzahl von Einzelkörpern, insbesondere von Kunststoffrohrprofilabschnitten, als Schüttgut besteht.
  • 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.
  • Im Zentrum des Behälters 1 erkennt man ein Steigrohr 4, in das eine Axialpumpe 5 als Fördervorrichtung eingesetzt ist.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Fig. 2 zeigt eine Anordnung, vergleichbar der der Fig.1, jedoch ergänzt um Nachklärbecken.
  • 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.
  • 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.
  • Im Bereich des Bodens 9 erkennt man eine Ausführung der Belüftungsanlage 3.1 als Schlitzkasten für eine besonders breitflächige Gasblasenbildung.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Mit Hilfe der Meßsonde läßt sich auch besonders einfach feststellen, ob der Tauchkörper 2 schon so verstopft bzw.
  • 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.
  • 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.
  • Fig. 4 schließlich zeigt eine weitere Ausführungsform.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 1 EW pro Weiter Füllkörper, gegenüber einer Kapazität herkömmlicher Tropfkörperanlagen von 0,05 EW pro Liter Füllkörper.

Claims (27)

  1. "Verfahren und Vorrichtung zur aeroben Reinigung von Abwässern" Patentansprüche 1.) Verfahren zur aeroben Reinigung organischer Abwässer durch Heranführen von Abwasser und Sauerstoff enthaltendem Gas an geeignete Bakterien, die auf einer Aufwuchsfläche fixiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß Abwasser und Gas im Bereich der Aufwuchsfläche einander entgegenströmen.
  2. 2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser mehrfach an der Aufwuchsfläche vorbeiströmt, bis es den Belebungsteil gereinigt verläßt.
  3. 3.) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsatz des Abwassers zwischen 2 und 20 tw (tw= Trockenwetterabfluß) gehalten wird.
  4. 4.) Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit des Abwassers im Belebungsteil kleiner 1,5, vorzugsweise kleiner 1 Stunde gehalten wird.
  5. 5.) Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser durch die beim biologischen Abbau entstehende Wärme aufgeheizt wird, vorzugsweise auf 35 - 40 OC.
  6. 6.) Kläranlage zur aeroben Reinigung organischer Abwässer nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 5, enthaltend einen Behälter für das Abwasser, einen Zulauf für das zu reinigende Abwasser, einen Ablauf für das gereinigte Abwasser, einen Abzug für den Überschußschlarnm und eine Begasungsanlage zum Einbringen von0 Gas - Sauerstoff bzw. Luft -in den Behälter, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) mit möglichst minimaler Oberfläche pro Volumen ausgebildet ist, daß in dem Behälter (1) ein Tauchkörper (2) angeordnet ist, daß die Gasaustrittstellen (3) der Begasungsanlage unterhalb des Tauchkörpers (2) liegen und daß eine Fördervorrichtung (4, 5) vorgesehen ist, die das Abwasser (6) dem Gas entgegen durch den Tauchkörper (2) treibt.
  7. 7.) Kläranlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) mit einem Deckel (7) abdeckbar ist.
  8. 8.) Kläranlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Behälters (1) wärmegedämmt sind.
  9. 9.) Kläranlage nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchkörper (2) aus einer Vielzahl von Einzelkörpern als Schüttgut besteht, die eine große Oberfläche und/oder offene Hohlräume besitzen und zwischen Gittern bzw. Lochblechen eingeschlossen sind.
  10. 10.) Kläranlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelkörper schwimmfähig sind.
  11. 11.) Kläranlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelkörper aus Abschnitten von rohrförmigen Kunststoffprofilen gebildet sind.
  12. 12.) Kläranlage nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberkante des Tauchkörpers (2) unterhalb des Abwasserspiegels (8) liegt.
  13. 13.) Kläranlage nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steigrohr (4, 4.1) vorgesehen ist, das das Abwasser (6) vom Boden (9) des Behälters (1) zum Abwasserspiegel (8) fördert.
  14. 14.) Kläranlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Steigrohr (4) im Innern des Behälters (1) angeordnet und oben und unten offen ist.
  15. 15.) Kläranlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Steigrohr (4.1) außerhalb des Behälters (1) angeordnet und fest mit dem Boden (9) des Behälters (1) verbunden ist.
  16. 16.) Kläranlage nach den Ansprüchen 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß im Steigrohr (4, 4.1) eine Pumpe (5) angeordnet ist.
  17. 17.) Kläranlage nach den Ansprüchen 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in das Steigrohr (4.1) unten eine Druckluftleitung (19) mündet.
  18. 18.) Kläranlage nach wenigstens einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf (10) für das zu reinigende Abwasser in das Steigrohr (4, 4.1) mündet.
  19. 19.) Kläranlage nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (9) des Behälters (1) trichterförmig ausgebildet ist.
  20. 20.) Kläranlage nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Behälters (1) gleich oder kleiner ist als seine Wandfläche.
  21. 21.) Kläranlage nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Behälter (1) ein Nachklärbecken (13, 16) vorgesehen ist.
  22. 22.) Kläranlage nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachklärbecken als Schlammtasche (13) ausgebildet ist, die eine offene Verbindung (14) mit dem Behälter (1) im Bereich des Bodens (9) besitzt.
  23. 23.) Kläranlage nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachklärbecken (16) den Behälter (1) ringförmig umgibt und über eine Rückführleitung (17) für den Bodenschlamm mit dem Steigrohr (4, 4.1) in Verbindung steht.
  24. 24.) Kläranlage nach wenigstens einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schlammrückführleitung (18) für Schwimmschlamm vorgesehen ist, die in das Steigrohr (4, 4.1) mündet.
  25. 25.) Kläranlage nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sondenrohr (20) mit wenigstens einer, vorzugsweise höhenverschieblichen, Meßsonde (21) vorgesehen ist.
  26. 26.) Kläranlage nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Lanze (23) eingebaut ist, mit der der Tauchkörper (2) mit Hilfe von Druckluft und/oder Druckwasser freispülbar ist.
  27. 27.) Kläranlage nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchkörper (2) in mehrere getrennte Zonen (2.1, 2.2, 2.3) unterteilt ist.
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