DE3900153A1 - Verfahren und vorrichtung zum biologisch-physikalischen reinigen von abwaessern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum biologisch-physikalischen Reinigen von Abwässern, in welcher während der Reinigung Tropfkörper, Belebtschlamm-, sowie Flockungssysteme kombiniert verwendet werden.

Die in der Praxis der Abwässerreinigung seit langem dominanten Tropfkörper werden immer mehr von den Belebtschlammsystemen abgelöst. Die Zurückdrängung der Tropfkörper ist einerseits auf die Erhöhung der Verunreinigung der Abwässer, andererseits auf die immer strengeren Vorschriften bezüglich der Qualität des abgegebenen Wassers zurückzuführen. Die Tropfkörper sind nicht in der Lage, in jeder Jahreszeit mit einem bestimmten Wasserqualitätskategorien entsprechenden Reinigungswirkungsgrad zu funktionieren. Die Belebtschlammsysteme dagegen genügen den Anforderungen bezüglich der Wasserqualität; es sind jedoch sowohl die Investitionskosten als auch die Betriebskosten bedeutend kostenaufwendiger als die Tropfkörpersysteme.

In letzter Zeit wurden in zwei Richtungen Anstrengungen zur Verbesserung der Wasserqualität bzw. zur Ausarbeitung solcher Verfahren unternommen, die eine Kostenverringerung ermöglichen.

Bei der einen Richtung wurde von den Tropfkörpersystemen ausgegangen und die Qualität des Wassers sollte durch Nachreinigung mittels Belebtschlamm verbessert werden. Ein derartiges Verfahren ist aus der DD-PS 2 16 228 bekannt, die auf eine Nachreinigung des von den Tropfkörpern ablaufenden Wassers gerichtet ist. Gemäß dieser Lösung wird mittels einer Mammutpumpe Schlamm von dem Boden des Absetzers in den Zuführungszylinder des Absetzers gehoben. Auf Wirkung der Schlammrezirkulation und der Belüftung entsteht in dem Absetzer ein Belebtschlammsystem mit geringen Abmessungen, welches eine weitere Reinigung des von den Tropfkörpern zugeleiteten gereinigten Abwassers vornimmt.

Die andere Richtung versuchte die Abmessungen der Belebtschlammsystem-Lösungen dadurch zu verringern, daß als Vorreinigung ein Tropfkörpersystem verwendet wurde.

In beide Richtungen vorgenommene Versuche brachten Erfolge und zur Zeit ist eine Reihe von Variationen derartiger kombinierter Systeme bekannt geworden. Einen vollständigen Überblick darüber gibt das Journal WPCF, Jahrgang 56, Nr. 10 (Seiten 1073-1079).

Ein gemeinsames Merkmal der an Tropfkörpern gereinigten Abwässer besteht darin, daß - bei dimensionierten, d. h. nicht überbelasteten Systemen - der gelöste Schmutzstoffgehalt des gereinigten Wassers im Verhältnis zu den in Form von Kolloid- und Schwebestoff vorhandenen Verunreinigungen gering ist. Da durch das Absetzen der Kolloid- und Schwebestoffgehalt im allgemeinen nicht vollständig beseitigt werden kann, bleibt damit das aus dem Reinigungssystem abfließende abgesetzte Wasser mit Kolloid- und Schwebestoff verunreinigt. Das an den Tropfkörpern abfließende Abwasser steht nur kurzzeitig, im allgemeinen nur einige Minuten lang mit der biologischen Haut in unmittelbarem Kontakt, somit kann der Biofilm einen Teil der Kolloid- und Schwebestoffverunreinigungen an seiner Oberfläche nicht abbinden. Bei den Belebtschlammreinigungsverfahren verbleibt das Abwasser für eine längere Zeit, im allgemeinen von einigen Stunden bis 1-1,5 Tage in dem Belüftungsbecken. Eine derart bemessene Zeitdauer ist ausreichend dafür, daß die Belebtschlamm-Flocken den Kolloid- und Schwebstoffgehalt adsorbieren, aufnehmen und innerhalb der Flocken ihr biologischer Abbau beginnt. Da sich diese Stoffe in dem Absetzer mit dem Belebtschlammflocken gemeinsam absetzen, enthält folglicherweise das von dem Absetzer ablaufende Wasser weitaus weniger nicht gelöste Verunreinigungen als bei der mittels Tropfkörper erfolgten Reinigung. Die Funktion der kombinierten biologischen Tropfkörper-Belebtschlamm-Reinigungssysteme beruht darauf, daß der gelöste Schmutzstoffgehalt des Abwassers teilweise oder vollständig an den Tropfkörpern abgebaut wird, während ein Belebtschlammsystem für die Entfernung des Kolloid- und Schwebestoffgehaltes sorgt. Die einzelnen Variationen unterscheiden sich darin voneinander, welchen Reinigungsanteil der Tropfkörper in dem Reinigungsprozeß übernimmt.

Gemäß einer Grundlösung der kombinierten Systeme wird vor dem Belebtschlammbecken, das relativ große Abmessungen aufweist und einen mehrstündigen Aufenthalt ermöglicht, mittels Tropfkörper eine Vorreinigung vorgenommen. Da die Belastung der Tropfkörper groß ist, wird hier nur ein Teil der gelösten Verunreinigungen abgebaut, die Reinigung erfolgt im wesentlichen in dem Belebtschlammbecken. Im allgemeinen wird eine Rezirkulation des Belebtschlammes aus dem Absetzer in das Belüftungsbecken vorgenommen. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es nur begrenzt und nur im Falle solcher Abwässer vorteilhafter verwendet werden kann, bei denen die gelösten Verunreinigungen einen großen Anteil ausmachen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß es einen bedeutenden Teil der gelösten Verunreinigungen in dem Belüftungsbecken abbaut, dadurch liegen die Entwicklungskosten und Betriebskosten infolge des voluminösen Beckens und der Belüftungseinrichtungen kaum unter den Kosten, die die Belebtschlammsysteme verursachen. Bei einer Grundlösung der kombinierten Systeme wird in einem Tropfkörpersystem die Ausbildung von Belebtschlammflocken gefördert (begünstigt) und dadurch wird der Wirkungsgrad der Entfernung der nicht gelösten Verunreinigungen verbessert. Die einfachste Lösung besteht darin, daß man den abgesetzten Schlamm des Nachabsetzers (Nachklärer) vor den Tropfkörper rezirkulieren läßt. Ein gemeinsamer Nachteil dieser Lösungen besteht darin, daß für die Belebtschlammflocken an den Tropfkörpern keine optimalen Bedingungen zur effektiven Reinigung geschaffen werden können. Zwischen den rezirkulierenden Belebtschlammflocken und den nicht gelösten Verunreinigungen ist nämlich die Berührungszeit äußerst gering, deswegen kann nur ein geringer Anteil der nicht gelösten Verunreinigungen entfernt werden.

Bei einer dritten Variation der kombinierten Lösungen wird die Entfernung der gelösten Verunreinigungen an Tropfkörpern vorgenommen. Von hier gelangt das Wasser in ein Belüftungsbecken, wo der Abbau der gegebenenfalls noch vorhandenen gelösten Verunreinigungen vonstatten geht, sowie der Einbau der Kolloidverunreinigungen und suspendierten Verunreinigungen in die Flocken beginnt, was eine Voraussetzung für ihren biologischen Abbau ist. Der Schlamm wird aus dem Absetzer entweder unmittelbar oder über ein Schlammvorbelüftungsbecken in das Belüftungsbecken zurückgeführt (rezirkuliert). Sind in dem von dem Tropfkörper abfließenden Wasser die gelösten Verunreinigungen in einem größeren Anteil vorhanden, ist eine Vorbelüftung des Rezirkulationsschlammes nicht erforderlich. Sollte jedoch der Anteil der nicht gelösten Verunreinigungen im Übergewicht sein, kann das Belüftungsbecken weggelassen werden. Die Rolle der Vorbelüftung des Schlammes besteht darin, daß die Adsorptionsfähigkeit des in aeroben Zustand versetzten Schlammes im Verhältnis zu dem nicht vorgelüfteten Schlamm größer wird. Eine zusammenfassende Beschreibung dieser Systeme ist in WATER/Engineering & Management, 1983, Juni (Seiten 28-52) aufzufinden.

Die Vorteile dieser Variante gegenüber den vorhergehenden sind offensichtlich. Der größte Teil des Schmutzstoffgehaltes des Abwassers wird an dem Tropfkörper abgebaut, was hauptsächlich in Hinsicht auf die Betriebskosten von Vorteil ist. Durch die entsprechende Wahl der Abmessungen des Rezirkulationsschlamm-Vorbelüftungsbeckens und des Belüftungsbeckens kann sich diese Lösung flexibel an die Eigeschaften der verschiedenen Abwässer anpassen. In den Becken liegt die charakteristische Aufenthaltszeit zwischen einigen Minuten und einer Stunde, dieser Umstand wirkt sich äußerst günstig auf die Investitionskosten und den Energiebedarf des Belebtschlammteils und dadurch des gesamten Systems aus. Ein Nachteil dieser Lösung gegenüber der Belebtschlammlösung und der ersten Variante der kombinierten Systeme besteht darin, daß diese nicht in der Lage ist, die Kolloidverunreinigungen und insbesondere die suspendierten Verunreinigungen in einem solchen Maße zu beseitigen wie die erwähnten Systeme. Das ist darauf zurückzuführen, daß die in dem Belüftungsbecken zueinander parallel verlaufenden Grundprozesses gegenüber den hydraulischen Verhältnissen des Beckens entgegengesetzte Anforderungen stellen. In dem Becken vollzieht sich einerseits ein biologischer Abbau und andererseits läuft ein Adsorptionsprozeß ab. Hierzu soll bemerkt werden, daß hinsichtlich der Erfindung unter dem Begriff Adsorption ein solcher Prozeß verstanden wird, während dessen die Schwebe- und Kolloidstoffe des Abwassers sich in die Belebtschlammflocken einbauen sowohl während der Vergrößerung, der Vereinigung der Flocken als auch während des an vorhandenen Flocken ablaufenden Prozesses. Die biologische Belastung des Beckens ist groß (bei einer Aufenthaltszeit von 0,5 h und einem Schmutzstoffanteil des von dem Tropfkörper abfließenden Wassers von 50 g BOI₅/m³ beträgt diese 2,4 kg BOI₅/m³ × d) ungefähr das Eineinhalbfache der eine vollkommene biologische Reinigung realisierenden, Nitrifikation nicht durchführenden Belebtschlammsysteme (für diese beträgt der durch die technischen Richtlinien MI-10 127/5 des OVH (Landesamt für Wasserwesen) vorgegebene Wert 1,8 kg BOI₅/m³ × d). Da für den biologischen Abbauprozeß die Zuführung von Sauerstoff erforderlich ist, ist auch die pro Beckenvolumeneinheit zugeführte Sauerstoffmenge proportional dazu zu erhöhen. Das ist nur so möglich, daß die auf die Beckenvolumeneinheit bezogene mechanische Leistung der Belüftungsvorrichtung erhöht wird, wobei diese schneller ansteigt als die pro Beckenvolumeneinheit zugeführte Sauerstoffmenge. Somit beträgt die je Beckenvolumeneinheit dissipierte Energie ca. das 2 bis 3fache der der herkömmlichen Belebtschlammsysteme, für die bei Oberflächenbelüftung durchschnittlich ein Wert von 70 W/m³ charakteristisch ist (MI-10 127/5 Seite 25). Anhand dessen kann der durchschnittliche Geschwindigkeitsgradient errechnet werden (Camp, T. R.: Flocculation and Flocculation Basins, San. Eng. Dir. 79 (1) 283/1-18. 1954)

wobei
ε = Durchschnittswert der in einer Volumeineinheit während einer Zeiteinheit dissipierten Energie (W/m³)
µ = dynamische Viskosität der Flüssigkeit (kg/m × s).

Erfahrungsgemäß beträgt bei turbulenten Strömungen die wirksam dissipierte Energie 10-20% der gesamten dissipierten Energiemenge, deshalb wird in der obigen Beziehung anstelle von ε mit 10-20% dessen gerechnet. Der Wert der für die hydraulischen Verhältnisse des Belüftungsbeckens charakteristischen durchschnittlichen Geschwindigkeitsgradienten mit den obigen Daten beträgt G = 145-180 s^-1.

Für den Ablauf der parallelen Adsorptionsprozesse ist dieser Wert ungünstig, da erfahrungsgemäß zur Flockung in nicht biologischen Systemen ein Wert von G = 10-50 s^-1 erwünscht ist. In den Belüftungsbecken der Belebtschlammsysteme beträgt dieser Wert bei Oberflächenbelüftung G = 30-100 s^-1 (aus den Angaben gemäß MI-10 12 715 errechnet). In hochbelasteten Belüftungsbecken mit kleinem Volumen brechen unter diesen Bedingungen die sich zusammenstellenden Flocken auseinander, es bilden sich sehr viele kleine Flocken aus, was in Hinsicht auf die Absetzbarkeit von Nachteil ist. Diese Erscheinung wurde auch bei den nachstehend beschriebenen Experimenten wahrgenommen.

Für die beiden parallel ablaufenden Prozesse gemeinsam bietet dieses System keine optimalen Voraussetzungen. Der Wert des durchschnittlichen Geschwindigkeitsgradienten kann nur auf die Weise auf einen für die Adsorption annehmbaren Wert verringert werden, wenn das Volumen des Belüftungsbeckens erhöht wird. Die Aufenthaltszeit liegt dann bereits über einer Stunde, was die Vorteile der obenbeschriebenen Lösung bedeutend herabsetzen würde.

Die mit der Flöckung verbundenen Probleme sind für Inbetriebehalter derartiger Systeme bekannt und es wurden auch schon gewisse Versuche zur Lösung dieser vorgenommen. Der am weitesten verbreiteten Vorstellung gemäß wird der das Zuführungselement der Absetzer des Types DORR umgehende Teil von dem Absetzraum abgegrenzt, die strömungsbrechenden Platten, Teller werden abmontiert und die auf diese Weise realisierte Mischung fördert die Flockung, bzw. dadurch wird die Adsorption vervollkommnet. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß diese den empfindlichsten Teil des Abwasserreinigungssystems, den Nachabsetzer umbildet (umgestaltet), wodurch dessen Strömungsverhältnisse geändert werden, der Wirkungsgrad des Absetzens verschlechtert wird. Andererseits sind in dem auf diese Weise ausgebildeten Raum bei weitem nicht die optimalen Bedingungen für den Einbau der Kolloidstoffe und der suspendierten Stoffe in die Belebtschlammflocken gesichtert, da die sich ausbildenden Strömungsverhältnisse nicht beeinflußt, nicht geregelt werden können. Bei überlasteten Abwasserreinigungssystemen ist diese Lösung nicht verwendbar.

Das Ziel der Erfindung und die Aufgabe der Erfindung bestehen darin, ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung zu schaffen, die unter Beibehaltung der Vorteile der kombinierten Abwasserbehandlungssysteme, und zwar den größtmöglichsten Teil des biologischen Abbaus an Tropfkörpern durchführt und bei dem Belebtschlammteil Becken mit kleinen Abmessungen und kurzer Aufenthaltzeit verwendet, die Nachteile der bekannten kombinierten Abwasserbehandlungssysteme beseitigt oder bedeutend verringert, d. h. die Adsorptionsbereitschaft der Belebtschlammflocken erhöht, ein möglichst besseres Einbauen der nicht gelösten Verunreinigungen in die Belebtschlammflocken fördert und den Absetzwirkungsgrad der Nachabsetzer nicht verschlechtert. Ein weiteres Ziel besteht darin, daß das Verfahren auch bei überbelasteten Systemen zur Kapazitätserweiterung und/oder zur Verbesserung der Qualität des abgelassenen Abwassers auf die Weise geeignet sein soll, ohne daß dazu vorhandene Vorrichtungen, Objekte wesentlich umgestaltet werden müssen.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Qualität des gereinigten Wassers sowohl von den biologischen Abbauprozessen nach dem Tropfkörper als auch von den Flockungsprozessen wesentlich beeinflußt wird. Sind für irgendeinen Teil die Bedingungen ungünstig, verschlechtert sich die Qualität des gereinigten Wassers. In einem ein kleines Volumen aufweisenden und eine kurze Aufenthaltszeit - geringer als eine Stunde - sichernden Belüftungsbecken können gleichzeitig mit der Sicherung des Sauerstoffbedarfs der biologischen Prozesse nicht die Bedingungen für den Abbau der nicht gelösten Verunreinigungen und das Wachsen der sich auf diese Weise ausbildenden kleinen Flocken bzw. deren stabiles Zusammenbleiben geschaffen werden. Werden jedoch für die Flockung günstige Voraussetzungen geschaffen, kann der von den biologischen Prozessen beanspruchte Sauerstoffbedarf nicht gedeckt werden, wodurch die Adsorptionsbereitschaft der Belebtschlammflocken und somit mittelbar auch die Flockung verschlechtert werden. Es wurde erkannt, daß der biologische Abbauprozeß und der Flockungsprozeß nicht gleichzeitig, sondern nacheinander realisiert werden müssen.

Wenn die biologischen Abbauprozesse und der Prozeß des Einbauens der nicht gelösten Verunreinigungen in den Belebtschlamm, desweiteren der Prozeß des Weiterwachsens der Flocken auch räumlich getrennt werden, ist das Gesamtvolumen der zur Durchführung des Reinigungsprozesses erforderlichen Beckenräume wesentlich geringer als in einem solchen System, bei welchem die biologischen und Flockungsprozesse in einem gemeinsamen Raum ablaufen, wenn an das abfließende Wasser die gleichen Anforderungen gestellt werden. Bei gleichen Volumina ist die Qualität des abgegebenen Wassers in demjenigen System besser, in welchem die Prozesse räumlich getrennt sind.

Wenn das Abwasser-Belebtschlammgemisch nach einer kurzzeitigen Belüftung in einen vor dem Absetzer befindlichen Flockner oder Flockungsraum geleitet wird und entsprechend behandelt wird, können unter Beibehaltung der gegebenen Adsorptionsbereitschaft der Flocken entsprechend günstigere Bedingungen für die Begegnung der nicht gelösten Verunreinigungen mit den Flocken bzw. für die während der Begegnung erfolgende Adsorption und das weitere Wachsen der Flocken geschaffen werden. Diese Bedingungen weichen wesentlich von den in dem Belüftungsbecken herrschenden Verhältnissen ab und sind weitaus günstiger als die in dem Absetzer sicherbaren Flockungsbedingungen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist von grundsätzlicher Bedeutung, daß sowohl hinsichtlich der Verbesserung der hydraulischen Verhältnisse als auch hinsichtlich der Steigerung der Adsorptionsbereitschaft der Flocken optimale Voraussetzungen zur Flockung geschaffen werden. Das Beseitigen der nicht gelösten Verunreinigungen kann dementsprechend nicht durch Erhöhen der Aufenthaltszeit in dem Belüftungsbecken, sondern nach einer kurz anhaltenden Belüftung durch in einer Flockungseinrichtung erfolgenden Behandlung am wirksamsten gesteigert werden. Eine weitere Erkenntnis besteht darin, daß auch die Weise der Belüftung Einfluß auf die Adsorptionsbereitschaft der Flocken nimmt. Es ist vorteilhaft, sowohl zur Vorbelüftung des Rezirkulationsschlammes als auch in dem Belüftungsbecken solche Belüftungsvorrichtungen zu verwenden, die die Flocken mechanisch auch bearbeiten und unter intensiver Turbulenz mit Luft inwendig vermischen. Einen derartigen Effekt bieten vorzugsweise auf Injektorprinzip beruhende Belüfter.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird während der biologischen und physikalischen Reinigung der Abwässer das - erforderlichenfalls mechanisch vorgereinigte - Abwasser durch biologisches Reinigen mittels Tropfkörper behandelt, gegebenenfalls belüftet, geflockt und abgesetzt, dann der abgesetzte Schlamm oder ein Teil dessen - vorzugsweise mit Abwasser vermischt - mit gegebenenfalls erfolgender Belüftung vor irgendeine - mit Ausnahme der Absetzung - Operation zurückgeführt, bzw. der Restschlamm und das gereinigte Wasser werden aus dem Prozeß abgeführt. Für das Verfahren ist kennzeichnend, daß die Flockung von den sonstigen Operationen räumlichen und zeitlich getrennt über eine Zeitdauer von 5-30 Minuten, vorzugsweise 15-20 Minuten, bzw. bei einem durchschnittlichen Geschwindigkeitsgradienten von 10-70 s^-1, vorzugsweise 20-50 s^-1 durchgeführt wird, des weiteren das Abwasser und/oder der Schlamm bis zu einer auf die zufließenden Abwassermenge bezogenen Zeitdauer von 5-40 Minuten, vorzugsweise 10-15 Minuten, belüftet werden/wird.

Für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist kennzeichnend, daß sie einen Reiniger mit Tropfkörper, erforderlichenfalls Belüftungs- und Schlammbelüftungsraum bzw. Belüftungsvorrichtung, Absetzer, für das gereinigte Abwasser und/oder den abgesetzten Schlamm erforderlichenfalls einen Rezirkulationskreis, sowie einen vor dem Absetzer angeordneten Flockungsraum aufweist. Der Flockungsraum ist mit einem mechanischen Mischer und/oder einer Belüftungsvorrichtung und/oder einem Schlammaufgabekreis versehen.

Für die Lösung ist charakteristisch, daß der biologisch abbaubare Teil der gelösten organischen Verunreinigung vollkommen oder annähernd vollkommen an dem mit Tropfkörper versehenen Reiniger abgebaut wird; in dem Belüftungsraum erfolgen der Abbau der restlichen gelösten Verunreinigung und der Einbau eines Teiles der nicht gelösten Verunreinigung in die Belebtschlammflocken, sowie dessen Hydrolyse, in dem Flockungsraum wird annähernd die gesamte nicht gelöste Verunreinigung von den Flocken adsorbiert; die Hydrolyse wird fortgesetzt, während in dem Schlammbelüftungsraum der Rezirkulationsschlamm in aeroben Zustand versetzt wird und die Adsorptionsbereitschaft erhöht wird.

Bei der Aufrechterhaltung der Adsorptionsbereitschaft der Belebtschlammflocken ist von Vorteil, wenn in der Flockungseinrichtung das Mischen unter Luftzuführung oder mittels Luftzuführung erfolgt. Bei einer bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden/wird das Belebtschlamm-Abwasser-Gemisch und/oder der Rezirkulationsschlamm zum Zwecke der Steigerung der Adsorptionsbereitschaft der Flocken mittels einer auf dem Injektorprinzip beruhenden Vorrichtung.

Ein reinigungstechnologischer Vorteil wird dadurch gesichert, daß im Falle einer Kunststofftropfkörperfüllung ein Teil des von dem Tropfkörper abfließenden Wassers unmittelbar auf den Tropfkörper rezirkuliert wird. Somit kann nämlich auch bei Schwanken der aufgegebenen Abwassermenge der in Hinsicht auf die richtige Funktion des Tropfkörpers wesentliche Spülungsschwellenwert gesichert werden. Diese unmittelbare Rezirkulation hat den Vorteil, daß sie weder den eventuellen Vorabsetzer noch den Nachabsetzer hydraulisch belastet, im Gegensatz zu der herkömmlichen Rezirkulation mit kleinem Kreis und großem Kreis, die den Vor- und Nachabsetzer hydraulisch belasten.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Durchfühungsbeispielen und Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegte Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine beispielsweise, allgemeinste Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher nach dem Reiniger mit Tropfkörper die Beseitigung sowohl der gelösten Verunreinigungen als auch der Kolloid- und Schwebestoffverunreinigungen erfolgt,

Fig. 2 eine solche Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher der biologische Abbau der gelösten Verunreinigungen an dem mit Tropfkörper versehenen Reiniger erfolgt, in der danach erfolgenden Etappe dagegen der Abbau der nicht gelösten Verunreinigungen durchgeführt wird,

Fig. 3 eine solche Variante, bei welcher in erster Linie der gelöste Verunreinigungsgehalt des zugeführten Abwassers bedeutend ist und das Hauptziel in der Beseitigung dessen besteht, natürlich mit der gemeinsamen Beseitigung des größten Teils der nicht gelösten Verunreinigerstoffe.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend ausführlich anhand der Fig. 1 beschrieben. Zur biologischen und physikalischen Reinigung von mechanisch gereinigtem Abwasser 11 sind ein mit Tropfkörper versehener Reiniger 1, ein Belüftungsraum 2, ein Flockungsraum 3, ein Absetzer 4 und ein Schlammbelüftungsraum 5 nacheinander geschaltet. In dem Belüftungsraum 2 ist eine Belüftungsvorrichtung 6.2 angeordnet, während in dem Flockungsraum 3 eine Belüftungsvorrichtung 6.3 und ein Mischer 7, in dem Schlammbelüftungsraum 5 eine Belüftungsvorrichtung 6.5 angeordnet sind. Die Vorrichtung weist darüber hinaus zwei Rezirkulationskreise auf, für das aus dem mit Tropfkörper versehenen Reiniger austretende Abwasser 12 den Rezirkulationskreis 18 und für den in dem Absetzer 4 abgesetzten Schlamm 16 den Rezirkulationskreis 17.1-17.3.

Die in Fig. 1 veranschaulichte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens funktioniert folgenderweise. Das Abwasser 11 kommt mechanisch gereinigt an und über die Füllung des mit Tropfkörper versehenen Reinigers 1 rieselnd geht der biologische Abbau des überwiegenden Teils der gelösten Verunreinigungen vonstatten. Der Reinigungswirkungsgrad der Vorrichtung kann dadurch erhöht werden, daß zum Ausgleich der hydraulischen Belastungsschwankungen und zur Sicherung des Spülungsschwellenwertes ein Teil des in der Vorrichtung gereinigten Abwassers 12 über den Rezirkulationskreis 18 erneut in den mit Tropfkörper versehenen Reiniger 1 geleitet wird. Der größere Teil des gereinigten Abwassers 12 gelangt in den Belüftungsraum 2. Die in dem Belüftungsraum 2 hin- und hergeleiteten Belebtschlammflocken führen unter Verwendung des mittels der Belüftungsvorrichtung 6.2 zugeführten Sauerstoffes den biologischen Abbau der restlichen gelösten Verunreinigungen durch. Gleichzeitig damit beginnt der Einbau eines Teiles der Kolloid- und Schwebestoffe in die Flocken, was eine Voraussetzung dafür ist, daß die erste, Hydrolyse-Phase des biologischen Abbaus dieser Stoffe beginnen kann. In dem Belüftungsraum sind die hydrodynamischen Bedingungen infolge der Sicherung der Sauerstoffzuführung bzw. der Vermeidung der Absetzung nicht optimal für den Einbau der Kolloid- und Schwebestoffe, für eine Flockung mit hohem Wirkungsgrad. Deshalb geht dieser Prozeß nur dann mit entsprechendem Resultat vonstatten, wenn die Aufenthaltszeit - in herkömmlichem Falle - mindestens 3-4 Stunden beträgt. Die Aufenthaltszeit kann jedoch gemäß der Erfindung bedeutend, auf 0,1-1 Stunde verkürzt werden, wenn das aus dem Belüftungsraum 2 abfließende biologisch teilweise gereinigte Abwasser 13 in einen von den anderen Operationen räumlich und hinsichtlich der Funktion auch zeitlich getrennten Flockungsraum 3 geleitet wird. Mittels eines hier angeordneten Mischers 7 und/oder einer Belüftungsvorrichtung 6.3 werden optimale Vorraussetzungen für die Flockung geschaffen, wodurch der annähernd vollkommene Einbau der Kolloid- und Schwebestoffe innerhalb einer Aufenthaltszeit von 5-30 Minuten vonstatten geht.

Der Flockungsprozeß besteht aus komplizierten biologischen, chemischen und physikalischen Teilprozessen. Zu seiner Ausbildung sind spezielle hydrodynamische Voraussetzungen erforderlich. Das aus dem Flockungsraum 2 herauskommende, einer biologischen und physikalischen Behandlung unterzogene Abwasser 14 gelangt in den Absetzer 4, wo eine Phasentrennung erfolgt; danach fließt das gereinigte Abwasser 15 aus dem Absetzer 4 ab. Der abgesetzte Schlamm 16 gelangt in den Schlammbelüftungsraum 5, wo dieser mit Hilfe der Belüftungsvorrichtung 6.5 in einen aktiven aeroben Zustand versetzt wird, was die Adsorptionsfähigkeit der Schlammflocken bedeutend erhöht.

Der vorbelüftete Schlamm 17 gelangt über den Rezirkulationskreis 17.1, 17.2 und 17.3 in den mit Tropfkörper versehenen Reiniger 1, in den Belüftungsraum 2 und in den Flockungsraum 3.

Die in dem Flockungsraum 3 ablaufenden Prozesse können dadurch beschleunigt werden bzw. ihr Wirkungsgrad kann dadurch erhöht werden, daß beliebige der Belüftungsvorrichtungen 6.2 und 6.5 auf dem Injektorprinzip beruhend funktionieren. Somit erfolgt gleichzeitig mit der mechanischen Bearbeitung der Schlammflocken eine intensive inwendige Berührung dieser Flocken mit der zugeführten Luft, wodurch die Aktivität und Adsorptionsfähigkeit der Flocken weiter gesteigert werden.

Bei der in Fig. 2 veranschaulichten Variante erfolgt der biologische Abbau der gelösten Verunreinigungen in dem mit Tropfkörper versehenen Reiniger 1 in einem solchen Maße, daß der in der vorangehenden Variante eingefügte Belüftungsraum 2 und sich daraus ergebend auch der Rezirkulationskreis 17.2 überflüssig sind, d. h. weggelassen werden können.

Bei der in Fig. 3 veranschaulichten Variante ist die natürliche Aktivität des in dem Absetzer 4 abgesetzten Schlammes 16 bereits ausreichend für eine Reinigung mit gewünschtem Wirkungsgrad. Diese Variante wird bei solchen Abwässern realisiert, bei denen überwiegend der biologische Abbau von gelösten Verunreinigungen erforderlich ist. Somit kann der in der vorangehenden Variante beschriebene Schlammbelüftungsraum 5 wegfallen. Der abgesetzte Schlamm 16 gelangt über den Rezirkulationskreis 16.2 und 16.1 in den Belüftungsraum 2 bzw. in den mit Tropfkörper versehenen Reiniger 1.

Das vorgeschlagene Verfahren ist auch zur Erweiterung der Kapazität von vorhandenen Tropfkörper- oder Belebtschlamm-Abwasserreinigungsanlagen und/oder zur Verbesserung der Qualität des abfließenden Wassers geeignet, da unter Beibehaltung der Funktion der bereits vorhandenen Objekte diese mit den von dem erfindungsgemäßen Verfahren beanspruchten Objekten, Vorrichtungen zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergänzt werden können.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden von den durchgeführten Experimenten bestätigt, die zur Kontrolle unter Laboratorium- und Halbbetriebsbedingungen durchgeführt wurden. Im Hinblick auf das durchgeführte Experiment hat sich die Gegebenheit vorteilhaft erwiesen, daß in der Abwasserreinigungsanlage von Tatabánya ein Tropfkörpersystem und ein Belebtschlammsystem miteinander parallel funktionieren, bei denen der Aufgabeschacht der Reinigungssysteme gemeinsam ist; somit reinigen diese Abwasser gleicher Qualität. Während des Experimentes wurde eine Probe von dem von dem einen Tropfkörper abfließenden Wasser genommen und diese Probe wurde in drei gleiche Teile geteilt. Die eine Probe wurde ohne weitere Behandlung für eine Zeitdauer von 30 Minuten absetzen gelassen, danach wurde der obere gereinigte Teil abgepumpt und die auf diese Weise gewonnene Probe Nr. 1 wurde analysiert. Diese Probe repräsentierte das gereinige Abwasser des Tropfkörpers.

Dem erwähnten Belebtschlammsystem der Abwasserreinigungsanlage wurde Belebtschlamm entnommen, mittels Filtration wurde dieser von dem Abwasser getrennt, danach erfolgte ein Waschen und eine 30 Minuten lang anhaltende Belüftung und nach erneuter Filterung wurde dieser in gleichen Verhältnissen der von dem Tropfkörper entnommenen zweiten und dritten Probe zugegeben. Die Schlammkonzentration war in dem auf diese Weise gewonnenen Gemisch 1 g/l. Die zweite Probe wurde danach für eine Zeitdauer von 20-60 Minuten belüftet und anschließend über eine Zeitdauer von 30 Minuten absetzen gelassen. Nach dem Absetzen wurde der obere gereinigte Teil abgepumpt und die auf diese Weise gewonnene Probe Nr. 2 wurde analysiert. Diese Probe repräsentierte das gereinigte Abwasser des bereits bekannten kombinierten Tropfkörper-Belebtschlamm-Verfahrens. Die dritte Probe wurde nach einer Belüftung von 5-15 Minuten für eine Zeitdauer von 10-20 Minuten bei mit verschiedenen Drehzahlen durchgeführten langsamen Mischen geflockt, danach erfolgte das ebenfalls 30 Minuten lange Absetzen. Die nach dem Absetzen abgenommene Probe Nr. 3 repräsentierte das gereinigte Wasser der in Fig. 3 veranschaulichten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Bei dem Absetzen der Proben konnte folgendes festgestellt werden: In der Probe Nr. 1 haben sich die von dem Tropfkörper abreißenden, große Abmessungen aufweisenden Biofilmstücke schnell abgesetzt. Das Wasser war jedoch auch noch nach Ablauf von 30 Minuten äußerst trüb (opaleszent) und enthielt eine Vielzahl von kleinen sich nicht oder nur wenig absetzenden Schwebestoffen. Bei der Probe Nr. 2 erfolgte das Absetzen zu Anfang relativ schnell, verlangsamte sich jedoch später. Die Trübe des Wassers hat sich fast behoben; eine Vielzahl von kleinen, zurückgebliebenen Belebtschlammflocken schwebte jedoch in dem Wasser. In der Probe 3 konnte gegenüber der Probe Nr. 2 weitaus größere Schlammflocken festgestellt werden; ihr Absetzen erfolgte schnell. Die Trübe des Wassers wurde beseitigt und verbliebene, nicht abgesetzte Flocken waren kaum in dem Wasser aufzufinden.

Die in den vorgegebenen Bereichen liegenden verschiedenen Belüftungs- und Flockungszeiten haben kaum Veränderungen in den experimentellen Resultaten erbracht; in der Probe Nr. 2 hat sich geringfügig die Menge der bei dem Absetzen zurückbleibenden Flocken verringert, wenn die Belüftungszeit auf 30-60 Minuten bemessen wurde. In der Probe Nr. 3 erbrachte die Erhöhung der Belüftungszeit keine merklichen Veränderungen; bei der Flockung hat sich eine Aufenthaltszeit von 15-20 Minuten bei einem durchschnittlichen Geschwindigkeitsgradienten von G = 30- 50 s^-1 als günstiger erwiesen. Die charakteristischen Resultate werden in der nachstehenden Tabelle zusammengefaßt angegeben:

Die oben angegebenen konkreten Resultate beweisen eindeutig, daß die gemäß der Erfindung durchgeführte und einen entsprechenden Wirkungsgrad aufweisende Flockung von ausschlaggebender Bedeutung ist, dieses Verfahren ergibt im Vergleich mit dem herkömmlichen (Probe Nr. 2) - in Gesamt- KOI_d gemessen - eine 27%ige - in Gefiltert-KOI_d gemessen - eine 23%ige Wasserqualitätsverbesserung.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit den folgenden wichtigsten Vorteilen charakterisiert werden

• 1. Die Qualität des abgegebenen gereinigten Abwassers erreicht die eines gut funktionierenden Belebtschlammsystems.
• 2. Den überwiegenden Teil der biologischen Reinigung vollführt der einen geringen Energiebedarf aufweisende, mit Tropfkörpern versehene Reiniger, was im Vergleich mit Belebtschlammanlagen gleicher Kapazität sowohl die Betriebskosten als auch die Entwicklungskosten bedeutend verringert.
• 3. Durch Erkenntnis der ausschlaggebenden Rolle des Flockungsprozesses kann durch Einfügen des Flockungsraumes in einzelnen Fällen sogar das Belüftungsbecken der herkömmlichen Systeme weggelassen werden bzw. dessen Abmessungen können bedeutend verringert werden. Das ergibt gegebenenfalls ebenfalls eine bedeutende Verringerung der Entwicklungskosten.
• 4. Das Reinigungsverfahren kann flexibel den jeweiligen verschiedenen Abwässern angepaßt werden, i. e. dem Verhältnis von gelösten und nicht gelösten Verunreinigungen entsprechend.
• 5. Gemäß Betriebserfahrungen ist die erfindungsgemäße Lösung relativ unempfindlich gegenüber sprungartigen (stoßartigen) Belastungen.
• 6. Die Anwendung der Erfindung bietet eine einfache, kostengünstige und wirksame Methode zur Erweiterung der Kapazität von bereits vorhandenen Abwasserreinigungsanlagen und/oder zur Verbesserung der Qualität des abgegebenen gereinigten Abwassers.
• 7. Die mit der Bedienung verbundenen Aufgaben und Kenntnisse beanspruchen gegenüber den herkömmlichen und bekannten Systemen keinen bedeutenden Zusatz.

Claims (6)

1. Verfahren zum biologisch-physikalischen Reinigen von Abwässern, während dessen das - erforderlichenfalls mechanisch vorgereinigte - Abwasser einer biologischen Reinigung mittels Tropfkörper unterzogen wird, gegebenenfalls belüftet, geflockt und abgesetzt wird, dann der sich abgesetzte Schlamm oder ein Teil dessen, vorzugsweise mit Abwasser vermischt, mit gegebenenfalls erfolgendem Belüften mit Ausnahme des Absetzens vor irgendeine der Operationen zurückgeführt wird, bzw. der Restschlamm und das gereinigte Abwasser aus dem Prozeß abgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Flocken von den sonstigen Operationen abgesondert mit einer Zeitdauer von 5-30 Minuten, vorzugsweise 15-20 Minuten, bzw. einem durchschnittlichen Geschwindigkeitsgradienten von 10-70 s^-1 vorzugsweise 20-50 s^-1 durchgeführt wird, desweiteren das Abwasser und/oder der Schlamm bis zu einer auf die zufließende Abwassermenge bezogenen Zeitdauer von 5- 40 Minuten, vorzugsweise 10-15 Minuten belüftet werden/wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der abgesetzte Schlamm in aktivem, aeroben Zustand mit dem Abwasser vermischt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Flockens das Bewegen des Mediums auf mechanische und/oder pneumatische Weise durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beliebige Belüftungsmaßnahmen mit Luftzuführung mittels Injektor durchgeführt wird/werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des nach der mittels Tropfkörper erfolgenden biologischen Reinigung erhaltenen Abwassers zur Zuführung zurückgeführt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß diese einen Reiniger mit Tropfkörper (1), erforderlichenfalls einen Belüftungsraum und/oder Schlammbelüftungsraum (2, 5), eine Belüftungsvorrichtung (6.2, 6.5), desweiteren einen Absetzer (4), für das gereinigte Abwasser und/oder den abgesetzten Schlamm erforderlichenfalls einen Rezirkulationskreis (18, 17.1, 17.2) sowie einen vor dem Absetzer angeordneten Flockungsraum (3) aufweist, welcher mit einem mechanischen Mischer (7) und/oder einer Belüfungsvorrichtung (6.3) und/oder einen Schlammaufgabekreis (17.3) versehen ist.