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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kläranlage gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Moderne Belebungsanlagen müssen vielfältige Aufgaben bewältigen. Zu erreichen ist eine weitgehende Entfernung der gelösten organischen Abwasserinhaltsstoffe, einschliesslich der im Abwasser enthaltenen Xenobiotica. Zudem werden Nitrifikation und Denitrifikation gefordert sowie in vielen Fällen auch eine biologische Phosphatelimination.
Für die einzelnen Aufgaben werden unterschiedliche Organismenarten gebraucht, und es müssen unterschiedliche Prozessbedingungen eingestellt werden, um die einzelnen Arten zu aktivieren (z. B. Verfügbarkeit von gelöstem Sauerstoff zur Aktivierung der Nitrifikation, Mangel an gelöstem Sauerstoff und Verfügbarkeit von Nitrat und leicht abbaubaren organischen Kohlenstoffverbindungen zur Aktivierung der Denitrifikation). Um das Verfahren überhaupt durchführen zu können, muss der belebte Schlamm, der Mikroorganismen für den Abbau der Schmutz- und Scgadstoffracht des Abwassers enthält, eine morphologische Struktur aufweisen, die eine effiziente Trennung der Biomasse vom gereinigten Abwasser durch Sedimentation ermöglicht.
Um diese unterschiedlichen Ziele zu erreichen, hat es sich rür kontinuierlich durchströmte Belebungsanlagen als nützlich erwiesen, das Belebungsbecken in Zonen aufzuteilen, die nacheinander durchströmt werden. Der belebte Schlamm wird im Zuge des Schlammkreislaufs periodisch unterschiedlichen Prozessbedingungen ausgesetzt.
Bei Verfahren der eingangs erwähnten Art, die als Aufstaube ungsverfahren bezeichnet werden, ist eine zeitlich begrenzte Abwasserzufuhr in einen Stauraum, meist ein Becken vorgesehen.
Bei solchen Verfahren ist die Prozessführung weitgehend von den Schwankungen des zuströmenden Volumens des Abwassers und von dessen Schmutzfracht unabhängig. (Irvine, 1976). Das Verfahren entspricht einer kaskadenförmig durchströmten Belebungsanlage mit der Besonderheit, dass die einzelnen Prozessphasen (aerobe, anoxische und anaerobe Mischung sowie Sedimentation) entlang einer Zeitachse im selben Becken stattfinden.
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In Becken, die innerhalb eines begrenzten Zeitintervalls befüllt werden, haben die nach Abschluss der Füllphase eintretenden Veränderungen des Kläranlagenzulaufs keinen Einfluss auf das Prozessgeschehen. Die Dauer der einzelnen Prozessphasen lassen sich entsprechend den momentanen Bedingungen verlängern oder verkürzen, so dass unnötig lange Verweilzeiten vermieden und dennoch die gewünschten Ablaufgrenzwerte sicher eingehalten werden. Zu beachten ist allerdings, dass diese Strategie nur zum Erfolg führen kann, wenn die Aufstaubelebungsanlage über eine genügend hohe hydraulische Aufnahmekapazität verfügt.
Wesentliche Auslegungskriterien sind demgemäss die Abwasserfracht die je Beschickungszyklus von einem Becken aufgenommen werden soll und das dem Reinigungsziel entsprechende Schlammalter der organischen Substanz. Demgemäss wird die Berechnung der Kläranlage in zwei Bemessungsstufen durchgeführt.
Nach Festlegung des Reinigungszieles und Ermittlung der Überschussschlammproduktion wird der erforderliche Schlammgehalt zur Erzielung des Reinigungszieles mit dem festgelegten Schlammalter bemessen und auf die gewählte Zahl von Aufstaubecken aufgeteilt. Dem sich hieraus ergebenen Volumen sind die auf die Becken aufgeteilten und in Abhängigkeit der Beschickungszeit anfallenden Wasserfrachten hinzuzuzählen. Zu beachten ist hierbei, dass bei der Errichtung mehrerer solcher Becken und einer alternierenden Beschickung der Becken von einem Becken jeweils die ma- ximal, - während einer Sperre des jeweils anderen Beckens - anfallende Wasserfracht aufgenommen werden kann.
Bei den bekannten Verfahren der eingangs erwähnten Art erfolgt die das Rühren und Belüften gleichzeitig. Dadurch ergibt sich jedoch ein sehr erheblicher Betriebsaufwand. So ist dabei nicht zu vermeiden, dass die Belüftung bereits bei der Befüllung des Stauraumes erfolgt, wodurch sich ein nur geringer Effekt der Belüftung ergibt.
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, dass sich durch eine einfache Prozessführung und einen geringen Betriebsaufwand auszeichnet.
Erfindungsgemäss wird dies bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.
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Bei dem erfindugnsgemässen Verfahren können grundsätzlich eine Auffüll-, bzw. Annahmephase und eine Nachklärphase unterschieden werden, wobei lediglich während der Annahmephase Abwasser in einen Stauraum, z. B. ein Becken, fliesst.
Während der Füllphase wird Abwasser eingeleitet, ohne das Abwasser-Belebtschlammgemisch zu bluften. Da somit den Organismen leicht abbaubare organische Substanzen zur Vefügung gestellt wird, ohne zugleich Sauerstoff einzubringen, zehren die Organismen den vorhandenen Sauerstoff auf und nutzen die vorhandenen gebundenen Reserven im Nitrat-Stickstoff. Es findet zu Beginn des Zyklus eine Denitrifikation statt.
Dieses anoxische Milieu stellt zugleich die Grundlage für den erhöhten Phosphateinbau in die Zellen der Organismen während der nachfolgenden Belüftung dar. Diese verbesserte biologische Phosphatelimination hilft den Betriebsaufwand der Anlage gegen- über herkömmlichen Verfahren zu vermindern.
Erst im Anschluss an die Beckenfüllung und die vorgeschaltete Denitrifikation wird Luft in das Abwasser eingebracht. Da dieser Vorgang somit bei maximalem Wasserspiegel erfolgt, werden hohe Ertragswerte erzielt, wodurch eine volle Ausnutzung der eingebrachten Luft sichergestellt ist.
Während der Belüftung wird der Belebtschlamm lediglich durch die aufsteigende Luft mit dem Abwasser vermischt, wobei ein Rühren des Gemisches unterbleibt.
Durch die Merkmale des Anspruches 2 ist es möglich den Abbau von im zu klärenden Abwasser enthaltenen Schadstoffe, bzw. dessen Schmutzfracht sehr weitgehend und rasch abzubauen.
Die Unterbrechung der Belüftung durch einen Rührbetrieb kann dabei in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt oder dem Nitratgehalt des zu klärenden Abwassers erfolgen.
Durch die Merkmale des Anspruches 3 ergibt sich eine erhebliche Energieeinsparung bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Dabei ist es zweckmässig den Energieeintrag auf ca. 3W/m3 einzustellen.
Die Regelung des Energieeintrages erfolgt vorzugsweise stufenlos, z. B. durch Versorgung eines Wechsel-bzw. Drehstrom-Antriebsmotors eines Rührwerkes über einen in Abhängigkeit vom Füllstand gesteuerten Frequenzumformer, oder über eine Phasenanschnittsteuerung.
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Durch die Merkmale des Anspruches 4 ergibt sich der Vorteil, dass die Sauerstoffeintragsleistung dem aktuellen Bedarf angepasst
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B.gewährleistet.
Für die Belüftung ist zweckmässigerweise ein Gebläse vorgesehen, dessen Antriebsmotor, z. B. ein Drehstrommotor, stufenlos regelbar ist. Dabei kann die Regelung über einen Frequenzumformer oder eine Phasenanschnittsteuerung erfolgen. Es ist aber auch eine stufige Regelung, z. B. über einen polumschaltbaren Motor möglich oder über ein regelbares Getriebe.
Durch die Merkmale des Anspruches 5 kann auf einfache Weise die bei jeder Füllung eines Stauraumes anfallende Überschussmenge an Schlamm sehr gut abgeschätzt und aufgrund dieser Schätzung die überschussmenge an Schlamm abgeführt werden.
Bei einem Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 6 ergibt sich häufig das Problem, dass die einzelnen Stauräume zwar aufgrund der Prozessführung langsam befüllt werden, jedoch aus Gründen eines raschen Erreichens der Aufnahmebereitschaft für eine neue Befüllung rasch entleert werden. Dies würde aber zu einer starken Schwankung des Wasserstandes des Vorfluters führen, so dass durch behördliche Auflagen praktisch immer ein Pufferbecken erreichtet werden muss, um einen einigermassen konstanten Abfluss des geklärten Abwassers in den Vorfluter zu ermöglichen.
Um diesen Nachteil zu vermeiden sind die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 6 vorgesehen.
Durch die vorgeschlagenen Massnahmen ist sichergestellt, dass auch bei einer geringeren anfallenden Abwassermenge als der Auslegung einer Kläranlage entspricht, einerseits ein kontinuierlicher Betrieb der gesamten Anlage möglich ist und der Belebtschlamm ständig mit zu klärendem Wasser in Berührung bleibt und sich im Hinblick auf den Vorfluter ein Quasi-Durchlaufbetrieb ergibt, der dem Betrieb einer Durchlauf-Kläranlage entspricht, ohne dass dazu ein Pufferbecken erforderlich ist, das den ? Platzbedarf einer. Kläranlage und das erforderliche Bauvolumen sehr erheblich erhöht.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch eine für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignete Anlage zeigt.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier als Stauräume dienende Becken 1, 2,3, 4 vorgesehen, in denen vier verschiedene Phasen des erfindungsgemässen Verfahrens ablaufen.
Jedes der vier Becken 1, 2,3, 4 ist über Rohrleitungen, in denen Zulaufentile 5,6, 7,8 mit einem Abwasserzulauf 9, in dem sich ein Durchflussmesser 10 befindet, verbunden, wobei üblicherweise nur eines der Zulaufventile 5,6, 7,8 geöffnet ist. Im dargestellten Fall ist dies das Zulaufventil 5.
Weiters sind die Becken 1, 2,3, 4 über weitere Rohrleitungen, in denen Ablaufventile 11, 12,13, 14 angeordnet sind, mit einem Klarwasser-Ablauf 15, in dem ein weiterer Durchflussmesser 16 und ein Klarwasser-Ventil 17 angeordnet sind, verbunden.
Die Durchflussmesser 10 und 16 sind über Signalleitungen 18, 19 mit einer Steuerung FU verbunden, die über eine Steuerleitung 20 mit dem Klarwasser-Ventil 17 verbunden ist und dessen Antrieb steuert.
In jedem Becken 1, 2,3, 4 ist ein Rührwerk 21 angeordnet, wobei ein solches jedoch nur beim Becken 1 dargestellt ist. Weiters ist in jedem Becken 1, 2,3, 4 ein Blasboden 22 angeordnet, der eine Vielzahl von Ausströmöffnungen versehen und mit einem nicht dargestellten Gebläse verbindbar ist. Dabei kann auch vorgesehen sein, ein zentrales Gebläse für die gesamte Anlage vorzusehen und die Blasböden 22 der Becken 1, 2,3, 4 über Leitungen, in denen Ventile angeordnet sind, mit Luft zu versorgen.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich sind die Mündungen der mit dem Zulauf 9 in Verbindung bringbaren Rohrleitungen im obersten Bereich der Becken 1, 2,3, 4 und die mit dem Klarwasser-Ablauf 15 verbindbaren Rohrleitungen mit unteren Bereich der Becken angeordneten Ablauföffnungen verbunden, wobei jedoch diese Öffnungen über einem vorgesehenen Schlammspiegel 23 liegen.
Beim erfindungsgemässen Verfahren wird ein Becken, im dargestellten Fall das Becken 1 durch Öffnen des Zulaufventiles 5 mit Abwasser bis zu einem maximalen Spiegel gefüllt. Dabei ist das Rührwerk 21 in Betrieb und bringt in Abhängigkeit vom momentanen Füllstand eine bestimmte Rührleistung ein. Dadurch wird der im Becken befindliche Belebtschlamm mit dem zufliessenden Abwasser verrührt und in gegenseitigen innigen Kontakt gebracht.
Zur selben Zeit wird im Becken 2 bei stehendem Rührwerk 21 Luft über den Blasboden 22 eingeblasen. Die in ein Becken 1, 2, 3,4 eingeblasene Luftmenge wird dabei in Abhängigkeit vom durch
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eine nicht dargestellte Sauerstoffsonde erfassten Sauerstoffgehalt dessen Inhalts geregelt.
Dabei kann das Einblasen auch intermittierend erfolgen, wobei in den Unterbrechungsphasen das Rührwerk 21 wieder eingeschaltet werden kann. Zweckmässigerweise erfolgt die Einschaltung des Rührwerkes nach der vollständigen Auffüllung des Beckens in Abhängigkeit vom durch eine nicht dargestellte Nitratsonde erfassten Nitratgehalt erfolgen.
Grundsätzlich ist zu bemerken, dass der Aufbau und die Ausrüstung aller Becken mit Sonden u. dgl. gleich ist.
Nach dem Erreichen des maximalen Füllstandes in dem in Füllung begriffenen Becken 1 wird dessen Rührwerk 21 abgestellt und das Becken durch Einblasen von Luft über den Blasboden 22 belüfte. Dabei kommt es während des Rührens zu einer Denitrifikation. Der Energieeintrag durch das Rühren wird in Abhängigkeit vom durch eine Füllstandsmesser (nicht dargestellt) erfassten Füllstand des Beckens geregelt und auf ca. 3W/m3 im wesentlichen konstant gehalten.
Nach Beendigung des Einblasens von Luft, das, wie bereits erwähnt auch durch Rührphasen unterbrochen werden kann, wird der im Becken befindliche Schlamm absetzen gelassen, wobei sich der Inhalt des entsprechenden Beckens, in der Zeichnung ist diese Phase im Becken 3 dargestellt, hydraulisch in Ruhe befindet und weder ein Einblasen von Luft, noch ein Rühren oder ein Zulauf erfolgt. Die Beendigung der Belüftungsphase kann in Abhängigkeit von der Zeit erfolgen, wobei diese Zeit nach Erfahrungswerten gewählt werden kann, zu denen ein ausreichend weiter Abbau von Schad- und Schmutzstoffen, der mittels der Sauerstoff und Nitratsonden erfasst werden kann, sichergestellt ist.
Nach der Absetzphase, während der sich der Belebtschlamm absetzt, wie dies im Becken 3 angedeutet ist, wird das sich über dem Schlamm befindliche Klarwasser abgelassen, wie dies beim Becken 4 angedeutet ist. Die Dauer der Absetzphase wird nach Erfahrungswerten festgelegt.
Der aus dem in das betreffende Becken eingeleiteten Abwasser sich absetzende Schlamm vermehrt den im Becken befindlichen Schlamm, so dass der Schlammspiegel 23 steigt. Die den Schlammspiegel über einen vorgesehenen Marke erhöhende Überschuss-Schlammenge wird während oder nach dem Ablassen des Klarwassers ebenfalls abgezogen.'
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Die Bestimmung der abzuziehenden Schlammenge, die über nicht dargestellte unmittelbar über dem Beckenboden liegende Schlammablässe erfolgt, wird nach Erfahrungswerten festgelegt, wobei diese Erfahrungswerte dadurch gesammelt werden, dass gegen Ende der Rührphase während des Zulaufs des Abwassers oder während der Belüftung, während der es aufgrund der aufsteigenden Luftblasen ebenfalls zu einer Vermischung des Schlammes mit dem zu klärenden Abwasser kommt,
eine Probe mittels eines grösseren Probengefäss entnommen und diese Probe absetzen gelassen wird. Aus der Höhe der sich absetzenden Schlammschicht kann auf die abzuziehende Schlammenge geschlossen werden.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich wird sowohl die Durchflussmenge im Zulauf gemessen (Durchlussmesser 10), wie auch im Klarwasser-Abfluss. Dabei wird durch die Steuerung FU und das Klarwasser-Ventil 17 sichergestellt, dass die abfliessende Menge im wesentlichen gleich der zufliessenden Menge ist, wodurch die Abgabe des Klarwassers an einen Vorfluter in einem Schwall sicher vermieden ist.
Der Abzug des Klarwassers aus den einzelnen Becken 1, 2, 3, 4 erfolgt nicht bis zu einem bestimmten Spiegel, sondern in Abhängigkeit von der zufliessenden Abwassermenge.
So wird der Abzug des Klarwassers aus einem Becken, z. B. dem Becken 4 gestoppt, sobald ein anderes Becken, z. B. das Becken 1 bis zum maximalen Füllstand aufgefüllt ist. Anschliessend wird das weiter zufliessende Abwasser in das Becken geleitet, aus dem unmittelbar zuvor Klarwasser abgezogen wurde, z. B. in das Becken 4. Gleichzeitig wird der Klarwassser-Ablauf jenes Beckens, z. B. des Beckens 3, mit dem Klarwasser-Ablauf 15 verbunden, in dem zuvor die Absetzphase stattgefunden hat und in dem sich der Schlamm abgesetzt hat.
Dabei ist die Entleerungsphase eines Jeden Beckens durch die Regelgrössen "Zeit" und "Füllstand" begrenzt. Massgebend ist dabei nicht der Füllstand des Beckens das entleert wird, sondern jenen Beckens, das gefüllt wird.
Die Anlage ist dabei so ausgelegt, dass auch bei maximalem Abwasserzulauf ausreichend Zeit für die Behandlung des Abwassers in den einzelnen Becken verbleibt. Dabei werden die Absetzzeiten und die Rührzeiten stets gleich gehalten, unabhängig von der Grösse des momentanen Abwasserzulaufs.