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Verfahren und Vorrichtung zur biologischen Reinigung von Abwasser
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur biologischen Reinigung von Abwasser in einer Kläranlage mit gesonderter aerober Behandlung des Überschuss-Schlammes, wobei die bis zum zweifachen Trockenwetteranfall (TWA) anfallende Abwassermenge nach Grobrechen, Sandfang und Rechengutzerkleinerung unmittelbar der biologischen Reinigungsstufe (Belebungs-und Nachklärbecken) zugeleitet und die bei Regen darüber hinaus der Kläranlage zuzuführende Abwassermenge in ein Regenklärbecken abgeführt wird, um sie später nach Abklingen des Zuflusses unter 2 TWA ebenfalls in die biologische Reinigungsstufe zu fördern.
Es sind Abwasserreinigungsanlagen bekannt, bei denen die absetzbaren Stoffe organisch belasteter Abwässer zunächst in einer mechanischen Stufe zur Sedimentation gebracht und dann die kolloidalen sowie die im Abwasser gelösten Stoffe in einer künstlichen biologischen Stufe nach dem Belebtschlammverfahren abgebaut werden. In der mechanischen Reinigungsstufe fällt Primärschlamm an, während in der biologischen Stufe Überschussschlamm entsteht. Beide Schlammarten werden gemeinsam einer Schlammbehandlungsanlage zugeführt, in der der Schlamm mit oder ohne vorhergehende Eindickung ausgefault und anschliessend natürlich oder künstlich entwässert wird.
Für kleinere Gemeinden bis etwa 2500 an das Abwassernetz angeschlossenen Einwohnern hat man auch schon Abwasserreinigungsanlagen vorgesehen, die zur Durchführung der biologischen Reinigung einen Oxydationsgraben oder ähnliche Bauwerke und zur nachfolgenden Schlammtrennung ein Nachklärbecken aufweisen. Es werden hier in einem Becken zwei verschiedene biologische Vorgänge gekoppelt. Einmal soll das frische Abwasser biologisch gereinigt werden, wozu biologisch aktiver Belebtschlamm erzeugt und erhalten werden muss. Zum andern sollen die organischen Bestandteile des gebildeten Belebtschlammes soweit abgebaut werden, dass der Überschuss des Belebtschlammes ohne nachfolgende saure Gärung und der damit verbundenen Belästigung abgezogen werden kann.
Man hat in diesem Zusammenhang auch schon Anlagen, sogenannte Totalkläranlagen, vorgesehen, bei denen das Belüftungs- und Nachklärbecken zu einer Einheit vereinigt sind. Die Belüftungszeit beträgt jedoch bei diesem sowie bei dem vorgenannten Verfahren bis zu 3 Tagen, wobei die gesamte Abwassermenge belüftet wird. Diese lange Belüftungszeit ist erforderlich, um, wie erwähnt, einerseits das Abwasser zu reinigen und anderseits den anfallenden Schlamm soweit abzubauen, dass bei seiner Abgabe auf Trockenbeete oder in Fässer od. dgl. keine Belästigungen, insbesondere Geruchsbelästigungen entstehen.
Die genannten Verfahren sind mit einer Reihe schwerwiegender Nachteile behaftet. Für die in dem erstgenannten Verfahren durchzuführende anaerobe Behandlung des Schlammes sind sehr kostspielige Bauwerke zu errichten. Sowohl die Erstellung der sogenannten Emscherbrunnen als auch die Errichtung getrennter Faulräume verursacht wegen der durch das Verfahren bedingten grossen Abmessungen dieser Anlagen ausserordentlich hohe Anlagekosten, wobei für die getrennten Faulräume ausserdem erhebliche Betriebskosten aufzuwenden sind.
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Das zweitgenannte Verfahren, bei dem die biologische Reinigung in einem Oxydationsgraben od. dgl. durchgeführt wird, oder das in den sogenannten Totalkläranlagen zur Durchführung kommt, hat den wesentlichen Nachteil, dass es in seiner Leistungsfähigkeit sehr stark begrenzt ist und daher, wie erwähnt, nur für die Abwasserreinigung kleinerer Gemeinden bis etwa 2500 Einwohner zur Anwendung kommen kann. Ausserdem erfordert dieses Verfahren infolge der bei ihm erforderlichen langen Belüftungszeiten die Errichtung sehr grosser und damit teuerer Bauwerke. Beispielsweise erfordert ein Oxydationsgraben der üblichen Bauart für je 1000 Einwohner einen Belüftungsraum von etwa 450 m3 Fassungsvermögen.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass durch die Mischung des vorhandenen Belebtschlammes mit dem zugeführten Frischschlamm auch nicht abgebauter Schlamm aus dem Kreislauf als Überschussschlamm abgezogen wird. Dadurch tritt nachträglich eine saure Gärung des abgezogenen Schlammes ein, die unter anderem zu Geruchsbelästigungen führt.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese vorgenannten Nachteile der bekannten Verfahren und Anlagen zu beseitigen.
Diese Aufgabe wird unter Zugrundelegung des eingangs erwähnten Verfahrens dadurch gelöst, dass der durch den biologischen Reinigungsprozess anfallende Überschussschlamm zunächst in einem gesonderten Belüftungsbecken zwecks Abbaus von weiteren organischen Bestandteilen einer aeroben Behandlung unterworfen und sodann einem Eindickbehälter zugeführt wird, von wo er in eingedicktem Zustand entwässert wird.
Vorzugsweise wird das Verfahren in der Weise durchgeführt, dass der in der Belüftungsanlage für die biologische Abwasserreinigung anfallende, biologisch aktive Belebtschlamm abgezogen und dann in einer nachfolgenden Stufe geklärt wird, und der dabei anfallende Schlamm teilweise als Rücklaufschlamm in diese Belüftungsanlage zurückgeführt, zum andern Teil als Überschussschlamm unmittelbar in die zweite Belüftungsanlage geführt wird.
Dabei ist es zweckmässig, gemäss einem weiteren Gedanken der Erfindung, dass der Überschussschlamm aus dem dem Belebungsbecken nachgeschalteten Klärbecken diskontinuierlich, vorzugsweise in Abständen von etwa 24 h in einer Menge von etwa 3% des Tageswasseranfalles abgezogen und dem besonderen, der aeroben Behandlung dienenden Belüftungsbecken zugeführt wird, nachdem zuvor die gleiche Menge behandelten Schlammes aus dem Belüftungsbecken in den Eindickbehälter gegeben wurde.
Die Verweilzeit des Überschussschlammes in dieser zweiten Belüftungsanlage beträgt bis zu 3 Tagen. Da jedoch der Anteil des Überschussschlammes, bezogen auf den gesamten Tagesabwasseranfall sehr gering ist und im allgemeinen 3% davon nicht übersteigt, kann diese Belüftungsanlage auch bei höheren Leistungen mit verhältnismässig geringem Bauaufwand errichtet werden.
Anderseits kann jedoch die Belüftungsanlage für die biologische Abwasserreinigung so betrieben werden, dass die mittlere Belüftungszeit je Kubikmeter Abwasser nur einige wenige Stunden, beispielsweise etwa 3 h beträgt. Auf Grund dieser vergleichsweise geringen Verweilzeit des Abwassers in der biologischen Abwasserreinigung kann diese Belüftungsanlage erheblich kleiner als die bislang gebräuchlichen Anlagen bemessen werden.
Es ist weiterhin zweckmässig, die von dem Abwasser mitgeführten groben Stoffe vor dem Eintritt des Abwassers in die Belüftungsanlage der biologischen Abwasserreinigung zu zerkleinern, um dadurch eine grosse Oberfläche für den Angriff der Bakterien zu erzielen.
Die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens erfolgt in einer Anlage, die neben der zur biologischen Abwasserreinigung erforderlichen Belüftungsanlage noch eine weitere Belüftungsanlage aufweist, in der der von dem geklärten Abwasser abgetrennte biologisch aktive Belebtschlamm behandelt wird, so dass bei einem Unterangebot an Nährstoffen die organischen Bestandteile des Schlammes abgebaut werden. In der erstgenannten Belüftungsanlage wird mit einem hohen Schlammgewicht gefahren, um mit diesem aktiven Belebtschlamm eine optimale Reinigungswirkung zu erzielen.
Als Belüftungsanlagen werden zweckmässig Belüftungsbecken der üblichen Bauarten verwendet. Es ist dabei erforderlich, dem Belüftungsbecken für die Abwasserreinigung ein Nachklärbecken nachzuschalten, das für den Schlammabzug durch Leitungen einerseits mit dem Belüftungsbecken für die Abwasserreinigung, anderseits mit dem zweiten Belüftungsbecken für die Behandlung des Überschussschlammes verbunden ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren unterliegt hinsichtlich seiner Leistungsfähigkeit keinerlei Begrenzung. Gegenüber den bisher üblichen Kläranlagen mit Faulstufe werden der Bauaufwand und damit die Anlagekosten erheblich vermindert. Die bei diesen bekannten Anlagen erforderliche mechanische Klärstufe wird nicht mehr benötigt. Durch die gesonderte aerobe Behandlung nur des Überschussschlammes aus der biologischen Stufe wird gegenüber dem mit einem Oxydationsgraben od. dgl. arbeitenden Ver-
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fahren eine wesentliche Verkürzung der je Kubikmeter Abwasser erforderlichen Belüftungszeit erzielt, so dass nicht nur höhere Durchsatzleistungen je Kubikmeter Becken erzielt werden, sondern auch geringere Betriebskosten entstehen.
Von Vorteil ist schliesslich auch, dass der kontinuierliche Ablauf der biologischen Vorgänge von der biologischen Abwasserreinigung bis zum Abschluss der aeroben Schlammbehandlung und damit auch die optimale Wirksamkeit des Verfahrens unbedingt gewährleistet ist.
Nachfolgend wird das erfindungsgemässe Verfahren an Hand der in der Zeichnung dargestellten Schemazeichnung näher erläutert.
Im Zulauf der mit organischen Stoffen belasteten Abwässer ist zunächst, wie an sich bekannt, ein Grobrechen 1 angeordnet, mit dem die von dem Abwasser mitgeführten groben Teile ausgeschieden werden. Das Abwasser fliesst dann, wie ebenfalls bekannt, über einen Sandfang 2, in dem die spezifisch schweren mineralischen Stoffe, insbesondere Sand, zur Sedimentation gebracht werden. Von hier gelangt das Abwasser zu einer Zerkleinerungsvorrichtung 4, die zweckmässig aus einem Feinrechen miteinem Rechengutzerkleinerer besteht, und in der die groben organischen Stoffe für die nachfolgende biologische Behandlung möglichst weitgehend aufgeschlossen werden.
Von der Zerkleinerungsvorrichtung 4 gelangen die Abwässer in ein Belüftungsbecken 5, in dem die biologische Reinigung des Abwassers unter Einwirkung des sich in dem Belüftungsbecken bildenden biologisch aktiven Belebtschlammes stattfindet. Das Belüftungsbecken 5 ist von bekannter Bauart.
Die Anlage wird dabei so betrieben, dass die mittlere Verweilzeit des Abwassers in dem Belüftungbecken 5 etwa 3 h beträgt. Bei diesem Vorgang bildet sich in dem Belüftungsbecken ein biologisch aktiver Belebtschlamm mit einem durch den ständigen Zufluss an frischem Abwasser bedingten Überangebot an Nährstoffen, unter dessen Einwirkung das frische Abwasser biologisch geklärt wird. Das über die Leitung 10 abfliessende Wasser-Schlamm-Gemisch gelangt in das Nachklärbecken 6, in dem der sich absetzende Belebtschlamm am Boden sammelt, während das gereinigte Wasser über die Leitung 11 zu einem Vorfluter od. dgl. abgeleitet wird.
Der in dem Nachklärbecken 6 anfallende Schlamm wird über eine Leitung 12 abgezogen und zum überwiegenden Teil als Rücklaufschlamm in das Belüftungsbecken 5 zurückgeführt, wo er somit als biologisch aktiver Belebtschlamm für die Abwasserreinigung wieder zur Verfügung steht. Ein kleinererTeilstrom gelangt als Überschussschlamm über eine Leitung 13 in ein zweites Belüftungsbecken 7 für die aerobe Schlammbehandlung.
In dem Belüftungsbecken 7, das von grundsätzlich gleicher Ausbildung wie das Belüftungsbekken 5 sein kann, werden, nunmehr bei einem Unterangebot an Nährstoffen, da keine frischen Abwässer zugeführt werden, die organischen Bestandteile des gebildeten Belebtschlammes unter gleichzeitiger Erhöhung der anorganischen Bestandteile des Schlammes so weit abgebaut, dass der Überschussschlamm des insgesamt in dem Belüftungsbecken 5 gebildeten Belebtschlammes ohne nachfolgende saure Gärung und den damit verbundenen Belästigungen abgezogen werden kann. Die Verweilzeit des Überschussschlammes in dem Belüftungsbecken 7 beträgt etwa 3 Tage.
Da jedoch der Anteil des anfallenden Überschussschlammes nur etwa 30/0 des gesamten täglichen Abwasseranfalles ist, kann das Belüftungsbecken 7 trotz der verhältnismässig langen Verweilzeit des Überschussschlammes auch bei hohem Abwasseranfall mit verhältnismässig kleinen Abmessungen gebaut werden.
Die Zuführung des Überschussschlammes zu dem Belüftungsbecken 7 erfolgt zweckmässig diskontinuierlich in Abständen von 24 h, nachdem zuvor die entsprechende Menge des bereits behandelten Schlammes über eine Leitung 13 aus dem Becken 7 in ein nachgeschaltetes Eindickbecken 8 abgezogen worden ist.
Derin dem Eindickbecken 8 anfallende Schlamm wird über eine Leitung 16 einem Schlamm-
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kann aber auch in Fässer und andere Behälter abgegeben werden. Das imdem Sandfang 2 liegt.
Die oben beschriebene biologische Stufe ist hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit so ausgelegt, dass sie bis zum doppelten Trockenwetteranfall,-TWA = Anfall an Abwasser ohne Regenwasser-, belastet werden kann. Der darüber hinaus gehende Anfall wird in einem Regenklärbecken 3 zurückgehalten und nach Beendigung des Regens der biologischen Stufe, d. h. dem Belüftungsbecken 5 über eine Leitung 18 zugeführt. Ist bei starken und anhaltenden Regengüssen das Becken 3 gefüllt, so kann das Wasser nach einer mechanischen Reinigung über eine Übereichleitung 19 abfliessen.
Zu bemerken ist noch, dass das Eindickbecken 8 maximal für einen Tagesanfall an Überschussschlamm, der nur rund 3ulo des Tagesabwasseranfalles beträgt, auszulegen ist.