<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwässern, bei welchem das Abwasser chargenweise mit dem Belebtschlamm und einem sauerstoffhältigen Gas unter Druck innig gemischt und das geklärte Wasser abgetrennt wird. Das Verfahren kann auf jede Art von Abwasser angewandt werden, z. B. auf kommunales Abwasser, Abwasser der chemischen und biochemischen Industrieanlagen od. dgl.
Die Reinigung, insbesondere von kommunalen Abwässern mittels eines Belebtschlammes ist seit langem bekannt. ihren Vorteilen, die vor allem in einer hohen Reinheit des Klarwassers liegen, stehen als Nachteile vor allem der geringe Wirkungsgrad, der bei der notwendigen Belüftung des Abwassers erzielt wird und damit im Zusammenhang ein unerwünscht hoher Raum- und Energiebedarf gegenüber. Zur Behebung dieser Nachteile hat man sich in jüngster Zeit daran erinnert, dass eine Gasabsorption sehr viel schneller und wirksamer gelingt, wenn sie unter Druck ausgeführt wird. Dies ergibt sich allein schon aus den Sättigungswerten, wobei beispielsweise für Sauerstoff in Wasser der Sättigungswert bei 4, 5 atü fünfmal so hoch liegt wie bei Normaldruck.
Es wurden deshalb zahlreiche Vorschläge gemacht, den zur Durchführung der biologischen Reaktionen erforderlichen Sauerstoff dem Abwasser unter Druck zuzuführen, wobei auf der Gasseite alle Möglichkeiten von reinem Sauerstoff über eine sauerstoffangereicherte Luft bis zur atmosphärischen Luft in Betracht gezogen wurden, während auf der Wasserseite ungereinigtes Abwasser, am Rechen von groben Feststoffen befreites Abwasser, vorgeklärtes Abwasser jeweils mit und ohne Belebtschlammzusatz genannt wurden. Durch die Anwendung von Druck bei der Belüftung wurde vor allem in jenen Fällen, in denen der Belebtschlamm im zu belüftenden Abwasser bereits vorhanden war, ein Fortschritt erzielt. Der zunächst nach Durchführung der biologischen Reaktion zum überwiegenden Teil absinkende Schlamm musste aber in Nachklärbecken von dem Klarwasser getrennt werden.
Weil nun die biologische Reaktion sehr rasch verlief, während die Absetzgeschwindigkeit des Schlammes nicht gesteigert werden konnte, wurden zu einem bestimmten Reaktionsbehälter mehr und grössere Nachklärbecken benötigt, so dass der zunächst erzielte Raum- und Zeitvorteil wieder verlorenging.
Hier setzt die Erfindung ein, die es sich zur Aufgabe gestellt hat, neben den auf der Hand liegenden Vorteilen der Belüftung unter Druck im Reaktionsbehälter auch noch zusätzlich eine Verdichtung des Belebtschlammes zu erzwingen, so dass aus diesem Klarwasser abgezogen werden kann und der gesamte Belebtschlamm im Behälter verbleibt.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht im wesentlichen darin, dass ein Gemisch von Abwasser und Belebtschlamm unter überdruck und unter Rühren in einem Behälter mit Luft oder einem sauerstoffhältigen Gas behandelt wird, nach der zur biologischen Behandlung erforderlichen Zeit der Überdruck über dem Flüssigkeitsspiegel plötzlich abgelassen wird, das Gemisch eine bestimmte Zeit zwecks Flotierung des Schlammes im Behälter druckfrei belassen wird und der durch Flotation aufgeschwommene Schlamm vom gereinigten Wasser abgetrennt wird.
Auf diese Weise werden neben den bekannten Vorteilen der Biooxydation des Abwassers unter Druck auch noch die Vorteile einer ausserordentlichen Raum- und Zeitersparnis durch den Wegfall grosser Nachklärbecken erzielt.
Die Abtrennung des Schlammes vom gereinigten Wasser erfolgt in der Weise, dass das Klarwasser aus dem Druckbehälter im Freispiegelgefälle abgelassen oder dass es aus dem Behälter herausgedrückt wird, wobei der Schlamm im Behälter verbleibt.
Bei einer Ausführungsform wird der durch den Sauerstoffverbrauch der Biooxydation entstehende Druckabfall laufend ergänzt, so dass auch während des Mischvorganges, gegebenenfalls bis zur Beendigung der Bioreaktion, Luft zugeführt wird. Dabei kann das Ende der Bioreaktion leicht dadurch erkannt werden, dass im Behälter kein Druckabfall mehr eintritt.
Die Wirkung des Verfahrens wird weiterhin unterstützt, wenn gemäss einer weiteren Ausführungsform mit einem Belebtschlamm gearbeitet wird, der zufolge seines Eigengewichtes im Abwasser aufschwimmt.
Vorteilhaft wird die Erfindung in einer Vorrichtung ausgeführt, die sich dadurch auszeichnet, dass sie aus einem Druckbehälter besteht, der aus gemeinsamer Misch-, Abscheide- und Nachklärraum ausgebildet ist.
In der Zeichnung ist ein Beispiel eines solchen Druckbehälters im Schnitt schematisch dargestellt, wobei die Belebtschlammschicht und die Klarwasserschicht nach der plötzlichen Druckentlastung veranschaulicht sind.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens befindet sich unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Druckbehälter--1--die Belebtschlammschicht-2-mit ihrer unteren Schichtfläche in einem kurzen Sicherheitsabstand über der Ablaufrose--3--der Ablaufleitung-4-für das Klarwasser aus dem vorhergehenden Arbeitszyklus.
Von Hand, vorteilhafterweise jedoch von einer mit ihren Einzelheiten nicht zur Erfindung gehörigen Programmsteuerung, die im Verfahrenszyklus alle erforderlichen Steuerungen in ihrer Reihenfolge vornimmt, wird nun eine bestimmte Menge vorgeklärten Abwassers durch die Einlassleitung --5-- zufliessen gelassen, wobei gleichzeitig oder anschliessend durch Leitung-6--Pressluft bis zu einer gewünschten und geregelten Druckhöhe in den Behälter-l--gedrückt wird. Selbstverständlich können das Abwasser und die Luft oder ein anderes sauerstoffhaltiges Gas auch durch eine gemeinsame Leitung zugeführt werden.
Mit Beginn der Einspeisung von Wasser und Luft oder auch zu einem späteren Zeitpunkt, z. B. nach Beendigung der Einspeisung, wird der auf der Oberfläche der Belebtschlammschicht schwimmende
<Desc/Clms Page number 2>
Oberflächenmischer--9--oder irgendeine andere Vorrichtung zur Intensivmischung des Reaktionsgemisches in Betrieb gesetzt, wobei der Druck im Behälter wegen des Sauerstoffverbrauches durch die Bioreaktion absinken kann, soferne er nicht durch weiteres Einpressen von Luft auf seinem Niveau gehalten wird.
Ziel der innigen Durchmischung ist dabei nicht eine Schaumbildung, zu der es selbstverständlich kommt, sondern vielmehr eine rasche Erreichung der Sättigung bzw. Übersättigung des Abwassers mit Sauerstoff und eine weitgehende Dispergierung des Schlammes in dem sauerstoffreichen Abwasser, wodurch ein rascher Ablauf der Bioreaktion gewährleistet ist, so dass die Mischungsdauer in der Grössenordnung von Minuten liegt. Eine präzise Angabe ist nicht möglich, weil diese Zeitspanne ausser von Apparaturkonstanten noch von der Rührgeschwindigkeit, dem Schlamm-Abwasser-Verhältnis, dem Druck im Behälter, der Schlammaktivität, der Abwasserqualität u. a. m. abhängig ist. Durch diese Faktoren lässt sich die Mischungsdauer aber auch beeinflussen, wobei gewöhnlich Zeiten zwischen 2 und 10 min gewählt werden.
Eine Beruhigungsphase nach Beendigung der Mischphase kann besonders dann von Vorteil sein, wenn mit einem Belebtschlamm gearbeitet wird, der im Abwasser von selbst aufschwimmt und der deshalb bevorzugt wird.
Diese Beruhigungsphase oder Stehzeit kann zwischen einigen Sekunden und mehreren Minuten betragen und dient dem Zweck, eine lockere Vereinigung der Schlammflocken zu grösseren wolkigen Gebilden zu ermöglichen.
Anschliessend wird der Behälter plötzlich durch die Leitung --7-- von einem Druck entlastet, wodurch sich an sämtlichen Schlammflocken Mikrogasblasen bilden, welche die Flocken zum Aufschwimmen bringen und fast augenblicklich zu einer gut zusammenhaltenden Schicht--2--vereinen, die auf dem Klarwasser schwimmt.
Unter Absenken der Schlammschicht wird nun das Klarwasser durch die Ablaufleitung --4-- so langsam abgelassen, dass möglichst keine, die Schlammschicht störende Turbulenz eintritt.
Da sich der Belebtschlamm im Verlaufe der Bioreaktion vermehrt, muss ein Teil davon gelegentlich abgelassen werden, wozu eine Abflussleitung--8--am Behälter--l--vorgesehen sein kann.
Eine besondere Ausführungsform besteht darin, dass im Behälter--l--während des gesamten Misch- und Absetzvorganges unter dem gewünschten Druck eine Luftströmung aufrecht erhalten wird. Zu diesem Zweck weist die Abluftleitung--7--eine Einrichtung zur momentanen Entspannung, z. B. eine Klappe--9--und ein Reduzierventil auf, welch letzteres auf den für den Behälter vorgesehenen Druck eingestellt ist und das Durchströmen von Luft so lange gestattet, bis der Druck durch öffnen der Klappe momentan zusammenbricht.
Mit Vorteil wird das erfindungsgemässe Verfahren in wenigstens zwei Druckbehältern ausgeübt, die abwechselnd mit Abwasser beaufschlagt werden.
Bei der erfmdungsgemässen Vorrichtung, die im Gegensatz zu vorbekannten Vorrichtungen als Einbeckenanlage bezeichnet werden kann, entfallen die Anlage- und Betriebskosten für das Rückpumpen des Schlammes und es ergibt sich durch diese technische Vereinfachung eine zusätzliche Betriebssicherheit.
Hervorzuheben ist ferner der hohe Wirkungsgrad hinsichtlich der Sauerstoffaufnahme durch den Belebtschlamm, der für die erfindungsgemässe, intermittierend betriebene Einbeckenanlage höher liegt als für vorbekannte kontinuierlich betriebene Anlagen, weil bei letzteren in der überaus kurzen, nur Minuten dauernden Reaktionszeit wegen der Wirbelbildungen im Reaktionsgemisch ein grösserer Prozentsatz an Schlammteilchen aus der Reaktionszone abgeführt wird, ehe er mit hochprozentig sauerstoffbeladenem Abwasser in innige Berührung kommen konnte. Bei der erfindungsgemässen intermittierenden Arbeitsweise liegen diese Verhältnisse günstiger, woraus sich der höhere Wirkungsgrad ergibt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwässern, bei welchem das Abwasser chargenweise mit dem Belebtschlamm und einem sauerstoffhältigen Gas unter Druck innig gemischt und das geklärte Wasser abgetrennt
EMI2.1
und unter Rühren in einem Behälter mit Luft oder einem sauerstoffhältigen Gas behandelt wird, nach der zur biologischen Behandlung erforderlichen Zeit der Überdruck über dem Flüssigkeitsspiegel plötzlich abgelassen wird, das Gemisch eine bestimmte Zeit zwecks Flotierung des Schlammes im Behälter druckfrei belassen wird und der durch Flotation aufgeschwommene Schlamm vom gereinigten Wasser abgetrennt wird.