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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachklärung einer mit Gas gesättigten Flüssigkeit, wie z. B.
Belebtschlamm, aus dem Aerob- oder Anaeroberverfahren, vorzugsweise Vermeidung von Schlammverlusten durch Schwimmschlammbildung im Nachklärbecken, bei dem die Flüssigkeit vor dem Eintritt in das Nachklärbecken entgast wird, und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei der biologischen Abwasserbehandlung (CH-PS 623. 294 bzw. GB-PS 2 053 885) wird der Kläreffekt beeinträchtigt durch fallweise auftretende Mängel bei der Abtrennung der Schlammflocken vom geklärten Wasser, insbesondere Schwimmschlammbildung bei der Entgasung. Die die Reinigung bewirkenden Mikroorganismen geben bei aeroben und anaeroben Belebungsverfahren gasförmige Stoffwechselprodukte ab, welche im umgebenden Wasser in Lösung gehen und das Wasser mit diesen Gasen übersättigen. Diese fortlaufende Übersättigung führt zur dauernden Bildung feinster aufsteigender Gasblasen, die ein Aufschwimmen von Bakterienflocken im Nachklärbecken bewirken und das erwünschte Absetzen der Flocken behindern.
Die Folge ist ein Mitreissen feinster Flocken mit dem "geklärten Wasser" und eine Verringerung der für den Klärerfolg entscheidenden Mikroorganismenkonzentration im Reaktor. Die Verschlechterung des Kläreffektes wirkt, bis der aufgetretene Belebtschlammverlust durch den fortlaufenden Belebtschlammzuwachs wieder ergänzt wird. Bei den sich nur sehr langsam vermehrenden anaeroben Bakterien der Faulprozesse dauert es lange, bis nach einem Belebtschlammverlust wiederum die volle Abbauleistung erreicht wird. Bei Faulprozessen sind die Folgewirkungen daher erheblich schwerwiegender als die durch die blosse Faulschlammitnahme verursachte, aber nur vorübergehende Beeinträchtigung des Reinigungseffektes. Auch bei aerober Verfahrensführung ist es vorteilhaft, die Schlammflocken aus dem geklärten Wasser fernzuhalten.
Für alle Belebungsverfahren und besonders für die anaeroben ist eine möglichst vollständige Abscheidung des Belebtschlammes vom geklärten, die Kläranlage verlassenden Wasser anzustreben.
Mechanische Entgasungsverfahren sind bekannt und benötigen viel Energie. Bereits gebildete Flocken mit gutem Absetzverhalten werden zerschlagen und die Sedimentations- und Konzentrationsfähigkeit des Belebtschlammes wird verschlechtert.
Das erfindungsgemässe Verfahren hat sich zum Ziele gesetzt, mit geringem Energieaufwand flockenschonend eine auf Unterdruckentgasung beruhende Verbesserung der Flockenabscheidung zu erreichen, wobei die Druckerhöhung des zu klärenden Belebtschlammanteiles auf Umgebungsdruck eine sichere Zeitspanne für einen ungestörten Absetzvorgang bis zu einer Wiederaufsättigung durch den schwer zu unterbindenden Stoffwechsel der Bakterien gewährleistet. Erfindungswesentlich ist daher die Entgasung zwischen der Begasung und der Nachklärung. Bevor also eine neuerliche Blasenbildung auftreten kann, hat das sedimentierte Belebtschlammkonzentrat das Nachklärbecken bereits verlassen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktor mit der Begasungseinrichtung die Flüssigkeit vom ungelösten Gas getrennt und aus einer an Gasblasen und Schlamm armen Zone dem Reaktor entnommen und einer Unterdruckentgasung, insbesondere einer Unterdrucksiedung, zugeführt wird, aus welcher die entgaste Flüssigkeit nach einer Druckerhöhung dem Nachklärbecken zugeführt wird, während das bei der Entgasung freiwerdende Gas nach einer hydraulischen Verdichtung einer weiteren Verwendung bzw. der Atomsphäre zugeführt wird. Wesentliche Verfahrensmerkmale sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 angegeben.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Reaktor und dem Nachklärbecken im Flüssigkeitsstrom eine im Unterdruckbereich arbeitende Entgasungseinrichtung vorgesehen ist, an der gasseitig eine hydraulische Verdichtungseinrichtung und flüssigkeitsseitig ein Fallkanal angeschlossen sind. Weitere wesentliche Einrichtungsmerkmale sind in den Unteransprüchen 10 bis 14 angegeben.
Die Erfindung ist in den angeschlossenen Fig. 1 bis 3 beispielsweise und schematisch dargestellt. Fig. 1 zeigt eine aerobe Verfahrensführung ; Fig. 2 zeigt einen Schnitt gemäss Schnittlinie (II) in Fig. 1 oder 3 und in Fig. 3 ist eine anaerobe Verfahrensführung dargestellt.
Die erfindungsgemässe Einrichtung gemäss Fig. l besteht im wesentlichen aus einem Reaktor (1) und einem angeschalteten Nachklärbecken (2), wobei zwischen diesen beiden Einrichtungen eine Entgasungseinrichtung (3) vorgesehen ist. Das bei der Entgasungseinrichtung (3) freiwerdende Gas, das ist bei aerober Verfahrensführung hauptsächlich C02 und Stickstoff, wird durch eine vorzugsweise hydraulische Verdichtungseinrichtung (4) abgesaugt und auf Atmosphärendruck verdichtet, wo dieses Abgas dann freigesetzt werden kann. Die in der unter Unterdruck arbeitenden Entgasungseinrichtung (3) anfallende entgaste Flüssigkeit wird durch den Fallkanal (5) wieder auf atmosphärischen Druck verdichtet und in das Nachklärbecken eingeleitet, wo sich eine grobe Trennung in Belebtschlamm und geklärter Flüssigkeit durch Schwerkrafteinwirkung ergibt.
Die entgaste Flüssigkeit ist jetzt an Gasen ungesättigt, so dass die Stoffwechselprodukte der aeroben Bakterien von der Flüssigkeit absorbiert werden und diese Produkte nicht aufperlen können. Durch diese Massnahme wir das Aufschwimmen der Schlammflocken verhindert und dieselben können ungestört sedimentieren. Über den Ablauf (11) strömt in Pfeilrichtung die geklärte Flüssigkeit aus der Anlage ab. Der im Nachklärbecken (2) anfallende Belebtschlamm wird über die Rückführungsleitung (15) in den Reaktor (1) bzw. in die Umwälzleitung rückgeführt und an der höchsten Stelle mit Sauerstoff in der Begasungseinrichtung in Kontakt gebracht. Im anschliessenden Fallrohr (18) wird der Sauerstoff gelöst und zum Teil in Bläschenform mitgerissen und unter hohem hydrostatischem Druck in den Reaktorinhalt eingeführt.
Die Blasen und auch das entstehende Abgas, soweit es nicht in der Flüssigkeit gelöst wird, steigen in der Flüssigkeit auf und bewirken eine Aufströmung bzw. initiieren eine
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Umwälzbewegung im Reaktor (1), so dass der Behälterinhalt ständig durchmischt wird und sich die Schlammflocken praktisch nicht absetzen können. In der Höhe des Flüssigkeitsspiegels (19) im Reaktor (1) ist ein Schirm (6) mit angeschlossenem Steigrohr (7) vorgesehen, in welchem zumindest die meisten Gasblasen gesammelt und dem Steigrohr zugeführt werden. Diese bewirkt eine nahezu blasenfreie Flüssigkeitszone oberhalb und ausserhalb des Schirmes, die zur Entnahme der zu entgasenden Flüssigkeit aus dem Reaktor verwendet wird.
Zu diesem Zweck ist etwa tangential zum Steigrohr ausserhalb desselben ein Entnahmerrohr (8) vorgesehen, über welches die zu entgasende Flüssigkeit über die Zuführungsleitung (9) der unter Unterdruck arbeitenden Entgasungseinrichtung (3) zugeführt wird. Zur Verringerung des Unterdruckes bzw. Erleichterung der Entgasung kann im Bereich der Zuführungsleitung eine Beheizungseinrichtung (10) in Form eines Wärmetauschers vorgesehen werden, wodurch der Siededruck der zu entgasenden Flüssigkeit erhöht wird.
Zur Verdichtung des bei der Entgasung freigesetzten Gases ist eine Verdichtungseinrichtung (4) vorgesehen, die im wesentlichen aus einer Rohrleitung besteht, in welcher eine Flüssigkeit im Kreislauf geführt wird, wobei im Bereich der obersten Stelle eine Absaugeeinrichtung (20) vorgesehen ist, in welcher das unter Unterdruck stehende Gas aus der Entgasungseinrichtung (3) abgesaugt wird und durch die in der angeschlossenen Falleitung geführte Flüssigkeit wieder auf Atmosphärendruck verdichtet wird. Als Umlaufflüssigkeit kann dabei die zu reinigende Flüssigkeit (Abwasser) verwendet werden, die dann aus dem Trenngefäss (21) durch den Zulauf (12) z. B. der Rückführungsleitung (15) für den im Nachklärbecken (2) abgeschiedenen Belebtschlamm zugeführt werden kann.
Die Verwendung des zu reinigenden Wassers als Umlaufflüssigkeit ist aber nur dann sinnvoll, wenn die Temperatur des zu reinigenden Wassers tiefer als die Verfahrenstemperatur im Reaktor (1) liegt, so dass die dampfförmigen Bestandteile in der Entgasungseinrichtung (9) durch das im Kreis geführte Abwasser kondensiert werden können. Ist dies der Fall, so wird dadurch gleichzeitig die zulaufende Flüssigkeit in den Reaktor (1) auf Verfahrenstemperatur erwärmt, so dass der Kälteschock durch die relativ kalte Flüssigkeit vermieden wird. Dies wirkt sich letzten Endes in einer Beschleunigung des biologischen Verfahrens aus. Dieses Verfahren ist besonders wichtig bei der anaeroben Betriebsweise, wie sie beispielsweise in Fig. 3 dargestellt ist.
Hier gelten im wesentlichen dieselben Verfahrensschritte wie in Fig. l mit dem Unterschied, dass die Verfahrenstemperatur im Reaktor (1) bedeutend erhöht ist und etwa bei 37 liegt, wodurch die Beheizungseinrichtung (10) entfallen kann.
Hier ist es besonders wichtig, dass die zulaufende Flüssigkeit etwa die Verfahrenstemperatur im Reaktor (1) erreicht, so dass hier ein weiterer Wärmetauscher (13) im Zulauf der zu klärenden Flüssigkeit vorgesehen ist, in welchem der Ablauf der geklärten Flüssigkeit im Bereich der Umgebungstemperatur die Anlage verlassen kann.
Ein weiterer Unterschied zur Fig. 1 ist darin zu sehen, dass das Abgas aus dem Trenngefäss (21), welches Methan enthält, gesammelt wird und mit dem Gasraum des Reaktors (1) verbunden ist, so dass dieser methanhältige Gasanteil nach dessen Passieren der Begasungseinrichtung (17) dem Faulgas zugemischt werden kann.
Durch die Erfindung wird die Gasblasenbildung im Nachklärbecken für eine Zeitspanne unterdrückt, innerhalb welcher eine geregelte Schlammabsetzung erreicht wird, so dass ungewollte Schlammverluste nicht auftreten.
Etwaiger Überschussschlamm wird durch die Ableitung (22) aus dem Kreislauf entfernt.
Die verfügbare Zeitspanne für die ruhige Schwerkraftssedimentation kann durch geodätisch entsprechend tiefere und daher druckerhöhende Anordnung einer entsprechend druckfest ausgeführten Absetzeinrichtung noch weiter hinaufgesetzt werden. Da die Sättigungslöslichkeit von Gasen in Wasser proportional dem Absolutdruck zunimmt, können beide Massnahmen gemeinsam optimale Voraussetzungen für ungestörte Klärung im Nachklärbecken bieten.
Zur Aufrechterhaltung des nötigen Unterdruckes für die Entgasung wird vorzugsweise ein hydraulischer Verdichter verwendet, der als Mischkondensator wirkt. Daher braucht für den sich bei jeder Entgasung bildenden Wasserdampfanteil keine zusätzliche Verdichtungsarbeit aufgewendet zu werden. Das in Form feiner Blasen eingesaugte Gemisch aus Gas und Wasserdampf besitzt eine so grosse spezifische Oberfläche, dass schon nach kurzem Verdichtungsweg sich der Wasserdampfanteil durch Kondensation im Umwälzwasser verflüssigt und so das zur Weiterverdichtung verbleibende Gasvolumen entsprechend reduziert wird. Dies bewirkt auch eine Erwärmung des Umwälzwassers, so dass bei Verwendung von zu klärendem kalten Wasser der Kälteschock im Reaktor verkleinert werden kann.
Nach der Rückverdichtung des Gases auf Reaktordruck bzw. auf den erhöhten Nachklärbecken-Druck wird das verbleibende nicht kondensierende Gas entweder der Hauptmenge des gewonnenen Faulgases beigefügt bzw. bei aeroben Prozessen als Abgas weggeleitet.
Vorzugsweise wird als Umwälzmedium für die hydraulische Verdichtung gewöhnliches kaltes Nutzwasser
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angewärmte Nutzwasser besitzen muss. Vernünftigerweise wird der Pumpensumpf für Faulverfahren als geschlossener Behälter mit hydraulischem Verschluss (Schwanenhalsüberlauf) ausgeführt, um den in der Entgasung frei werdenden Faulgasanteil gewinnen zu können.
Die Umwälzpumpe besitzt vorzugsweise eine stufenlose Drehzahlregelung, die über einen im Entgasungsgefäss arbeitenden Schwimmer das Vakuum und damit auch den Wasserspiegel dort selbst auf annähernd konstanter Höhe hält
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Anlagen ist der Flüssigkeitsspiegel (19) höher vorzugeben, da die Strömungsverluste zu berücksichtigen sind.
PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Nachklärung einer mit Gas gesättigten Flüssigkeit, wie z. B. Belebtschlamm aus dem Aeroboder Anaerobverfahren, vorzugsweise zur Vermeidung von Schlammverlusten durch Schwimmschlammbildung im Nachklärbecken, bei dem die Flüssigkeit vor dem Eintritt in das Nachklärbecken entgast wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktor mit der Begasungseinrichtung die Flüssigkeit vom ungelösten Gas getrennt und aus einer an Gasblasen und Schlamm armen Zone dem Reaktor entnommen und einer Unterdruckentgasung, insbesondere Unterdrucksiedung, zugeführt wird, aus welcher die entgaste Flüssigkeit nach einer Druckerhöhung dem Nachklärbecken zugeführt wird, während das bei der Entgasung freiwerdende Gas nach einer hydraulischen Verdichtung einer weiteren Verwendung bzw. der Atmosphäre zugeführt wird.
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The invention relates to a method for clarifying a liquid saturated with gas, such as. B.
Activated sludge, from the aerobic or anaerobic process, preferably avoiding sludge loss due to the formation of floating sludge in the secondary clarifier, in which the liquid is degassed before entering the secondary clarifier, and a device for carrying out the method.
In the case of biological wastewater treatment (CH-PS 623, 294 or GB-PS 2 053 885), the clarification effect is impaired by occasional defects in the separation of the sludge flakes from the clarified water, in particular the formation of floating sludge during degassing. The microorganisms causing the cleaning give off gaseous metabolic products in aerobic and anaerobic activation processes, which dissolve in the surrounding water and oversaturate the water with these gases. This continuous supersaturation leads to the permanent formation of very fine rising gas bubbles, which cause bacterial flakes to float up in the secondary clarifier and prevent the desired settling of the flakes.
The result is the entrainment of the finest flakes with the "clarified water" and a reduction in the microorganism concentration in the reactor, which is decisive for the clarification success. The worsening of the clarification effect continues until the activated sludge loss is supplemented by the continuous increase in activated sludge. With the anaerobic bacteria in the digestion process, which only grow very slowly, it takes a long time before full degradation is achieved again after an activated sludge loss. In the case of digestion processes, the consequential effects are therefore considerably more serious than the effects of simply taking digestion sludge, but only temporarily impair the cleaning effect. Even with aerobic process control, it is advantageous to keep the sludge flakes away from the clarified water.
For all aeration processes and especially for the anaerobic, the complete separation of the activated sludge from the clarified water leaving the sewage treatment plant should be aimed for.
Mechanical degassing processes are known and require a lot of energy. Already formed flakes with good settling behavior are broken up and the sedimentation and concentration ability of the activated sludge is deteriorated.
The method according to the invention has set itself the goal of achieving an improved floc separation based on negative pressure degassing with low energy consumption, whereby increasing the pressure of the activated sludge fraction to be clarified to ambient pressure provides a safe period of time for an undisturbed settling process up to a re-saturation due to the metabolism, which is difficult to suppress Bacteria guaranteed. The degassing between the gassing and the secondary clarification is therefore essential to the invention. So before a new blistering can occur, the sedimented activated sludge concentrate has already left the clarifier.
The process according to the invention is characterized in that in the reactor with the gassing device, the liquid is separated from the undissolved gas and is removed from the reactor from a zone poor in gas bubbles and sludge and is fed to a vacuum degassing, in particular a vacuum boil, from which the degassed liquid after a pressure increase is fed to the secondary settling tank, while the gas released during degassing is fed to a further use or to the atmosphere after hydraulic compression. Significant procedural features are given in subclaims 2 to 8.
The device according to the invention for carrying out the method is characterized in that a degassing device operating in the vacuum region is provided between a reactor and the secondary clarifier in the liquid flow, to which a hydraulic compression device on the gas side and a drop channel on the liquid side are connected. Further essential furnishing features are specified in subclaims 10 to 14.
The invention is shown for example and schematically in the connected FIGS. 1 to 3. 1 shows an aerobic procedure; Fig. 2 shows a section along section line (II) in Fig. 1 or 3 and in Fig. 3 an anaerobic process is shown.
1 essentially consists of a reactor (1) and a connected secondary clarifier (2), a degassing device (3) being provided between these two devices. The gas released in the degassing device (3), which in the aerobic process is mainly CO 2 and nitrogen, is drawn off by a preferably hydraulic compression device (4) and compressed to atmospheric pressure, where this exhaust gas can then be released. The degassed liquid produced in the degassing device (3) working under negative pressure is compressed again to atmospheric pressure through the drop channel (5) and introduced into the secondary settling tank, where a rough separation into activated sludge and clarified liquid results from the action of gravity.
The degassed liquid is now unsaturated in gases, so that the metabolic products of the aerobic bacteria are absorbed by the liquid and these products cannot bead up. This measure prevents the mud flakes from floating up and they can sediment undisturbed. The clarified liquid flows out of the system via the outlet (11) in the direction of the arrow. The activated sludge accumulating in the secondary settling tank (2) is returned via the return line (15) to the reactor (1) or the circulation line and brought into contact with oxygen in the gassing device at the highest point. In the subsequent downpipe (18) the oxygen is dissolved and partly entrained in bubbles and introduced into the reactor contents under high hydrostatic pressure.
The bubbles and the resulting exhaust gas, insofar as it is not dissolved in the liquid, rise in the liquid and cause an upflow or initiate one
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Circulation movement in the reactor (1) so that the contents of the tank are constantly mixed and the sludge flakes can practically not settle. At the level of the liquid level (19) in the reactor (1) there is a screen (6) with a connected riser pipe (7) in which at least most of the gas bubbles are collected and fed to the riser pipe. This creates an almost bubble-free liquid zone above and outside the screen, which is used to remove the liquid to be degassed from the reactor.
For this purpose, a tapping pipe (8) is provided approximately tangentially to the riser pipe, via which the liquid to be degassed is fed via the supply line (9) to the degassing device (3) working under negative pressure. A heating device (10) in the form of a heat exchanger can be provided in the area of the feed line in order to reduce the negative pressure or to facilitate degassing, as a result of which the boiling pressure of the liquid to be degassed is increased.
To compress the gas released during degassing, a compression device (4) is provided, which essentially consists of a pipeline in which a liquid is circulated, a suction device (20) being provided in the area at the top, in which the vacuum gas is sucked out of the degassing device (3) and is compressed again to atmospheric pressure by the liquid carried in the connected downpipe. The liquid to be cleaned (waste water) can be used as the circulating liquid, which then flows out of the separation vessel (21) through the inlet (12), for. B. the return line (15) for the activated sludge separated in the secondary clarifier (2) can be supplied.
However, the use of the water to be cleaned as circulating liquid only makes sense if the temperature of the water to be cleaned is lower than the process temperature in the reactor (1), so that the vaporous components in the degassing device (9) condense through the wastewater circulated can be. If this is the case, the liquid flowing into the reactor (1) is heated to the process temperature at the same time, so that the cold shock from the relatively cold liquid is avoided. Ultimately, this results in an acceleration of the biological process. This method is particularly important in the anaerobic mode of operation, as shown for example in FIG. 3.
Essentially the same process steps apply as in FIG. 1, with the difference that the process temperature in the reactor (1) is significantly increased and is approximately 37, which means that the heating device (10) can be omitted.
It is particularly important here that the inflowing liquid reaches approximately the process temperature in the reactor (1), so that here a further heat exchanger (13) is provided in the inflow of the liquid to be clarified, in which the outflow of the clarified liquid in the region of the ambient temperature Can leave the system.
Another difference from FIG. 1 can be seen in the fact that the exhaust gas is collected from the separation vessel (21), which contains methane, and is connected to the gas space of the reactor (1), so that this methane-containing gas fraction after it has passed the fumigation device (17) can be mixed with the fermentation gas.
The invention suppresses the formation of gas bubbles in the secondary clarifier for a period of time within which regulated sludge settling is achieved, so that undesired sludge losses do not occur.
Any excess sludge is removed from the circuit by the discharge line (22).
The available period of time for calm gravity sedimentation can be increased even further by geodetically correspondingly lower and therefore pressure-increasing arrangement of a correspondingly pressure-resistant settling device. Since the saturation solubility of gases in water increases proportionally to the absolute pressure, both measures together can offer optimal conditions for undisturbed clarification in the secondary clarifier.
To maintain the vacuum required for degassing, a hydraulic compressor is preferably used, which acts as a mixing condenser. For this reason, no additional compression work needs to be carried out for the water vapor component that forms with each degassing. The mixture of gas and water vapor sucked in in the form of fine bubbles has such a large specific surface that the water vapor portion liquefies due to condensation in the circulating water after only a short compression path, thus reducing the gas volume remaining for further compression. This also causes the circulation water to be heated, so that the cold shock in the reactor can be reduced when cold water to be clarified is used.
After the gas has been recompressed to the reactor pressure or to the increased secondary clarifier pressure, the remaining non-condensing gas is either added to the main amount of the fermentation gas obtained or is carried away as waste gas in aerobic processes.
Ordinary cold process water is preferably used as the circulating medium for the hydraulic compression
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must have warmed industrial water. The pump sump for digestion processes is reasonably designed as a closed container with a hydraulic closure (gooseneck overflow) in order to be able to obtain the digester gas that is released in the degassing.
The circulating pump preferably has a stepless speed control which maintains the vacuum and thus also the water level there at an approximately constant level via a float working in the degassing vessel
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In systems, the liquid level (19) must be specified higher, since the flow losses must be taken into account.
PATENT CLAIMS 1. Process for clarifying a gas saturated liquid, such as. B. activated sludge from the aerobic or anaerobic process, preferably to avoid sludge loss due to the formation of floating sludge in the secondary settling tank, in which the liquid is degassed before entering the secondary settling tank, characterized in that the liquid is separated from the undissolved gas in the reactor with the gassing device and from one Gas bubbles and sludge-poor zone are removed from the reactor and fed to a vacuum degassing, in particular vacuum boiling, from which the degassed liquid is fed to the secondary clarifier after an increase in pressure, while the gas released during degassing is fed to a further use or the atmosphere after hydraulic compression becomes.