AT403474B - Biologische abwasserreinigungsanlage - Google Patents

Description

AT 403 474 B

Die Erfindung betrifft eine biologische Abwasserreinigungsanlage mit mindestens einer mit Bewuchsflächenkörpern für Bakterien ausgestatteten Belebungszone, die mindestens zwei Belebungsbecken umfaßt und der vorzugsweise ein Pufferbecken vorangestellt und ein Nachklärbecken nachgeordnet ist

Kläranlagen umfassen eine mechanische Vorreinigung des Abwassers, etwa durch einen Rechen oder eine Siebwand und eine anschließende Belebungszone, in der durch Sauerstoffeintragung eine aerobe Phase des Abwassers geschaffen und damit ein biologischer Reinigungsprozeß in Gang gesetzt wird, der die Reduktion von Stickstoffverbindungen zu Nitrit und zu Nitrat bewirkt. Die Sauerstoffeintragung aktiviert die Sauerstoffatmung von Bakterien im Abwasser bzw. auf Bewuchskörpern mit großer Oberfläche in dem Belebungsbecken. Erfolgt keine Sauerstoffzufuhr, dann wird das Abwasser anaerob, und es setzt bei den Bakterien die Kohlenstoffatmung ein, welche eine Denitrifikation bewirkt. In einem Nachklärbecken sammelt sich der Überschußschlamm.

Die vorgenannten Reaktionen laufen je nach Größe einer Abwasserreinigungsanlage in einem oder mehreren Becken oder in Behältern ab, die auch in Containerbauweise als Bausatz für diesen Zweck zur Verfügung stehen. Eine elektronische Steuerung schaltet die Sauerstoffeintragung zu oder ab bzw. regelt deren Ausmaß, wobei Sonden zur Analyse des Vorgangs, beispielsweise an mehreren Stellen einer Abwasserreinigungsanlage, eingesetzt werden. Es ergibt sich ein Profil des Reinigungsverlaufes nach chemischen Parametern, das der Steuerung zugeführt und als Istwerteprofil mit einem Sollwerteprofil verglichen und danach die Anlage gefahren wird.

Aus der US 5 232 582 A ist eine Kläranlage mit zwei einander nachgeordneten Tanks bekannt, wobei der erste Tank von einem Abwasserbehälter gespeist wird und einen bodenseitigen Zulauf sowie einen deckelseitigen Ablauf zum zweiten Tank aufweist, der ebenfalls von unten nach oben durchströmt wird. Der erstgenannte Tank ist permanent anaerob und der zweite Tank ist permanent aerob. Eine Klärwirkung ergibt sich im geregelten Durchlauf des Abwassers durch diese beiden Tanks.

Die Erfindung zielt darauf ab, bei einer biologischen Abwasserreinigungsanlage der eingangs beschriebenen Art Maßnahmen zu treffen, die eine Optimierung der Reinigung möglich machen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein bodenseitiger Ablauf des einen, vorgeordneten Belebungsbek-kens mit einem über den maximalen Füllstand einmündenden Zulauf des anderen nachgeordneten Belebungsbeckens und ein bodenseitiger Ablauf des nachgeordneten Belebungsbeckens über eine regelbare Pumpe mit einem über dem maximalen Füllstand einmündenden Zulauf des vorgeordneten Belebungsbeckens verbunden sind, daß das vorgeordnete Belebungsbecken einen Zulauf, vorzugsweise vom Pufferbecken und das nachgeordnete Belebungsbecken einen Ablauf zum Nachklärbecken aufweist und daß eine Steuerung vorgesehen ist, über die die Pumpe und deren Förderleistung im Wechselzyklus zum periodischen Auffüllen und anschließenden Entleeren des vorgeordneten Belebungsbeckens und zum Entleeren und anschließenden Auffüllen des nachgeordneten Belebungsbeckens in einem ständigen Kreislauf ansteuerbar ist.

Innerhalb der meist vorgesehenen Anordnung von Pufferbecken, Belegungsbecken und Nachklärbecken wird die Belebungszone zu einem Kreislauf gestaltet, der gewissermaßen ein Umfüllen des Inhaltes des vorgeordneten Beckens in das nachgeordnete und wieder zurück in das vorgeordnete Becken usw. umfaßt. Dieser Wechselzyklus wird durch die Pumpe bewirkt und hat zur Folge, daß die Bewuchsflächen mit den Bakterienkulturen einmal zur Gänze vom Abwasser überflutet und dann wieder völlig frei liegen. Sie sind daher in einer Phase gut belüftet und reduzieren daraufhin die Stickstoffverbindungen zu Nitrit und Nitrat, während sodann in der überfluteten Phase die Kohlenstoffatmung einsetzt und die Denitrifikation beginnt. Der Zyklus wiederholt sich und wird bis zur vollständigen Reinigung des Abwassers beibehalten. Durch forcierte Pumpenleistung wird vom nachgeordneten Becken mehr Abwasser dem vorgeordneten Becken zugeführt, als von diesem abfließt. Daher füllt sich dieses langsam. Sobald eine Maximummarke erreicht ist, wird die Pumpenleistung bzw. deren Fördermenge gedrosselt. Es fließt weniger Abwasser zu als ab, wodurch der Abwasserspiegel im vorgeordneten Becken sinkt. In diesen Zyklus wird vom Pufferbecken neues Abwasser eingeführt bzw. dem nachgeordneten Becken wird Abwasser entnommen, welches dann in das Nachklärbecken gelangt. Somit ist der Rückkopplungskreislauf dem normalen Durchlauf überlagert.

Es ist zweckmäßig, wenn das vorgeordnete Becken höher angeordnet ist, als das nachgeordnete, insbesondere der Boden des vorgeordneten Beckens oberhalb des max. Füllungsniveaus bzw. des Zulaufs des nachgeordneten Beckens liegt. Es fließt dann das Abwasser im Ausmaß des Durchtrittsquerschnitts in das nachgeordnete Becken (Stufenbecken). Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Steuerung mit Füllstandssensoren, insbesondere zur Signalisierung eines maximalen und eines minimalen Füllstandes mindestens im vorgeordneten Becken, verbunden ist. Bei Erreichen der Maximummarke wird der Zufluß über die Pumpe reduziert. Es kann aber im nachgeordneten Becken eine Minimummarke in analoger Weise herangezogen werden. 2

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Eine besondere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß im Ablauf des vorgeordneten Beckens ein Ventil vorgesehen ist, über welches die Abflußmenge in das nachgeordnete Becken einstellbar ist, wobei die Fördermenge der Pumpe in Abhängigkeit vom Füllstand im vorgeordneten Becken über die Steuerung größer und kleiner als die Abflußmenge einstellbar ist. Dieses Ventil wird in diesem Fall nicht unmittelbar zur Regelung des sich wiederholenden Zyklus herangezogen. Es wird jedoch durch Vergrößerung des Durchtrittsquerschnitts der Ablauf eines Zyklus beschleunigt bzw. bei Verkleinerung verlangsamt. Damit wird die Kontaktzeit innerhalb eines Zyklus bestimmt. Eine weitere sehr vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß das vorgeordnete Becken von einem Pufferbecken gespeist ist, das durch eine im wesentlichen vertikale Siebwand in zwei Zonen, nämlich eine Vorreinigungs- und eine Belebungszone, unterteilt ist, daß in der zweiten Zone ein insbesondere auf einem vertikal geführten Schwimmkörper angeordnetes Rührwerk vorgesehen ist und daß dem Antrieb des Rührwerkes eine Steuerung zur Veränderung der Drehzahl des Rührwerkes bzw. des Rührwerkzeuges und damit der Sauerstoffeintragung für einen wechselnden Zyklus einer aeroben und einer anaeroben Phase des Abwassers vorgeschaltet ist. Das Rührwerk führt Sauerstoff in die zweite Zone der Pufferkammer ein, wodurch sich bereits ein bakteriologischer Kläreffekt ergibt. Durch Ein- und Ausschalten des Rührwerkes bzw. dessen Drehzahländerung läßt sich ein Zyklus der Nitrifikation und Denitrifikation in Gang halten. Dieser Zyklus kann über die Steuerung mit dem Zyklus des nachfolgenden vorgeordneten und nachgeordneten Beckens in der Haupt-Belebungsstufe synchronisiert werden.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt. Die Figur zeigt ein Blockschaltbild für eine biologische Abwasserreinigungsanlage. Die Abwasser im Ausmaß von etwa 4- bis 5000 Einwohnergleichwerten gelangt in ein Pufferbecken 1, welches durch eine Tauchwand 2 unterteilt ist, wobei in die Tauchwand 2 ein Grobsieb 3 und ein Feinsieb 4 integriert ist. Dadurch ergibt sich eine mechanische Vorreinigung des anfallenden Abwassers. In dem hinter der Tauchwand 2 liegenden Beckenbereich ist ein Rührwerk 5 auf einem Schwimmkörper 6 mit einem Rührwerkzeug 7 vorgesehen. Der Schwimmkörper 6 ist längs einer vertikalen Stange 8 geführt. Durch das Rührwerkzeug 7, dessen Drehzahl regelbar ist, wird Sauerstoff in das Abwasser eingebracht. Die Drehzahl wird so hoch gewählt, daß Sauerstoffperlen bis zum Boden des Abwassers gelangen. Das Abwasser wird aerob. Im Abwasser befinden sich Bakterien, bei welchen dadurch die Sauerstoffatmung einsetzt und somit ein Reinigungsprozeß beginnt; Stickstoffverbindungen werden zu Nitrit und Nitrat reduziert.

Wird in einer anschließenden Phase das Rührwerk abgeschaltet oder die Drehzahl reduziert, dann ergibt sich ein Sauerstoffdefizit im Abwasser. Dieses wird anaerob. Durch das nachfließende Abwasser setzt bei den Bakterien eine Kohlenstoffatmung und somit die Denitrifikation ein. Die aeroben und anaeroben Phasen schließen periodisch aneinander.

Von dem Bereich der ersten Belebung im Pufferbecken 1 gelangt das Abwasser über eine Pumpe 9 in ein vorgeordnetes Becken 10 und sodann in ein nachgeordnetes Becken 11. In beiden Becken 10 und 11 sind Bewuchsflächenkörper 12 für Bakterienkulturen vorgesehen. Der bodenseitige Ablauf 13 des vorgeordneten Beckens 10 ist mit einem Zulauf 14 des nachgeordneten Beckens 11 verbunden. In der Verbindungsleitung ist ein Ventil 15 angeordnet, dessen Durchtrittsquerschnitt verändert werden kann.

Eine Rückkoppelung wird durch die Verbindung eines beckennahen Ablaufs 16 des nachgeordneten Beckens 11 mit Zulauf 17 des vorgeordneten Beckens 10 erreicht. Die Zuläufe 14 und 17 verfügen über eine brauseartige Verteileinrichtung für das Abwasser. In der Rückkoppiungsleitung befindet sich eine regelbare Pumpe 18.

Die Hauptbelebungszone, welche die vorgenannten Becken 10 und 11, die stufenartig übereinander angeordnet sein können, umfaßt, arbeitet wie folgt:

Das Abwasser wird zwischen den Becken 10 und 11 im Kreislauf geführt. Die Pumpe 18 arbeitet mit Nennleistung, wobei mehr Abwasser dem Becken 10 zugeführt, als von diesem abgeführt wird. Das Ventil 15 bleibt beim Ablauf des Zyklus im Durchtrittsquerschnitt unverändert. Das Becken 10 füllt sich und die bisher belüfteten Bewuchsflächen 12 werden geflutet, während sich das Becken 11 leert und die Bewuchsflächen 12a aus dem Abwasser auftauchen.

Sobald der Füllstand des Beckens 10 die Maximummarke 19 erreicht setzt eine Steuerung 20 die Pumpe 18 außer Betrieb bzw. reduziert deren Förderleistung. Dadurch fließt aus den Becken 10 mehr ab als zu. Der Pegel im Becken 10 sinkt - der Pegel im Becken 11 steigt. Die gefluteten Bewuchsflächen 12 des Beckens 10 tauchen auf während die Bewuchsfläche 12a im Becken 11 nach und nach im steigenden Abwasser verschwinden. Belüftung und Luftabschluß der Bewuchsflächen folgen somit aufeinander. Die aerobe Phase bewirkt die Nitrifizierung und die darauffolgende Denitrifizierung.

Wenn infolge der Förderleistungsreduktion der Pumpe 18 der Pegelstand im Becken 10 eine Minimummarke 21 erreicht, dann aktiviert die Steuerung 20 wieder die Pumpe 18, sodaß der Zufluß 17 die Abflußmenge im Becken 10 überwiegt. Der Kreislauf geht schneller oder langsamer vor sich, je nachdem, 3

Claims (5)

1. AT 403 474 B wie die Durchflußmenge des Ventils 15 eingestellt ist. Die Verweildauer des Abwassers in den Becken 10 bzw. 11 ist maßgebend für den Reinigungseffekt, wobei eine Optimierung nach den Kriterien der Sauerstoffzufuhr erzielt werden kann. Die Steuerung 20 ist mit Meßpunkten 22 verbunden, die z.B. in einem Reinigungsprofil den Reinigungsgrad erkennen lassen, sodaß je nach Ergebnis der Messungen über die Pumpe 9 neues Abwasser dem Kreislauf zugeführt werden kann. Biologisch gereinigtes Abwasser gelangt in ein Nachklärbecken 23, an dessen tiefster Stelle sich Überschußschlamm sammelt. Dieser wird im Wege der Rezirkulation mittels einer Pumpe 24 abgesaugt und der Vorbelebung im Pufferbecken 1 zugeführt. Das gereinigte Abwasser verläßt die Reinigungsanlage über einen Überlauf 25. Die Steuerung 20 kann durch ein Ist-Meßprofil von Meßpunkten im Zuge des Abwasserdurchlaufs durch die Anlage Abweichungen von einem Idealprofil (Soll) feststellen und auf die Parameter zur Steuerung des Belüftungszyklus zugreifen. Die Belüftung im Pufferbecken 1, die je durch das Rührwerk 5 ebenfalls abwechselnd einen aeroben und einen anaeroben Zustand bewirkt, kann mit Hilfe der Steuerung 20 mit dem Hauptbelüftungszyklus synchronisiert werden. Auch eine Steuerung des Milieus im Pufferbek-ken 1 und im Belüftungsbecken 10 in Gegenphase ist möglich. Patentansprüche 1. Biologische Abwasserreinigungsanlage mit mindestens einer mit Bewuchsflächenkörpern für Bakterien ausgestatteten Belebungszone, die mindestens zwei Belebungsbecken umfaßt und der vorzugsweise ein Pufferbecken vorangestellt und ein Nachklärbecken nachgeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein bodenseitiger Ablauf (13) des einen, vorgeordneten Belebungsbeckens (10) mit einem über den maximalen Füllstand einmündenden Zulauf (14) des anderen nachgeordneten Belebungsbeckens (11) und ein bodenseitiger Ablauf (16) des nachgeordneten Belebungsbeckens (11) über eine regelbare Pumpe (18) mit einem über dem maximalen Füllstand einmündenden Zulauf (17) des vorgeordneten Belebungsbeckens (10) verbunden sind, daß das vorgeordnete Belebungsbecken (10) einen Zulauf, vorzugsweise vom Pufferbecken (1) und das nachgeordnete Belebungsbecken (11) einen Ablauf zum Nachklärbecken (23) aufweist und daß eine Steuerung (20) vorgesehen ist, über die die Pumpe (18) und deren Förderleistung im Wechselzyklus zum periodischen Auffüllen und anschließenden Entleeren des vorgeordneten Belebungsbeckens (10) und zum Entleeren und anschließenden Auffüllen des nachgeordneten Belebungsbeckens (11) in einem ständigen Kreislaufansteuerbar ist.
2. 2. Biologische Abwasserreinigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgeordnete Becken (10) höher angeordnet ist, als das nachgeordnete (11), insbesondere der Boden des vorgeordneten Beckens (10) oberhalb des max. Füllungsniveaus bzw. des Zulaufs (14) des nachgeordneten Beckens (11) liegt.
3. 3. Biologische Abwasserreinigungsanlage nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (20) mit Füllstandssensoren (19, 22), insbesondere zur Signalisierung eines maximalen und eines minimalen Füllstandes mindestens im vorgeordneten Becken (10), verbunden ist.
4. 4. Biologische Abwasserreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Ablauf (13) des vorgeordneten Beckens (10) ein Ventil (15) vorgesehen ist, über welches die Abflußmenge in das nachgeordnete Becken (11) einstellbar ist, wobei die Fördermenge der Pumpe (18) in Abhängigkeit vom Füllstand im vorgeordneten Becken (10) über die Steuerung (20) größer und kleiner als die Abflußmenge einstellbar ist.
5. 5. Biologische Abwasserreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgeordnete Becken (10) von einem Pufferbecken (1) gespeist ist, das durch eine im wesentlichen vertikale Siebwand (2) in zwei Zonen, nämlich eine Vorreinigungs- und eine Belebungszone, unterteilt ist, daß in der zweiten Zone ein insbesondere auf einem vertikal geführten Schwimmkörper (6) angeordnetes Rührwerk (5) vorgesehen ist und daß dem Antrieb des Rührwerkes (5) eine Steuerung (20) zur Veränderung der Drehzahl des Rührwerkes bzw. des Rührwerkzeuges (7) und damit der Sauerstoffeintragung für einen wechselnden Zyklus einer aeroben und einer anaeroben Phase des Abwassers vorgeschaltet ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 4