Anlage zur mechanisch-biologischen Reinigung von Abwasser Die Erfindung betrifft eine Anlage zur mechanisch biologischen Reinigung von Abwasser mit mindestens einer biologischen Stufe, in welcher mindestens ein in axialer Richtung durchströmbarer, als Träger aerober Organismen dienender Tauchtropfkörper in einem Trog angeordnet ist.
Bei der biologischen Abwasserreinigung werden die Schmutzstoffe im Abwasser mit Hilfe von Lebensgemein schaften aerober Mikroorganismen und Sauerstoff abge baut. Die Aerobier bilden bei Anwesenheit ausreichender Sauerstoffmengen aus den organischen Abwasser schmutzstoffen in Wasser lösliche oder gasförmige Stoffwechselprodukte und neue Zellsubstanz, die sich zu absetzbaren Flocken oder dem biologischen Rasen zusammenschliessen.
Diese aus den Flocken oder dem biologischen Rasen gebildete belebte Substanz kann den Abbau der organischen Abwasserschmutzstoffe um so günstiger gestalten und früher beenden, je enger und häufiger diese in einem sauerstoffhaltigen Milieu mit einer nicht zu grossen Menge zu assimilierende Stoffe in Kontakt gebracht wird und je schneller die Stoffwechsel produkte aus der nächsten Umgebung der Zelle entfernt werden.
Bei der biologischen Abwasserreinigung sind dement sprechend folgende Probleme auf betriebssichere und wirtschaftliche Weise zu lösen. Die Menge der den Abbau bewirkenden aerober Mikroorganismen muss der Menge und dem Verschmutzungsgrad des Abwasser angepasst werden. Die belebte Substanz muss einerseits häufig in innige Berührung mit den organischen Schmutzstoffen des Abwassers gebracht werden und andererseits eine ausreichende Menge Sauerstoff zur Assimilation zur Verfügung haben. Die beim Abbau der organischen Schmutzstoffe entstehenden Zellmassen müssen von dem biologisch gereinigten Abwasser ge trennt und beseitigt werden.
Es sind mehrere Verfahren und Vorrichtungen zur biologischen Abwasserreinigung bekannt, die jedoch gewisse Nachteile aufweisen.
Bei dem bekannten sogenannten Belebtschlammver- fahren werden dem zu reinigenden Abwasser grosse Mengen von Bakterien in Form von sogenanntem Belegtschlamm und Luftsauerstoff in Form von Druck luft oder durch kräftige Umwälzung des Beckeninhalts zugesetzt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist neben der komplizierten Kreislaufführung des Belebtschlammes, vor allen Dingen der hohe Energiebedarf für die Kreislaufführung, die intensive Mischung des Abwassers mit dem Belebtschlamm und die ausreichende Versor gung mit Sauerstoff.
Bei einem weiteren bekannten sogenannten Spültropf körperverfahren wird das Abwasser in sehr dünner Schicht über mit biologischem Rasen bewachsenen Spültropfkörpern aus Steinen, Schlackenstücken usw. gerieselt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass die Steine zu um so grösserer Höhe aufgeschichtet werden müssen, je weitgehender das Abwasser gereinigt werden muss, und dass für die Hebung und das Verteilen des Abwassers ein grosser Energiebedarf erforderlich ist. Weiter ist es sehr nachteilig, dass insbesondere bei verschlammten Tropfkörpern Kurzschlussläufe auftreten können.
Schliesslich ist ein sogenanntes Tauchtropfkörperver- fahren bekannt, bei dem die auf ein Trägermaterial gewachsene belebte Substanz abwechselnd durch das Abwasser und die Luft bewegt wird. Dabei ist es bekannt, als Tauchtropfkörper mehrere mit Abstand von einander montierte und zu einem Paket zusammengefass- te Scheiben zu verwenden. Bei diesem Verfahren werden die Scheiben stets senkrecht zur Wellenachse vom Abwasser durchströmt.
Da einerseits zu einer vollständigen Reinigung der Abwasser entsprechend den verschiedenen Stufen der Reinigung jeweils andere Organismen notwendig sind, anderseits sich aber auf den Scheiben eines Paketes nur ein einheitlicher Rasen ansetzen kann, so müssen bei diesem bekannten Verfahren zur Erzielung einer ge wünschten Reinigungswirkung mehrere Pakete hinterein- andergeschaltet werden. Bei den bekannten Verfahren wird dies durch parallele oder reihenweise Anordnung mehrerer Plattenpakete verwirklicht, wobei im letzteren Falle das Abwasser durch Trennwände, Kanäle oder dgl. von einem Paket zum anderen geführt wird. Der Aufbau dieser Anlagen wird durch die Anordnung mehrerer Pakete insbesondere für Kleinanlagen kompliziert und teuer.
Zweck vorliegender Erfindung ist es, obige Nachteile zu beseitigen und eine einfache, betriebssichere mecha- nisch-biologische Kläranlage zu schaffen, welche die Herstellungskosten und die Betriebskosten tief hält und sehr wirksam ist.
Die erfindungsgemässe Anlage zur mechanisch-biolo- gischen Reinigung von Abwasser mit mindestens einer biologischen Stufe, in welcher mindestens ein in axialer Richtung durchströmbarer, als Träger aerober Organis men dienender Tauchtropfkörper drehbar in einem Trog angeordnet ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Tauchtropfkörper schneckenförmig ausgebildet ist.
Mittels der erfindungsgemässen Anlage lassen sich ganz entscheidende Vorteile erzielen.
Einer der wesentlichen Vorteile liegt darin, dass das Abwasser nunmehr den Tauchtropfkörper in axialer Richtung durchströmt. Dabei wird der Tauchtropfkörper bereichsweise von Abwasser unterschiedlichen Reini gungsgraden umspült, so dass er sich in seiner Längsrich tung mit den für die einzelnen Reinigungsstufen jeweils erforderlichen Mikroorganismen bewachsen kann. Es lässt sich also mit der erfindungsgemässen Anlage mit einem einzigen Tauchtropfkörper praktisch eine unendli che Stufenzahl verwirklichen.
Das bedeutet, dass man im Vergleich zu den bekannten Anlagen mit kleineren bewachsenen Flächen, d.h. also mit kleineren Anlagen zur Erzielung einer gewünschten Reinigungsleistung auskommt.
Ein weiterer entscheidender Vorteil liegt in der schneckenförmigen Ausbildung des Tauchtropfkörpers. Das Abwasser befindet sich dabei vorzugsweise zwischen den Schneckenflächen, wodurch nur eine sehr geringe Antriebskraft zum Bewegen des Tauchtropfkörpers erforderlich ist. Die Schneckenflächen können durchläs sig oder undurchlässig ausgebildet sein. Im ersten Fall können die Schnecken beispielsweise aus radial aneinan- dergewickelten Wendeln oder aus perforierten Flächen bestehen. Bei der Verwendung von Wendeln zur Bildung der Schnecke lässt sich eine grosse wirksame Oberfläche zur Ansiedlung des biologischen Rasens erzielen.
Durch geeignete Wahl des Wendeldurchmessers lassen sich die Hohlräume so abstimmen, dass einerseits eine grosse Oberfläche mit guten Durchlaufeigenschaften und ande rerseits eine Selbstreinigung des Tauchtropfkörpers ge währleistet werden kann.
Zweckmässiger verwendet man jedoch undurchlässige Schneckenflächen, wobei sie gegebenenfalls zur Vergrös- serung der Fläche mit Erhebungen versehen sein können. Besonders vorteilhaft ist es, glatte oder nur leicht gerauhte Schneckenflächen vorzusehen, da diese Ausge staltung dem Tauchtropfkörper den geringsten Antriebs widerstand verleiht. Dies ist von ausschlaggebender Bedeutung, da die Betriebskosten, die wesentlich von der erforderlichen Antriebsleistung abhängen, einen entscheidenden Faktor für die Beurteilung einer Kläranlage darstellen.
Sollte die schneckenförmige Ausgestaltung des Tauchtropfkörpers allein nicht ausreichen, den anfallen den Schlamm in der Anlage zu räumen, so kann der Tauchtropfkörper an seinem äusseren Umfang mit einem zusätzlichen wendelförmigen Räumer versehen sein.
Die Steigung des wendelförmigen Räumers ist jedoch zweck- mässig wesentlich grösser als die des schneckenförmigen Tauchtropfkörpers. Je nach Grösse der Anlage kann der den Tauchtropf körper aufnehmende Trog, in Strömungsrichtung des Abwassers gesehen, vor dem Tauchtropfkörper als Vorklärbecken und nach dem Tauchtropfkörper als Nachklärbecken ausgebildet sein, wodurch sich die Kläranlage zu einer kompletten Einheit vereinigen lässt. Dabei kann gegebenenfalls unter dem Trog ein Schlamm becken eingeordnet sein.
Die erfindungsgemässe Kläranlage kann aufgrund ihrer einfachen Konstruktion preiswert hergestellt werden und zeichnet sich durch sehr gute Reinigungsleistung und ausserordentlich geringe Betriebskosten aus. Das Abwas ser kann die Einheit in natürlichem Gefälle durchströ men, so dass lediglich für die Betätigung des Tauchtropf- CD und des gegebenenfalls mit diesem verbundenen Schlammräumers Energien zum Antrieb erforderlich sind.
Beispielsweise Ausführungsformen der erfindungsge- mässen Anlage zur mechanisch-biologischen Reinigung von Abwasser werden anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 eine Kläranlage, mit Vorklärung, biologischer Stufe und Nachklärung, mit Räumer und Schlammbek- ken, wobei der schneckenförmige Tauchtropfkörper aus Wendeln gebildet ist, im Längsschnitt; Fig. 2 eine Kläranlage nach Fig. 1 in Seitenansicht; Fig.3 eine Kläranlage nach Fig. 1, jedoch ohne Schlammbecken, dafür mit Schlammschöpfer, im Längs schnitt;
Fig. 4 eine Kläranlage nach Fig. 3 in Seitenansicht. Fig.5 eine weitere Kläranlage, mit Vorklärung, bio logischer Stufe und Nachklärung, wobei der schnecken förmige Tauchtropfkörper volle Flächen aufweist, im Längsschnitt.
In Fig.l und 2 ist eine mechanisch-biologische Abwasserkläranlage dargestellt, die aus einem Trog 1 mit halbzylindrischem Boden 2, einem koaxial mit dem Trog angeordneten drehbaren Tauchtropfkörper 3, einem wendelförmigen Schlammräumer 4 und einem Faulraum 5 besteht.
Das Abwasser fliesst durch ein Einlaufrohr 6 unter einer Tauchwand 7 in ein als Vorklärbecken 8 ausgebil deten Raum vor dem Tauchtropfkörper 3. Das Abwasser gelangt dann durch den sich langsam drehenden Tauch tropfkörper 3 in den als Nachklärbecken 9 ausgebildeten Raum hinter dem Tauchtropfkörper 3 und läuft über das Ablaufrohr 10 ab.
Zur Erzielung einer möglichst grossen wirksamen Oberfläche besteht der Tauchkörper 3 aus Wendeln 11, die radial nach aussen derart aufgewickelt sind, dass sie einen schneckenförmigen Tauchtropfkörper bilden. In den Figuren sind die einzelnen Gänge 12 des schnecken förmigen Tauchtropfkörpers des der Einfachheit halber aneinander gezeichnet. Tatsächlich weisen sie jedoch einen mehr oder weniger grossen Abstand auf.
Diese Wendeln sind vorzugsweise aus einem Kunst stoffband gefertigt. Statt der aufgewickelten Wendeln können auch entsprechend perforierte und geformte Scheiben verwendet werden, die einen radialen Schnitt aufweisen, aufgebogen und jeweils mit den benachbarten Scheiben derart verbunden sind, dass sie ebenfalls einen schneckenförmigen Tauchtropfkörper bilden.
Zur Anpassung des Tauchtropfkörpers an den geforderten Reinigungsgrad und an den Grad der Verschmutzung des Abwassers kann dieser durch Ver kürzung oder Verlängerung beliebig angepasst werden. Der Schlammräumer 4 ist als eine Wendel ausgebil det, die den Boden 2 des Troges vorzugsweise vollständig bestreicht und dabei den Schlamm entgegen der Strö mungsrichtung des Abwassers durch die Öffnung in den Faulraum 5 befördert.
Der Schlammräumer 4 wird zweckmässig auf der Welle 14 des Tauchtropfkörpers 3 befestigt und ist mit letzterem starr verbunden, so dass für Schlammräumer 4 und Tauchtropfkörper 3 nur ein Antrieb 15 notwendig ist.
Es ist aber auch möglich, zur Erzielung eines besonderen Effektes den Räumer 4 lose auf der Welle 14 anzuordnen und getrennt von dem Tauchtropfkörper anzutreiben, wobei Tauchtropfkörper und Räumer ge genläufig arbeiten können. Die Fig.3 und 4 zeigen ebenfalls eine mechanisch-biologische Kläranlage, bei der der Faulraum 5 weggelassen ist und statt dessen zum Ausheben des Schlammes ein oder mehrere Schlamm schöpfer 16 am Ende des Räumers 4 vorgesehen sind, die den Schlamm in einen Schlammablaufkanal 17 heben.
Die Klärung des Abwassers in einer der biologisch mechanischen Anlagen nach den Fig. 1 bis 4 erfolgt in der Weise, dass zunächst das Abwasser durch den Zulauf 6 in das Vorklärbecken 8 gelangt, wo sich die Schwebestoffe langsam absetzen. Anschliessend durch strömt das so vorgeklärte Abwasser den Tauchtropfkör- per 3 in axialer Richtung, d.h. es wird durch die Rotation des schneckenförmigen Tauchtropfkörpers gefördert, wobei es sich teilweise in den zwischen den einzelnen Gängen vorhandenen Räumen befindet und teilweise die porösen Schneckenflächen direkt durchfliesst.
Je nach der Neigung der die Schneckenflächen bildenden radial aneinandergereihten Wendeln kann das Durchfliessen der Schneckenflächen mehr oder weniger stark sein. Auf dem sich langsam drehenden Tauchtropfkörper wächst auf der Oberfläche ein biologischer Rasen. Dieser Rasen absorbiert während des Eintauchens die im Abwasser enthaltenen organischen Schmutzstoffe, um sie zu einem Teil zu oxydieren, zum anderen Teil in Körper eigene Substanz, also im wesentlichen in neuen biologischen Rasen überzuführen. Der zur Lebensfähigkeit der Orga nismen nötige Sauerstoff wird nach dem Auftauchen von der nassen Oberfläche des biologischen Rasens von der Luft aufgenommen.
Das durch den Tauchtropfkörper fliessende Abwasser enthält einen Teil der bei diesem Prozess entstandenen Stoffwechselprodukte und den überschüssigen, ständig nachwachsenden biologischen Rasen. Dieser Schlamm setzt sich teilweise im Raum des Tauchtropfkörpers 3 und zum anderen Teil im Nachklär- becken 9 ab. Während des Prozesses entstehender Schlamm wird von dem Schlammräumer 4 kontinuierlich entgegen der Strömungsrichtung des Abwassers gefördert und gelangt entweder in den Faulraum 5 oder wird über den Schlammschöpfer 16 gehoben.
In Fig.5 ist ein weiteres sehr vorteilhaftes Ausfüh rungsbeispiel der erfindungsgemässen mechanisch-biolo- gischen Kläranlage dargestellt, die analog den in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Anlagen funktioniert. Die Anlage weist ein Ausgleichsbecken 18, eine biologische Stufe 19 mit Tauchtropfkörper 3 und ein Nachklärbecken 9, welche zu einer Einheit zusammengebaut sind.
Die ganze Anlage ist in einem Trog 1 mit halbzylindrischem Boden angeordnet, in dem das Ausgleichsbecken durch eine Wand 20 von der biologischen Stufe 19 und letztere durch eine weitere Wand 21 vom Nachklärbecken 9 getrennt sind. Trog und Wandteile können aus Beton oder aus vorzugsweise korrosionsbeständigem Blech gefertigt sein. Das Abwasser gelangt von einem nicht dargestellten Vorklärbecken über einen Zulauf 22 in das Ausgleichs becken 18, in dem es von einem rotierenden Schöpfer 23 portionsweise in eine Zulaufrinne 24 zur biologischen Stufe geschöpft wird. Der Schöpfer 23 ist starr auf der gleichen Welle 25 angeordnet, die auch den Tauchtropf körper 3 trägt und rotiert mit diesem.
Das Ausgleichs becken 18 und die Schöpfeinrichtung sind so ausgelegt, dass sie die im Normalfalle auftretenden Schwankungen im Abwasserzulauf aufzunehmen und auszugleichen vermögen, d.h. die während 24 Stunden anfallende Abwassermenge wird gepuffert und portionsweise der Tauchtropfkörperstufe zugegeben, so dass letztere immer gleich belastet ist. Bei einem zufällig auftretenden, das Fassungsvermögen des Ausgleichsbalkens übersteigenden Abwasseranfall, kann letzteres über einen Überlauf 26 direkt vom Ausgleichsraum in die biologische Stufe strömen.
Die biologische Stufe 19 wird gebildet durch den Trog 1, die beiden Wandungen 20 und 21 und durch den Tauchtropfkörper 3, der auf der Welle 25 befestigt ist, letztere wird von einem Motor 27 unter Zwischenschal tung eines Getriebes, beispielsweise eines Kettengetriebes 28, angetrieben. Der Tauchtropfkörper besteht aus einer Schnecke 29, die eine geringe Steigung aufweist. Die einzelnen Schneckenflächen sind voll, d.h. also undurch lässig, und im wesentlichen glatt ausgeführt, so dass der Tauchtropfkörper bei seiner Rotation nur einen sehr geringen Widerstand aufweist.
Zur Erhöhung der Haftfä higkeit des biologischen Rasens können die Schnecken flächen aufgerauht sein, wodurch der Widerstand des Tauchtropfkörpers nicht beeinflusst wird, da diese Aufrauhung keinesfalls grösser ist als die durch den biologischen Rasen gegebene Unebenheit. Die Schnek- kenflächen bestehen vorzugsweise aus Kunststoff.
Zwi schen Tauchtropfkörper und Tragboden wird zweckmäs- sig ein geringer Spalt frei gehalten, der einen gewissen Rücklauf des Abwassers am Rande des schneckenförmi gen Tauchtropfkörpers, also eine Zirkulation, ermög licht.
Das Abwasser wird durch den schneckenförmigen Tauchtropfkörper bei dessen Rotation gefördert, dabei kommt es mit immer neuen Schneckengängen in Berüh rung und wird kontinuierlich gereinigt. Wesentlich ist bei dieser wie auch bei den Anlagen gemäss den Fig. 1 bis 4, dass das Abwasser zwangsläufig mit neuen Schnecken gängen in Berührung kommt, die jeweils mit anderen dem Grad der Reinigung entsprechenden Mikroorganis men bewachsen sind. Das Abwasser kommt also in ein und demselben Tauchtropfkörper mit allen für eine restlose Reinigung erforderlichen Arten biologischer Mikroorganismen in Berührung.
Die Verweilzeit in der biologischen Stufe wird im vorliegenden Beispiel praktisch durch die vom Schöpfer 23 pro Zeiteinheit zugegebene Abwassermenge bestimmt, da am Auslauf nur eine letztere entsprechende Menge gereinigtes Abwasser abfliessen kann.
Um die Zirkulation in der biologischen Stufe zu verändern, kann die Umdrehungszahl pro Zeiteinheit des Tauchtropfkörpers und unter Umständen auch der Auslauf 30 aus der biologischen Stufe mittels eines Schiebers 31 gedrosselt werden. Bei erhöhter Tourenzahl des Tauchtropfkörpers ist dessen Förderleistung grösser als die durch den Schöpfer 23 bestimmte Durchsatzmen- ge pro Zeiteinheit, so dass das Abwasser dem Förderweg des Tauchtropfkörpers nicht mehr folgen kann und deshalb zwischen dem durch Tauchtropfkörper und Trog gebildeten Spalt teilweise zurückströmt,
wodurch es entweder erneut mit dem Tauchtropfkörper oder aber mit vorhergehenden Gängen des Tauchtropfkörpers in Berührung kommt und dadurch nachgereinigt wird. Der im vorliegenden Beispiel erforderliche Spalt ist bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 4 nicht erforderlich, da dort der Tauchtropfkörper durchlässig ist und somit das Abwasser im Falle eines Rückstaues direkt axial durch den Tauchtropfkörper durchtreten kann.
Aus der biologischen Stufe 19 tritt das Abwasser durch den Auslauf 30 in das Nachklärbecken 9, das durch eine Wand 32 in einen Schöpfraum 33 und das eigentliche Abklärbecken 9a unterteilt wird. Diese Anordnung ist sehr vorteilhaft, da dann nicht das ganze im Nachklärbecken befindliche Abwasser durch die Schöpfbewegung eines den abgesessenen Schlamm heben den Schöpfers 34 in Turbulenz gerät. Im eigentlichen Abklärraum 9a bleibt das Abwasser immer ungestört und der Schlamm kann sich absetzen und rutscht über den geneigten Boden 35 in den Schöpfraum 33.
Von dort wird der Schlamm, wie bereits erwähnt, mittels des Schöpfers 34, der ebenfalls starr auf der Welle des Tauchtropfkörpers befestigt ist, gehoben und in die Ablaufrinne 36 gefördert. Das nachgeklärte Abwasser läuft über den Überfall 37 in den Ablauf 38.
Die in Fig. 5 dargestellte Anlage ist insbesondere für Kleinanlagen bis zu 100 Einwohnergleichwerten, d.h. für die von Wohngemeinschaften mit insgesamt 100 Perso nen anfallende Abwassermenge, geeignet. Bei einer für 6 Einwohnergleichwerte ausgeführten Anlage wies der schneckenförmige Tauchtropfkörper bei einem Durch messer von 1000 mm 27 Gänge mit einer Steigung von 25 mm auf. Die Umdrehungszahl des Tauchtropfkörpers lag zwischen 3 bis 5 Umdrehungen pro Minute. Der Spalt zwischen Tauchtropfkörper und Trogboden betrug unge fähr 10 mm.
Der schneckenförmige Tauchtropfkörper nach Fig. 5 ist auch für Kläranlagen über 100 Einwohnergleichwerte geeignet, wobei dann kein Ausgleichsraum vorhanden ist, sondern die Zuführung und Dosierung des Abwassers von einem getrennt von der biologischen Stufe aufgestell ten Vorklärbecken erfolgt. Auch das Nachklärbecken wird in getrennter Ausführung vorgesehen.
Zu vorliegenden Ausführungsbeispielen sind zahlrei che Modifikationen möglich.
So kann der Trogboden und dementsprechend der Tauchkörper eine kegelstumpfförmige Form aufweisen, die sich je nach der gewünschten Wirkung zum Zulauf oder zum Ablauf hin verjüngern kann. Bei letzterer Ausführungsform kann auf einen Schlammräumer ver zichtet werden, da der Schlamm durch das Gefälle in Bewegung gerät und in den Faulraum wandert. Ander seits kann durch eine derartige Ausgestaltung eine Anpassung an den Verschmutzungsgrad erreicht werden, in dem beispielsweise dort, wo eine starke Verstopfungs gefahr bestehen könnte, der verjüngte Teil des Tauchkör pers angeordnet wird.
Weiter kann die Anlage geneigt aufgestellt werden, um den Schlammtransport zu bewirken oder zu erleich tern, oder aber der Tauchtropfkörper ist ähnlich dem Beispiel der Fig.5 so ausgestaltet und/oder rotiert so schnell, dass der Schlamm sich in der biologischen Stufe nicht absetzen kann, sondern ins Nachklärbecken wan dert, sich erst dort absetzt und dort beseitigt werden kann.
Die Anlage kann beispielsweise, je nach der Grösse der Anlage und den geforderten Bedingungen, auch nur mit Vorklärung oder nur mit Nachklärung oder ohne beide Einrichtungen ausgestaltet sein und verwendet werden, wobei dann Vorklärbecken oder Nachklärbecken in getrennter Ausführung vorzusehen sind.
Plant for the mechanical-biological purification of wastewater The invention relates to a plant for the mechanical-biological purification of wastewater with at least one biological stage in which at least one immersed drip through which flow can flow in the axial direction and serving as a carrier of aerobic organisms is arranged in a trough.
In biological wastewater treatment, the pollutants in the wastewater are broken down with the help of communities of aerobic microorganisms and oxygen. In the presence of sufficient amounts of oxygen, the aerobes form water-soluble or gaseous metabolic products and new cell matter from the organic waste water pollutants, which combine to form flakes that can be deposited or the biological lawn.
This living substance formed from the flakes or the biological turf can make the breakdown of organic waste water pollutants the more favorable and terminate it earlier, the closer and more often it is brought into contact with a not too large amount of substances to be assimilated in an oxygen-containing environment and the faster the metabolic products are removed from the immediate vicinity of the cell.
In biological wastewater treatment, the following problems must be solved in a reliable and economical manner. The amount of aerobic microorganisms causing the degradation must be adapted to the amount and the degree of pollution of the wastewater. The living substance must, on the one hand, often be brought into intimate contact with the organic pollutants in the waste water and, on the other hand, have a sufficient amount of oxygen available for assimilation. The cell mass produced during the breakdown of the organic pollutants must be separated from the biologically treated wastewater and disposed of.
Several methods and devices for biological wastewater treatment are known, but they have certain disadvantages.
In the well-known so-called activated sludge process, large amounts of bacteria are added to the wastewater to be cleaned in the form of so-called coated sludge and atmospheric oxygen in the form of compressed air or by vigorous circulation of the tank contents. Disadvantages of this method are, in addition to the complicated circulation of the activated sludge, above all the high energy requirements for the circulation, the intensive mixing of the wastewater with the activated sludge and the adequate supply of oxygen.
In another known so-called flushing drip body method, the wastewater is trickled in a very thin layer over flushing drip bodies made of stones, pieces of slag, etc., overgrown with biological turf. The disadvantage of this method is that the stones have to be piled up to a greater height the more extensively the wastewater has to be cleaned, and that a great deal of energy is required for lifting and distributing the wastewater. Furthermore, it is very disadvantageous that short-circuit runs can occur, particularly in the case of silted trickling filters.
Finally, a so-called immersed drip method is known in which the living substance grown on a carrier material is alternately moved through the waste water and the air. It is known to use several disks mounted at a distance from one another and combined to form a package as immersed drip bodies. With this method, the waste water always flows through the panes perpendicular to the shaft axis.
Since, on the one hand, different organisms are necessary for a complete purification of the wastewater according to the various stages of purification, but on the other hand only a uniform lawn can attach itself to the discs of a package, several packages have to be in a row in this known method to achieve a desired cleaning effect - be switched on differently. In the known methods, this is achieved by arranging several plate packets in parallel or in rows, in the latter case the wastewater is passed from one pack to the other through partition walls, channels or the like. The structure of these systems is complicated and expensive by arranging several packages, especially for small systems.
The purpose of the present invention is to eliminate the above disadvantages and to create a simple, operationally reliable mechanical-biological sewage treatment plant which keeps the manufacturing and operating costs low and is very effective.
The system according to the invention for the mechanical-biological purification of wastewater with at least one biological stage, in which at least one immersed drip body which can flow in the axial direction and which serves as a carrier of aerobic organisms is rotatably arranged in a trough, is characterized in that the immersed drip body is helical is.
By means of the system according to the invention, very decisive advantages can be achieved.
One of the main advantages is that the wastewater now flows through the immersion drip in the axial direction. In this case, the immersed drip body is in some areas washed around with wastewater of different degrees of purification, so that it can overgrowth in its longitudinal direction with the microorganisms required for the individual purification stages. With the system according to the invention it is therefore possible to implement practically an infinite number of stages with a single immersed drip.
This means that compared to the known systems with smaller overgrown areas, i.e. thus getting by with smaller systems to achieve a desired cleaning performance.
Another decisive advantage lies in the helical design of the immersed drip head. The wastewater is preferably located between the screw surfaces, which means that only a very low driving force is required to move the immersed drip. The screw surfaces can be made permeable or impermeable. In the first case, the screws can consist, for example, of radially coiled spirals or of perforated surfaces. When using spirals to form the snail, a large effective surface can be achieved for the settlement of the biological lawn.
By suitable selection of the helix diameter, the cavities can be adjusted in such a way that, on the one hand, a large surface with good flow properties and, on the other hand, self-cleaning of the immersed drip head can be guaranteed.
However, it is more expedient to use impermeable screw surfaces, it being possible for them to be provided with elevations to enlarge the surface. It is particularly advantageous to provide smooth or only slightly roughened screw surfaces, since this configuration gives the immersion drip body the least drive resistance. This is of crucial importance, since the operating costs, which depend essentially on the required drive power, represent a decisive factor for the assessment of a sewage treatment plant.
If the helical design of the immersed drip body alone is not sufficient to clear the sludge that arises in the system, the immersed drip body can be provided with an additional helical scraper on its outer circumference.
However, the slope of the helical reamer is expediently significantly greater than that of the helical immersed drip body. Depending on the size of the system, the trough accommodating the immersion drip body, viewed in the flow direction of the wastewater, can be designed as a primary clarifier in front of the immersion drip body and as a secondary clarifier after the immersion drip body, whereby the sewage treatment plant can be combined into a complete unit. If necessary, a sludge basin can be arranged under the trough.
The sewage treatment plant according to the invention can be manufactured inexpensively due to its simple construction and is characterized by very good cleaning performance and extremely low operating costs. The waste water can flow through the unit in a natural gradient, so that energies are only required to drive the immersion drip CD and the sludge scraper connected to it.
For example, embodiments of the system according to the invention for the mechanical-biological purification of waste water are described in more detail with reference to the drawings.
1 shows a sewage treatment plant with primary clarification, biological stage and secondary clarification, with scraper and sludge basin, the helical immersion drip body being formed from spirals, in longitudinal section; FIG. 2 shows a sewage treatment plant according to FIG. 1 in side view; FIG. 3 shows a sewage treatment plant according to FIG. 1, but without a sludge basin, but with a sludge scoop, in longitudinal section;
4 shows a sewage treatment plant according to FIG. 3 in side view. Fig. 5 another sewage treatment plant, with primary treatment, biological stage and secondary treatment, the spiral-shaped immersion drip body having full surfaces, in longitudinal section.
In Fig.l and 2 a mechanical-biological sewage treatment plant is shown, which consists of a trough 1 with a semi-cylindrical bottom 2, a rotatable immersed drip body 3 coaxially arranged with the trough, a helical sludge scraper 4 and a digester 5.
The wastewater flows through an inlet pipe 6 under a submersible wall 7 into a space in front of the immersion drip 3 formed as a primary clarifier 8. The waste water then passes through the slowly rotating immersion drip 3 into the space formed as a secondary clarifier 9 behind the immersion drip 3 and overflows the drain pipe 10 from.
In order to achieve the largest possible effective surface, the immersion body 3 consists of coils 11 which are wound radially outwards in such a way that they form a helical immersion drip body. In the figures, the individual courses 12 of the snail-shaped immersed drip head are drawn together for the sake of simplicity. In fact, however, they are more or less far apart.
These coils are preferably made of a plastic tape. Instead of the coiled spirals, appropriately perforated and shaped disks can also be used which have a radial section, are bent up and each connected to the adjacent disks in such a way that they also form a helical immersed drip body.
To adapt the immersion drip head to the required degree of purification and the degree of pollution of the wastewater, it can be adjusted as required by shortening or lengthening it. The sludge scraper 4 is designed as a helix, which preferably completely sweeps the bottom 2 of the trough while conveying the sludge through the opening into the digester 5 against the direction of flow of the sewage.
The sludge scraper 4 is expediently attached to the shaft 14 of the immersed drip body 3 and is rigidly connected to the latter, so that only one drive 15 is necessary for the sludge scraper 4 and immersed drip body 3.
But it is also possible, to achieve a special effect, to arrange the scraper 4 loosely on the shaft 14 and to drive it separately from the immersion drip, with immersion drip and scraper can work in opposite directions. 3 and 4 also show a mechanical-biological sewage treatment plant in which the digester 5 is omitted and instead one or more sludge scoops 16 are provided at the end of the scraper 4 for digging the sludge, which lift the sludge into a sludge drainage channel 17 .
The clarification of the wastewater in one of the biological mechanical systems according to FIGS. 1 to 4 takes place in such a way that the wastewater first passes through the inlet 6 into the primary clarifier 8, where the suspended matter slowly settles. The wastewater that has been pre-treated in this way then flows through the immersion drip head 3 in the axial direction, i.e. it is conveyed by the rotation of the worm-shaped immersed drip, some of which is located in the spaces between the individual passages and some of it flows directly through the porous screw surfaces.
Depending on the inclination of the radially lined up spirals forming the screw surfaces, the flow through the screw surfaces can be more or less strong. A biological turf grows on the surface of the slowly rotating immersion trickle. This lawn absorbs the organic pollutants contained in the wastewater during immersion in order to oxidize them in part and in part to convert them into the body's own substance, i.e. essentially in new biological lawn. The oxygen required for the viability of the organisms is absorbed by the air after surfacing from the wet surface of the biological lawn.
The wastewater flowing through the immersed drip head contains part of the metabolic products produced during this process and the excess, constantly growing biological lawn. This sludge is partly deposited in the area of the immersed drip 3 and partly in the secondary clarifier 9. Sludge produced during the process is continuously conveyed by the sludge scraper 4 against the direction of flow of the waste water and either reaches the septic chamber 5 or is lifted over the sludge scoop 16.
In FIG. 5 another very advantageous exemplary embodiment of the mechanical-biological sewage treatment plant according to the invention is shown, which functions analogously to the plants shown in FIGS. 1 to 4. The system has an equalization basin 18, a biological stage 19 with immersed drip head 3 and a secondary clarifier 9, which are assembled into one unit.
The entire system is arranged in a trough 1 with a semi-cylindrical bottom, in which the equalizing tank is separated from the biological stage 19 by a wall 20 and the latter is separated from the secondary clarifier 9 by a further wall 21. The trough and wall parts can be made of concrete or, preferably, corrosion-resistant sheet metal. The wastewater comes from a primary clarification tank, not shown, via an inlet 22 into the equalization basin 18, in which it is scooped in portions by a rotating scoop 23 into an inlet channel 24 to the biological stage. The scoop 23 is rigidly arranged on the same shaft 25 that also carries the immersion drip body 3 and rotates with it.
The equalizing basin 18 and the scooping device are designed in such a way that they are able to absorb and compensate for the fluctuations in the sewage inflow that normally occur, i.e. the amount of waste water that accumulates over the course of 24 hours is buffered and added in portions to the immersion drip stage so that the latter is always equally contaminated. In the event of a random occurrence of wastewater that exceeds the capacity of the compensating bar, the latter can flow via an overflow 26 directly from the compensating chamber into the biological stage.
The biological stage 19 is formed by the trough 1, the two walls 20 and 21 and by the immersion drip body 3, which is attached to the shaft 25, the latter is driven by a motor 27 with the interposition of a gear, for example a chain gear 28. The immersed drip body consists of a screw 29 which has a low pitch. The individual screw surfaces are full, i.e. that is, impermeable and essentially smooth, so that the immersion drip has only a very low resistance when it rotates.
To increase the adhesion of the biological turf, the snail surfaces can be roughened, which does not affect the resistance of the immersion drip, since this roughening is by no means greater than the unevenness caused by the biological turf. The screw surfaces are preferably made of plastic.
A small gap is expediently kept free between the immersion drip head and the support base, which allows a certain return of the waste water at the edge of the screw-shaped immersion drip head, that is, a circulation.
The wastewater is pumped through the worm-shaped immersed drip head as it rotates, constantly coming into contact with new worm threads and is continuously cleaned. It is essential in this as well as in the systems according to FIGS. 1 to 4 that the wastewater inevitably comes into contact with new worm gears which are each overgrown with other microorganisms corresponding to the degree of cleaning. The wastewater comes into contact with all the types of biological microorganisms required for complete cleaning in one and the same immersed trickle.
In the present example, the residence time in the biological stage is determined practically by the amount of waste water added by the scoop 23 per unit of time, since only a corresponding amount of purified waste water can flow off at the outlet.
In order to change the circulation in the biological stage, the number of revolutions per unit time of the immersed drip and possibly also the outlet 30 from the biological stage can be throttled by means of a slide 31. If the number of revolutions of the immersion drip head increases, its delivery rate is greater than the throughput rate per unit of time determined by the scoop 23, so that the waste water can no longer follow the transport path of the immersion drip head and therefore partially flows back between the gap formed by the immersion drip head and the trough,
whereby it comes into contact either again with the immersion drip head or with previous passages of the immersion drip head and is thereby cleaned. The gap required in the present example is not required in the exemplary embodiments of FIGS. 1 to 4, since the immersed drip body is permeable there and thus the waste water can pass axially directly through the immersed drip body in the event of a backwater.
From the biological stage 19, the waste water passes through the outlet 30 into the secondary clarifier 9, which is divided by a wall 32 into a suction chamber 33 and the actual clarifier 9a. This arrangement is very advantageous, since then not all of the wastewater located in the secondary clarifier gets into turbulence as a result of the scooping movement of a scoop that lifts the discharged sludge. In the actual clarification room 9a, the wastewater always remains undisturbed and the sludge can settle and slide over the inclined floor 35 into the suction chamber 33.
From there, as already mentioned, the sludge is lifted by means of the scoop 34, which is also rigidly attached to the shaft of the immersed drip head, and conveyed into the drainage channel 36. The clarified wastewater runs through the overflow 37 into the drain 38.
The system shown in Fig. 5 is particularly suitable for small systems with up to 100 population equivalents, i.e. suitable for the amount of wastewater produced by shared apartments with a total of 100 people. In a system designed for 6 population equivalents, the worm-shaped immersed drip head with a diameter of 1000 mm had 27 threads with a pitch of 25 mm. The number of revolutions of the immersed drip was between 3 to 5 revolutions per minute. The gap between the immersion drip head and the bottom of the trough was approximately 10 mm.
The screw-shaped immersed drip body according to FIG. 5 is also suitable for sewage treatment plants over 100 population equivalents, in which case there is no compensation space, but the supply and dosing of the wastewater takes place from a primary clarifier set up separately from the biological stage. The secondary clarifier will also be provided in a separate design.
Numerous modifications are possible to the present exemplary embodiments.
Thus, the trough bottom and, accordingly, the immersion body can have a frustoconical shape which, depending on the desired effect, can taper towards the inlet or the outlet. In the latter embodiment, a sludge scraper can be dispensed with, since the sludge is set in motion by the gradient and migrates into the digester. On the other hand, an adaptation to the degree of soiling can be achieved by such a configuration, in which, for example, the tapered part of the Tauchkör is arranged where there is a strong risk of clogging.
Furthermore, the system can be set up inclined to effect or facilitate the transport of sludge, or the immersed drip head is designed and / or rotates so quickly, similar to the example in FIG. 5, that the sludge cannot settle in the biological stage , but rather wanders into the secondary clarifier, only settles there and can be removed there.
For example, depending on the size of the system and the required conditions, the system can also be designed and used with only primary clarification or only with secondary clarification or without both devices, in which case the primary or secondary clarifier must be provided separately.