CH637906A5

CH637906A5 - Reaktor fuer biologische reinigung von abwaessern.

Info

Publication number: CH637906A5
Application number: CH592279A
Authority: CH
Inventors: Svatopluk Mackrle; Vladimir Mackrle; Oldrich Dracka
Original assignee: Agrotechnika Np
Priority date: 1978-06-26
Filing date: 1979-06-25
Publication date: 1983-08-31
Also published as: GB2028790A; IT7923828A0; FR2429752A1; CS201901B1; ES481804A1; IT1121908B; GR69230B; GB2028790B; YU139479A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Reaktor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher Reaktor kann insbesondere für kleine Verunreinigungsquellen, wie Familienhäuser, Wochenendobjekte o.dgl. verwendet werden.

Bei kleinen Reaktoren für die biologische Reinigung von Wasser mit einer Leistung von wenigen Einwohnergleichwerten entstehen grosse Schwierigkeiten bei der Benutzung einer Anlage gleicher Art wie bei grösseren Reinigungsanlagen. Bei der Verkleinerung der Ausmasse der Anlage werden nämlich einige Parameter des Reaktors kritisch, einmal für die Betriebsökonomie und auch für die Betriebszuverlässigkeit. Vom Standpunkt der Betriebsökonomie wird als kritischer Wert der Verbrauch der für die Suspendierung des aktivierten Schlammes bei der Aktivierung notwendigen Energie betrachtet, bei einer gleichzeitigen Versorgung der

Aktivierung mit Sauerstoff. Vom Standpunkt des Betriebes sind insbesondere die Dimensionen der engsten Stellen in der Hydraulik des Reaktors kritisch, an denen bei kleinen Ausmassen Störungen infolge Verstopfung dieser Stellen eintreten können und eine wesentliche Ungleichmässigkeit des Durchflusses entstehen kann, die grosse Ansprüche auf das Volumen der Separierung stellt. Für die Gesamtkosten ist auch die Konstruktion des Reaktors nicht vernachlässigbar, insbesondere vom Standpunkt der Materialmasse und des Arbeitsaufwandes.

Verschiedene bisher bekannte Modelle kleiner Reaktoren haben von diesen Gesichtspunkten aus gesehen gewisse Nachteile. Bei den Reaktoren mit vertikal konzentrischem Aktivierungsraum ist die Strömung im Aktivierungsraum ungünstig vom Standpunkt des Energieverbrauches für die Suspendierung des aktivierten Schlammes. Befindet sich dabei der Eintritt in die Separierung an der Peripherie des Aktivierungsraumes, so sind die Ausmasse dieses Eingangs dermassen klein, dass es oft zu Betriebsstörungen kommt. Die seitliche Separation bei einer solchen Aktivierung ist dann wieder nicht ganz geeignet vom Standpunkt der Volu-mengrösse der Separierung bei der unentbehrlichen Neigung der Wände, und auch vom Sichtpunkt einer ungünstigen Konstruktion. Es wurde bewiesen, dass vom Sichtpunkt des Energieverbrauches für die Suspendierung eine walzenförmige Aktivierung mit einer rotierenden Bewegung der Flüssigkeit mit waagerechter Achse am geeignetesten ist. Die Zuordnung der Separierung zum Mantelteil der Walze entspricht aber entweder vollkommen dem Standpunkt des notwendigen Raumes für die Separation, oder sie bringt wesentliche Konstruktionsschwierigkeiten.

Die gezeigten Nachteile löst eine Anlage gemäss der vorliegenden Erfindung nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1.

Es ist vorteilhaft, wenn die Verbindung die Form eines Rohres hat, das in seinem unteren Teil mit Öffnungen versehen ist, und ferner, wenn oberhalb der Verbindung im Aktivierungsraum ein Schutzmantel angeordnet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch auf den beiliegenden Abbildungen dargestellt, wo

Fig. 1 den Reaktor im Querschnitt darstellt,

Fig. 2 im Grundriss und

Fig. 3 in einem senkrechten axialen Schnitt.

Der Aktivierungsraum 100 hat die Form eines kurzen liegenden walzenförmigen Behälters, der durch den Mantel 1 gebildet wird, z.B. mit einem vorteilhaften Verhältnis zwischen Durchmesser und Länge des Behälters von 2:1, der durch Stirnwände 3,3' abgeschlossen ist, an denen Separationsräume 40 und 40' anschliessen, z.B. für eine bekannte Wirbelschicht-Filtration. Die Separationsräume 40 und 40' werden einmal durch Teile der Stirnwände 3 und 3' des walzenförmigen Behälters des Aktivierungsraumes 100 und einmal durch halbtrichterförmige Mäntel 4 und 4' gebildet. Auf den Stirnwänden 3 und 3' sind die Verlängerungswände 10,10' befestigt, die den oberen Teil der Separationsräume 40,40' vergrössern. Im unteren Teil sind die Separationsräume 40 und 40' mit dem Aktivierungsraum mittels Durchgänge 5,5' verbunden.

Der Aktivierungsraum 100 ist ferner mit den Separationsräumen 40 und 40' über Kanäle 6 und 6' verbunden, deren Verbindung 7 mit dem Aktivierungsraum 100 auf der Höhe der Mitte der Stirnwände 3 und 3' liegt. Die Kanäle 6 und 6' für die Verteilung des aktivierten Gemisches in den Separationsräumen werden durch halbkreisförmige Mäntel und durch denselben gegenüberliegende Teile der Stirnwände 3 und 3' gebildet. Die Verbindung des aktivierten Gemisches

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vom Aktivierungsraum 100 in die Kanäle 6 und 6' wird z.B. durch einen im Unterteil mit Löchern 71 versehenen Rohr und durch einen höher angeordnetne Schutzmantel 9 gebildet, der im Querschnitt eine Halbkreisform hat. Zwischen den Mündungen 61,61' der Kanäle 6,6' und den Mänteln 4 und 4' werden Durchgänge 12 und 12' in die Separationsräume 40,40' gebildet, die die Kanäle 6,6' mit den Separationsräumen 40,40' verbinden und in welchen eine Änderung der Strömung der Flüssigkeit eintritt. Oberhalb der Durchgänge 12,12' sind in den Separationsräumen 40,40' Blasenfänger 11,11' angeordnet, die z.B. durch halbtrichterförmige Wände gebildet sind, die mit ihrem unteren Rand über die Durchgängen, 12' ragen. Im oberen Teil der Blasenfänger 11,11' befinden sich Entlüftungskanäle 14,14'. Die Mündungen 61,61' der Kanäle 6,6' sind mit dem Aktivierungsraum 100 durch die Durchgänge 5 und 5' verbunden. Im oberen Teil des Aktivierungsraumes 100 ist ein angetriebenes System 15 zur Aération angebracht, z.B. die sog. Kes-sener-Bürste. Daneben, in der Fortsetzung des Mantels 1, ist ein Gitter 18 gebildet. Dieses Gitter 18, Verlängerungswände 10 und die Querwand 19, siehe Fig. 2, bilden einen Fangraum 50 für grobe Verunreinigungen, in den die Zuleitung 2 des zu reinigenden Wassers mündet. Im oberen Teil der Separationsräume 40 und 40' befinden sich die Sammeltröge 16 und 16' mit der Ableitung 17 für das gereinigte Wasser. In der Nähe des Bodens des Aktivierungsraumes 100 befindet sich eine Schlamm-Ableitung 20.

Die beschriebene Anlage arbeitet folgendermassen: Das zu reinigende Wasser wird durch die Zuleitung 2 in den Fangraum 50 für grobe Verunreinigungen zugeführt, wo es über das Gitter 18 in den Aktivierungsraum 100 einfliesst. Durch das Gitter 18 werden dabei grobe Verunreinigungen, insbesondere Papier, zurückgehalten und bleiben im Fangraum 50. Das mechanische Belüftungssystem 15 mit der rotierenden Kessener-Bürste treibt im Aktivierungsraum 100 Luft in das Wasser, bringt es in rotierende Bewegung und bildet eine Turbulenz.

Die Turbulenz und rotierende Bewegung im Aktivierungsraum 100 verteilt das zugeführte Wasser in den ganzen Aktivierungsraum 100 und vermischt es mit dem anwesenden aktivierten Schlamm. Die rotierende Bewegung des Wassers im Aktivierungsraum hält dabei den aktivierten Schlamm in Schwebung und die eingetriebene Luft liefert den zur Biode-gradierung der Verunreinigungen nötigen Sauerstoff.

Die walzenförmige Form des Aktivierungsraums 100 mit einem geeigneten Verhältnis des Durchmessers zur Länge bewirkt dabei minimale Verluste der für die erwähnte rotierende Bewegung benötigten Energie. Die Turbulenz hinter dem mechanischen Belüftungssystem 15 und grössere Luftblasen, die durch dieses System in den Aktivierungsraum 100 eingetrieben werden, dringen durch das Gitter 18 in den Fangraum 50 und diese Bewegung hilft, gemeinsam mit der Biodegradierung stufenweise die zurückgehaltenen groben Verunreinigungen in kleinere Stücke zu desintegrieren, die dann durch das Gitter 18 in den Aktivierungsraum dringen können. Das Auffangen der groben Verunreinigungen ausserhalb des eigentlichen Aktivierungsraums 100 bis zum Zeitpunkt ihrer Desintegrierung beseitigt die Möglichkeit einer Verstopfung enger Stellen im hydraulischen System und trägt damit zur Erhöhung der Betriebssicherheit dieser Anlage bei.

Im Aktivierungsraum 100 wird das Wasser durch Biodegradation gereinigt, und zur Beseitigung der Teilchen des aktivierten Schlammes aus der gereinigten Flüssigkeit erfolgt eine Wirbelschicht-Filtrierung in dem Separationsraum 40, 40' mit automatischer Rückführung der im Wirbelschicht-Filter aufgefangenen Suspension zurück zur Aktivierung. Für eine störungsfreie Funktion des Wirbelschicht-Filters sind kleine Fassungsvermögen besonders kritisch und damit die

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Dimensionen für eine gleichmässige Verteilung des Aktivierungsgemisches in dem Filter und der Verbindungspassagen des hydraulischen Systems zur Rückführung der aufgefangenen Suspension von der Separation zurück in die Aktivierung in der Richtung gegen den Stromfluss von Wichtigkeit.

Die konische Form des Separationsraumes 40,40' mit einem zentralen punktförmigen Eintritt in den Filter ergibt die optimale Form und die grösstmöglichen Ausmasse dieser kritischen Verbindungspassagen, womit die Möglichkeit einer Verstopfung ausgeschlossen wird. Die Forderung der Zuverlässigkeit des hydraulischen Systems gegen eine Verstopfung wird auch durch eine extreme Ungleichmässigkeit des Durchflusses bei diesen kleinsten Teilchen der Einrichtung gesichert, und zwar in den Grenzen von Null bis zu einer mehrfachen Überlastung bei kurzzeitigen Stossanfällen.

Diese Art der Separation garantiert eine zuverlässige Funktion der Wirbelschicht-Filtration auch bei den kleinsten Anlagen für nur einige Einwohnergleichwerte, die bei diesen Anlagen eine massgebende Forderung ist.

Das Aktivierungsgemisch wird in die Separationsräume 40 und 40' von der Aktivierung in der Achse des Aktivierungsraumes 100 abgenommen, wo die Strömung eine kinetische Energie gleich Null hat, was zur Beseitigung eines störenden Einflusses der Strömung in der Aktivierung auf die richtige Funktion der Separation beseitigt. Die Ableitung des Aktivierungsgemisches durch ein mit Löchern 71 versehenes Rohr, das durch den Schutzmantel 9 bedeckt ist, vermindert weiter die Möglichkeit eines Eindringens von gröberen Verunreinigungen in die Separation. Diese Anordnung vermindert weiter die Möglichkeit einer Verstopfung der Separationshydraulik durch grobe Verunreinigungen. Das abgenommene Aktivierungsgemisch wird dann durch die Umführungska-näle 6 und 6' zu den Passagen 12,12' geleitet, in die ein Teil des Aktivierungsgemisches eintritt und wo sein abwärtsgeführter Strom in der Richtung nach oben umgekehrt wird.

Die an den Mündungen 60,61 ausgeschiedenen Blasen werden an der Umkehrung der Strömung des Aktivierungsgemisches in dem Blasenfänger 11,11' aufgefangen. Die aufgefangene Luft wird durch Entlüftungskanäle 14,14' abgeleitet. In dem konisch sich verbreiternden Separationsraum 40,40' entsteht bei der steigenden Strömung ein Wirbel-schicht-Filter, in dem das Auffangen des aktivierten Schlammes erfolgt. Das gereinigte Wasser wird durch Sammeltröge 16 und 16' durch die Ableitung 17 abgenommen. Die Überläufe der Sammeltröge 16,16' bestimmen den Wasserspiegel im Reaktor.

Die aufgefangene konzentrierte Suspension des aktivierten Schlammes kehrt durch den Eintrittsdurchgang 12,12' und durch die Durchgänge 5 und 5' zurück in den Aktivierungsraum 100. Die Strömung unterhalb der Durchgänge 12,12' wird durch den Druckunterschied im Ort der Abnahme und der Mündung des Kanals 6,6' infolge der Geschwindigkeitsunterschiede der Strömung des aktivierten Gemisches im Aktivierungsraum 100 an diesen Stellen hervorgerufen.

Die Anordnung der Separationsräume 40 und 40' an den Stirnwänden 3 und 3' des Aktivierungsraumes 100 hat ausser der Möglichkeit einer günstigen Lösung des hydraulischen Systems der Separation auch den Vorteil, dass sie die Anordnung einer Separierung mit optimalen Ausmassen sowohl vom Standpunkt des Volumens als auch vom Standpunkt der Separationsfläche ermöglicht. Die kleinsten Verunreinigungsquellen, wie z.B. Familienhäuser, grössenordnungs-mässig mit Einheiten von Äquivalent-Einwohnern zeichnen sich durch eine Ungleichmässigkeit des Durchflusses aus. Es ist deshalb notwendig, die Ausmasse des Separationsraumes 40,40' auch zum Auffangen stossartiger hydraulischer Belastungen zu dimensionieren, wie z.B. ein stossartiges Auslassen einer Badwanne o.dgl. Experimentell ist festgestellt

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worden, dass die Gefahr eines Ausschwemmens des aktivierten Schlammes in den Ablass nur dann vermieden werden kann, wenn das Volumen des Aktivierungsraumes 100 das zwei- bis dreifache des Volumens der stossartigen hydraulischen Belastung beträgt.

Diese Forderung beansprucht relativ grosse Volumen des Separationsraumes mit Rücksicht zum Volumen des Aktivierungsraumes 100, und zwar ca. 1:3. Die Zuordnung von zwei Separationsräumen 40 und 40' an den Stirnwänden 3 und 3' des walzenförmigen Aktivierungsraumes 100 ermöglicht eine einfache Konstruktion dieser Räume mit notwendigem Volumen. Dabei sind halbtrichterförmige Mäntel 4 und 4' der zugeordneten Separationsräume 40 und 40' gleichzeitig als Versteifungen der Stirnwände 3,3' des Aktivierungsraumes 100 ausgenützt.

Durch Biodegradation der Verunreinigungen entsteht im Aktiverungsraum 100 fortwährend aktivierter Schlamm. Der überflüssige aktivierte Schlamm wird deswegen periodisch vom Aktivierungsraum durch die Schlamm-Ableitung 20 abgelassen, was bei der Einstellung des Betriebes des mechanischen Belüftungssystems 15 geschieht.

Die Erfindung beschränkt sich natürlich nicht nur auf die bereits beschriebene Anlage, die lediglich ein Beispiel zeigt, sondern lässt zahlreiche Ausführungen für verschiedene Anwendungen zu, z.B. eine Einrichtung nur mit einem Separationsraum 40, eine Einrichtung mit einer anderen Belüftungsart, z.B. nach dem Prinzip einer pneumatischen oder hydraulischen Belüftung und dgl.

Der Reaktor gemäss der vorliegenden Erfindung hat zahl-s reiche Vorteile. Einer der hauptsächlichen Vorteile ist die Ausnutzung einer günstigeren Form des Aktivierungsraumes und einer Strömung in demselben hinsichtlich des Energieverbrauches.

Ein zentraler punktförmiger Eintritt in den Separations-io räum 40,40' führt zu ausreichend grossen Dimensionen der kritischen Verbindungsdurchgänge, so dass die Möglichkeit von Störungen durch Verstopfung ausgeschlossen wird. Die Überleitung von Wasser aus der Aktivierung in die Separation an den Stellen, wo die Strömung eine kleine kinetische 15 Energie besitzt, führt zur Verminderung der störenden Einwirkung der Strömung in der Aktivierung auf die Separie-rungsfunktion und dadurch zur Verbesserung derselben. Die Konstruktion ermöglicht die Bildung eines grossen Volumens der Separierung, was die Bewältigung, auch beträcht-20 licher Stösse, z.B. Entleeren einer Badewanne, ermöglicht. Die Rotationsform der Walze und der Kegel ermöglicht eine selbsttragende Schalenkonstruktion, die vom Standpunkt der Material- und Arbeitskosten sparsam ist. Dabei können die Halbkegel, die auf den Stirnwänden der Walze gebildet sind, 2s gleichzeitig als Versteifungen dienen, was eine weitere Festigkeitserhöhung der Konstruktion ermöglicht.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Reaktor für die biologische Reinigung von Abwässern, mit einem Aktivierungsraum (100) und mindestens einem Separationsraum (40,40'), bei dem das zu reinigende Wasser mit dem aktivierten Schlamm im Aktivierungsraum durch Belüftung (15) in eine rotierende Bewegung gesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Separationsraum (40,40') mit dem Aktivierungsraum (100) mittels eines Kanals (6,6') verbunden ist, dessen Verbindung (7) mit dem Aktivierungsraum (100) im Bereich des Zentrums der Rotationsbewegung der Flüssigkeit liegt und der Kanal (6,6') nach unten gerichtet ist und an seiner Mündung (61,61') Durchgänge (12,12') für die Zuleitung von Wasser mit'aktiviertem Schlamm in den Separationsraum (40,40') aufweist, welcher Raum eine sich nach oben erweiternde Form hat, wobei die Mündung (61,61') des Kanals (6,6') auch mit dem Aktivierungsraum (100) in seinem unteren Teil mittels Durchgänge (5,5') verbunden ist.

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (7) im Mittenbereich des Aktivierungsraumes (100) angeordnet ist, welcher durch einen Mantel (1) und Stirnwände (3,3') als liegender zylindrischer Behälter ausgebildet ist, der beidseits in die Kanäle (6,6') übergeht, an deren Mündungen (61,61 ' ) die Durchgänge ( 12,12 ') in die Separationsräume (40,40') anschliessen, die den Stirnwänden (3,3') zugeordnet sind und durch Mäntel (4,4') beschränkt sind.

3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der Mündung (61,61') des Kanals (6, 6') und der Durchgänge (12,12') ein Blasenfänger (11) angeordnet ist, der den Durchgang (12,12') übergreift und in seinem oberen Teil in einen Entlüftungskanal (14,14') übergeht, der oberhalb des Separationsraumes (40,40') herausgeführt ist.

4. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (7) die Form eines Rohres hat, das in seinem unteren Teil mit Öffnungen (71) versehen ist.

5. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der Verbindung (7) im Aktivierungsraum (100) ein Schutzmantel (9) angeordnet ist.

6. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Mantel (1) seitlich neben einem im Scheitel des Aktivierungsraumes (100) angeordneten mechanischen Belüftungssystem (15) unterhalb des Zuflusses (2) des zu reinigenden Wassers ein Gitter (18) angeordnet ist, das gemeinsam mit Verlängerungswänden (10) und einer Querwand (19) einen Fangraum (50) für grobe Unreinigkeiten bildet.