DD235247A1 - Verfahren und einrichtung zur anaeroben abwasserreinigung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung ist anwendbar bei der biologischen Reinigung von organische Verunreinigungen enthaltendem Abwasser mit Hilfe anaerober Mikroorganismen. Das Ziel der Erfindung besteht in einer wesentlichen Erhoehung der Reinigungsleistung von anaerob arbeitenden Kleinklaeranlagen bei gleichbleibendem Beckenvolumen. Die Erhoehung der Reinigungsleistung soll ohne zusaetzlichen Energieaufwand erreicht werden. Die technische Aufgabe der Erfindung besteht in der Erhoehung der fuer den anaeroben Abbau der im Abwasser enthaltenen organischen Verunreinigungen zur Verfuegung stehenden Biomasse. Die Aufgabe wird geloest durch das erfindungsgemaesse Einbringen von Traegermaterial fuer die Besiedelung mit anaeroben Mikroorganismen in den Faulraum. Die fuer den Abbau der organischen Verunreinigungen verfuegbare Biomasse wird unter Beruecksichtigung der Konzentrationsabhaengigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit biologischer Prozesse derart erhoeht, dass im gesamten durchflossenen Faulraum immer die gleiche Abbauleistung erreicht wird. Die erfindungsgemaesse Einrichtung, bei der vorzugsweise Gewebematerial fuer zusaetzliche Besiedelungsflaechen fuer anaerobe Mikroorganismen im Faulraum verwendet wird, ist dadurch charakterisiert, dass die zusaetzlichen Bewuchsflaechen fuer die Biomasse im Wechsel in zwei unterschiedlichen Hoehen in die Faulkammer eingebaut sind.

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die erfindungsgemäße Lösung ist anwendbar bei der biologischen Reinigung von organischen Verunreinigungen enthaltendem Abwasser mit Hilfe anaerober Mikroorganismen in Kleinkläranlagen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Der Stand der Technik auf dem Gebiet der biologischen Abwasserreinigung umfaßt bereits verschiedene Verfahren zur aeroben und anaeroben Abwasserreinigung, bei denen im Reaktionsraum Mikroorganismen auf einem Trägermaterial angesiedelt werden, sowie Vorrichtungen zur Durchführung solcher Verfahren. Das Trägermaterial dient dabei dazu, um zum einen ein Ausschwemmen der Mikroorganismen mit dem behandelten Abwasser zu verhindern und zum anderen um einen möglichst guten Kontakt zwischen zu behandelndem Abwasser und Biomasse herzustellen.

Bekannt sind bereits aerobe Festbettreaktoren, sogenannte Tropfkörper, bei denen Brockenmaterial sehr grober Körnung zum Einsatz kommt.

Diese grobe Körnung ist erforderlich, um eine Verstopfung zu vermeiden, wobei allerdings oft aufwendige Maßnahmen für eine gleichmäßige Abwasserverteilung erforderlich sind.

In der DE-AS 2 550 818 wird ein aerobes Verfahren zur biologischen Vollreinigung des Abwassers beschrieben, bei dem das Abwasser zusammen mit Druckluft durch Haftkörper (Schwamm- oder Schaumstoffkörper) zur Versorgung der Biomasse hindurchgepreßt wird. Da sich die Haftkörper in den Belüftungsbehältern nach gewisser Zeit sehr stark mit Biomasse zusetzen, geht ihre Abbauleistung wegen zu geringer Sauerstoffversorgung zurück. Die Biomasse insgesamt braucht mehr Sauerstoff als durch die verlangsamte Diffusion in die tiefergelegenen Schichten der Biomasse eindringen kann.

Die DE-OS 2 418 586 beschreibt eine Einrichtung bzw. ein Verfahren zur aeroben biologischen Reinigung von Abwasser, bei dem senkrecht hängende, als Trennwände ausgebildete Gewebebahnen die Teiche kanalartig unterteilen, so daß künstliche Fließstrecken entstehen. Auf diesen Trennwänden wird sich in den sauerstoffreicheren Schichtbereichen der Wasseroberfläche ein mehr oder weniger wirksam arbeitender biologischer Rasen ausbilden. Da sich die Gewebebahnen vollständig unterhalb der Wasseroberfläche befinden, ist die Sauerstoffversorgung zur Bildung des biologischen Rasens nicht immer ausreichend, zumal die Versorgung durch besondere Luft-Wasser-Strahler unterhalb der Wasseroberfläche erfolgt und die Sauerstoffversorgung nur indirekt über das strömende Wasser erfolgt.

Bekannt ist ein anaerobes Abwasserreinigungsverfahren, bei welchem in den Reaktor als Trägermaterial für anaerobe Mikroorganismen makroporöse Stoffe mit geringem spezifischem Gewicht angeordnet werden. Mit dem Trägermaterial wird ein Wirbelbett oder ein Festbett gebildet, wobei das Abwasser von unten nach oben durch den Reaktor mit entsprechender Geschwindigkeit geleitet wird. Für den Reaktor der vorzugsweise als Rührreaktor betrieben wird, ist ein zusätzlicher Energieaufwand erforderlich.

In der AT-PS 363 871 wird eine Kläranlage zur biologischen Reinigung von Abwasser beschrieben, bestehend aus einem Rundbau mit einem Vorklärbecken, einem mit einem schwimmfähigen Festbettreaktor versehenem Becken, einem Belüftungsbecken und einem Nachklärbecken. Der aus stückigem Material bestehende Festbettreaktor soll als Haftfläche für anaerobe Mikroorganismen dienen. Das Material des Festbettreaktors ist mindestens teilweise leichter als Wasser. Es kommt vorzugsweise Blähton zur Anwendung. Das Material schwimmt auf bzw. im zu reinigenden Abwasser. Der Reaktor, der dem Belebungsbecken vorgeschaltet ist, wird in bekannter Weise von unten nach oben durchflossen.

Des weiteren ist eine Kläranlage in Weiterentwicklung der in der AT-PS 363 871 beschriebenen Lösung bekannt, welche aus einem Vorklärbecken und einem mit einem schwimmfähigen Festbettreaktor versehenen Becken, in dem eine anaerobe Reinigung erfolgt, besteht. Diesem zweiten Becken nachgeschaltet ist ein drittes Becken, in dem eine aerobe Reinigung des Abwassers erfolgt. Das dritte Becken, welches mit einem Festbettreaktor ausgestattet ist, dessen Material leichter als Wasser ist, wird von oben nach unten durchflossen.

Bei den beiden letztgenannten Lösungen für Kläranlagen zur biologischen Abwasserreinigung wird bei einem Mehraufwand an Material keine positive Energiebilanz erzielt.

Bei den bekannten technischen Lösungen mit auf dem bzw. im Abwasser schwimmenden Trägermaterial besteht die Gefahr, daß insbesondere bei geringer laminarer Strömung des zu behandelnden Abwassers durch den Reaktor die Biomasse so üppig auf dem Trägermaterial gedeiht, daß es zu einer Verstopfung des Reaktors kommt.

Das gemäß AT- 363 871 zum Abziehen des Abwassers erfindungsgemäß im schwimmenden Festbettreaktor liegende gelochte Rohr wäre funktionell beeinträchtigt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in einer wesentlichen Erhöhung der Reinigungsleistung von anaerob arbeitenden Kleinkläranlagen bei gleichbleibendem Beckenvolumen, bzw. ausgehend von gleichen Anschlußwerten einer solchen Anlage soll die erfindungsgemäße Lösung eine ökonomische Bauweise mit verringerter Behälterdimensionierung ermöglichen. Die Erhöhung der Reinigungsleistung soll ohne zusätzlichen Energieaufwand erreicht werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe der Erfindung besteht in der Erhöhung der für den anaeroben Abbau der im Abwasser enthaltenen organischen Verunreinigungen zur Verfügung stehenden Biomasse. Mit der erfindungsgemäßen Lösung soll die praktische Verweilzeit des Abwassers im Reaktor verlängert und der hydraulische Wirkungsbereich vergrößert werden.

Die Erfindung soll nicht ausschließlich beim Neubau sehr effektiv anaerob arbeitender Kleinkläranlagen anwendbar sein, sondern gleichbedeutend, ausgehend von den bereits vielfach errichteten Kleinkläranlagen, eine deren Bauweise angepaßte rationelle Rekonstruktion zwecks ihrer Leistungssteigerung ermöglichen.

Die Aufgabe wird gelöst durch das erfindungsgemäße Einbringen von Trägermaterial für die Besiedelung mit anaeroben Mikroorganismen in den Faulraum.

Das Einbringen von Trägermaterial an sich wird als bekannt gewertet.

Erfindungsgemäß wird beim Einbau der zusätzlichen Bewuchsflächen für die Mikroorganismen die Konzentrationsabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit biologischer Prozesse berücksichtigt.

Für den Abbau gleicher BSB-Konzentrationen werden mit fortschreitender Reaktionszeit ungleich größere Zeitintervalle benötigt.

Gemäß der Erfindung wird die für den Abbau verfügbare Biomasse bezogen auf den durch-flossenen Faulraum entsprechend einer Exponentialfunktion derart erhöht, daß im gesamten Faulraum immer die gleiche Abbauleistung erzielt wird.

Mit fortschreitender Reaktionszeit wird ausgehend von einem gegebenen Faulraumvolumen eine progressiv erhöhte Menge an Biomasse verfügbar gemacht.

Die wesentlich gesteigerte Reinigungsleistung wird bei gleichbleibendem Faulraumvolumen erreicht.

Der Kontakt zwischen den Bewuchsflächen und dem zu reinigenden Abwasser wird besonders intensiv gestaltet und dabei gleichzeitig die laminare Strömung des Abwassers wesentlich begünstigt, indem erfindungsgemäß eine vertikal verlaufende mäanderförmige Fließrichtung des Abwassers erzwungen wird. Die Fließrichtung des Abwassers wird so gelenkt, daß jeweils eine der Bewuchsflächen unterströmt und die in Fließrichtung nachfolgende überströmt wird. Dadurch wird ein intensiver Kontakt des zu reinigenden Abwassers mit der an den Bewuchsflächen angesiedelten Biomasse sowohl an der Vorderseite als auch an der Rückseite jeder eingebauten Bewuchsfläche garantiert. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Abwasserfließweges wird gleichzeitig eine wesentlich verlängerte praktische Verweilzeit des Abwassers im Faulraum erzielt. Das heißt, es muß kein erweiterter Faulraum durchflossen werden, um eine erhöhte Reinigungsleistung zu erreichen.

Die Verlängerung der praktischen Verweilzeit im Faulraum, welche stets die Steigerung der Reinigungsleistung begründet, wird bei gleichbleibendem Faulkammervolumen erzielt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht zum einen aus allseitig stabilisierten, starr eingebauten Bewuchsflächen und zum anderen aus überwiegend stabilisierten, teilweise flexibel gehaltenen Bewuchsflächen für anaerobe Mikroorganismen aus netzartigem, engmaschig verknüpften Gewebematerial, welches sich als widerstandsfähig gegen die Aggressivität des Abwassers erweist. Die Bewuchsflächen sind im Wechsel in zwei unterschiedlichen Höhen hintereinander, der Fließrichtung des Abwassers folgend, in den Faulraum eingebaut.

Sie sind mit einer entsprechenden Stabilisierungskonstruktion versehen, welche aus einem in seinen Breitenabmessungen der Geometrie des Reaktors entsprechenden Rahmen mit einer oder mehreren Querverstrebungen besteht.

Die Stabilisierungskonstruktionen aller Bewuchsflächen werden oberhalb des Wasserspiegels, vorzugsweise in Höhe der Oberkante der Trennwand zwischen Vorklärbecken und Faulkammer mittels einer geeigneten konstruktiven Lösung in den anaeroben Reaktionsraum eingehängt.

Insbesondere an den Längsseiten des Rahmens ist ein Seitenüberstand des Bewuchsgewebes vorgesehen, der in geeigneter Weise zwecks guter Abdichtung an die Faulraumwand angedrückt wird. Damit wird das Abwasser in die erfindungsgemäß festgelegte Fließrichtung gezwungen und andere bevorzugte Fließwege vermieden.

Bei den starr eingebauten Bewuchsflächen wird das Gewebematerial allseitig von der Stabilisierungskonstruktion umschlossen.

Dementsprechend befindet sich die Oberkante der Bewuchsfläche in diesen Fällen oberhalb des Wasserspiegels. In ihrer Länge ist die allseitig stabilisierte, starr eingebaute Bewuchsfläche so bemessen, daß eine günstige Unterströmung dieser ermöglicht wird.

Bei der in Fließrichtung folgenden Bewuchsfläche ist das Bewuchsgewebe derart in die Stabilisierungskonstruktion eingebaut, daß die Oberkante der Bewuchsfläche unterhalb des Wasserspiegels angelagert ist. Die Unterkante der Stabilisierungskonstruktion befindet sich in geringem Abstand vom Reaktorboden.

Bei dieser Bewuchsfläche schließt das Bewuchsgewebe nicht mit der Unterkante der Stabilisierungskonstruktion ab, sondern es folgt ein flexibel gehaltener Teil, der in seiner Länge so bemessen ist, daß er lose überlappend auf dem Reaktorboden aufliegt, auf welchem sich während des anaeroben Prozesses die Feinstoffe ablagern, den flexiblen Teil der Bewuchsfläche einschließen und damit eine gute Abdichtung zwischen Bodenfläche und Bewuchsfläche bewirken.

Das Abwasser wird nach Eintritt in die Faulkammer und dem Kontakt mit der ersten Bewuchsfläche, welche unterströmt wird, gezwungen, zwischen der ersten und zweiten Bewuchsfläche nach oben zu strömen, die zweite Bewuchsfläche zu überströmen, um anschließend gezwungenermaßen wieder zwischen zwei hintereinander eingebauten Bewuchsflächen nach unten zu fließen, dort in Kontakt mit der auf dem Reaktorboden abgelagerten Biomasse zu kommen und eine erneute Aufwärtsströmung zu vollführen. Das untere Ende jeder zweiten Bewuchsfläche ist flexibel gehalten und vorzugsweise in Richtung der Schlammbodenöffnung geneigt, um eine günstige Regenerierung der Anlage zu gewährleisten.

Der Schlammabzug aus der Faulkammer in das Vorklärbecken, welcher durch die Erzeugung eines hydraulischen Überdrucks im Faulraum erfolgt, wird durch das flexible, auf dem Reaktorboden lose überlappend aufliegende, untere Ende jeder zweiten Bewuchsfläche, das im abgesetzten Schlamm verankert ist, nicht behindert.

Gemäß der Aufgabe der Erfindung wird mit der erfindungsgemäßen Lösung nicht nur die Errichtung leistungsstarker Kleinkläranlagen mit geringem Reaktorvolumen gewährleistet, sondern die Erfindung ermöglicht auf rationelle Weise, anpassungsfähig an die jeweilige Reaktorgeometrie, die Rekonstruktion bereits errichteter anaerobe arbeitender Kleinkläranlagen mit dem Ziel deren Reinigungsleistung wesentlich zu erhöhen.

Ausführungsbeispiel 1

Figur 1, 2 und 2 stellen eine anaerob arbeitende, zylindrische Kleinkläranlage dar, bestehend aus der Vorklärkammer 1, der Faulkammer 2 und der Nachklärkammer 3.

Das zu reinigende Abwasser gelangt kontinuierlich durch den Zulauf 5 in die Vorklärkammer 1, in der das Absetzen der Grobstoffe 8 erfolgt. Durch die in der Trennwand 4 befindlichen Durchflußöffnungen 9 gelangt das vorgeklärte Abwasser in die Faulkammer 2, welche dem anaeroben Abbau der organischen Verunreinigungen dient. In die Faulkammer 2 sind die Bewuchsflächen 12,13 für die anaeroben Mikroorganismen derart eingebaut, daß das Abwasser die Faulkammer 2 nur in einer vertikal verlaufenden mäanderförmigen Fließrichtung durchqueren kann. Die Bewuchsflächen 12 und 13 sind mit Hilfe der Stabilisierungskonstruktion 10, 11 in unterschiedlicher Höhe in die Faulkammer eingebaut.

Die Stabilisierungskonstruktionen 10,11 bestehen aus einem Rahmen mit einer oder mehreren Querverstrebungen, werden in Höhe der Oberkante der Trennwand 4 wechselweise in gleichem Abstand zueinander mittels einer geeigneten konstruktiven Lösung in die Faulkammer eingehängt und sind in ihrer Breitenabmessung entsprechend dem kreisförmigen Grundriß jeweils dem konkreten Abstand zwischen Trennwand 4 und der Innenseite der Behälteraußenwand angepaßt. Sie werden durch geeignetes Anpressen eines ausreichenden Seitenüberstandes des Gewebes der Bewuchsflächen 12,13 gegenüber der Reaktorwand abgedichtet. Für die Bewuchsflächen 12,13 kommt vorzugsweise beständiges, engmaschig verknüpftes Material zur Anwendung.

Die Bewuchsflächen 12 sind allseitig von der Stabilisierungskonstruktion 10 umschlossen und entsprechen in ihrer Länge etwa drei Viertel der Länge der Trennwand 4.

Die Bewuchsflächen 13 sind derart in die Stabilisierungskonstruktion 11 eingebaut, daß sich ihre Oberkante unterhalb des Wasserspiegels befindet. Die Unterkante der Stabilisierungskonstruktion 11 ist in geringem Abstand vom Reaktorboden angebracht.

Die Bewuchsfläche 13 endet nicht an der Unterkante der Stabilisierungskonstruktion 11. Es schließt sich ein flexibler Teil 14 an, der lose überlappend, in Richtung des Schlammbodenabzugs geneigt, auf dem Reaktorboden aufliegt. Auf dem Reaktorboden setzen sich während des anaeroben Reinigungsprozesses die Feinstoffe 15 ab und schließen den flexiblen Teil 14 der Bewuchsflächen 13

Nachdem das zu reinigende Abwasser im Laufe der Durchquerung der Faulkammer 2 die Bewuchsflächen 12 unterströmt und die Bewuchsflächen 13 überströmt hat, gelangt es durch die in der Trennwand 5 befindlichen Durchflußöffnungen 9 in das Nachklärbecken 3, in welchem sich der Ablauf 7 befindet, über den das biologisch gereinigte Abwasser die Kleinkiäranlage verläßt.

In der Trennwand zwischen Vorklär- und Nachklärkammer erweist es sich als vorteilhaft aus statischen Gründen eine Druckausgleichsöffnung mit Rückschlagklappe 17 anzuordnen. Diese gewährleistet das gleichmäßige Füllen beider Kammern und verhindert den Schlammrücklauf von der Nachklär- in die Vorklärkammer.

Ausführungsbeispiel 2

Figur 5 und 6 zeigen eine quaderförmige Kleinkläranlage mit den gleichen konstruktiven Elementen wie die zylindrische Ausführungsform im Beispiel 1.

Der technologische Ablauf der biologischen Reinigung ist analog dem Ausführungsbeispiel 1.

In der Faulkammer 2 haben entsprechend dem in diesem Fall rechteckigen Grundriß alle Bewuchsflächen 12,13 für die anaeroben Mikroorganismen die gleiche Breitenabmessung. Die Bewuchsflächen 12,13 werden mit den entsprechenden Stabilisierungskonstruktionen 10,11 derart in die Faulkammer 2 eingebaut, daß sich die Abstände zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bewuchsflächen 12,13 bezogen auf den durchflossenen Reaktionsraum ständig verkleinern.

Claims (10)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zur aneroben Abwasserreinigung, bei welchem zur Steigerung der Reinigungsleistung die Kontaktfläche zwischen zu reinigendem Abwasser und Biomasse durch das Einbringen von zusätzlichem Trägermaterial für die anaeroben Mikroorganismen erhöht, der Kontakt zwischen Bewuchsflächen und zu reinigendem Abwasser besonders intensiv gestaltet und gleichzeitig die laminare Strömung des Abwassers begünstigt wird, gekennzeichnet dadurch, daß die für den Abbau der organischen Verunreinigungen verfügbare Biomasse bezogen auf den durchflossenen Faulraum entsprechend einer Exponentialfunktion erhöht und eine vertikal verlaufende mäanderförmige Fließrichtung des zu reinigenden Abwassers durch den Faulraum erzwungen wird.
2. 2. Einrichtung zur anaeroben Abwasserreinigung, bei der vorzugsweise Gewebematerial für zusätzliche Besiedelungsflachen für anaerobe Mikroorganismen im Faulraum verwendet wird, gekennzeichnet dadurch, daß die zusätzlichen Bewuchsflächen für die Biomasse im Wechsel in zwei unterschiedlichen Höhen in den Reaktionsraum eingebaut sind.
3. 3. Einrichtung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß wechselweise in Fließrichtung .des Abwassers zum einen die Oberkante der Bewuchsfläche oberhalb des Wasserspiegels und zum anderen die Oberkante der Bewuchsfläche unterhalb des Wasserspiegels angeordnet ist.
4. 4. Einrichtung nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Bewuchsflächen, deren Oberkante sich oberhalb des Wasserspiegels befindet, allseitig von einer Stabilisierungskonstruktion umschlossen sind.
5. 5. Einrichtung nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Bewuchsflächen, deren Oberkante sich unterhalb des Wasserspiegels befindet, nicht an der Unterkante der Stabilisierungskonstruktion enden, welche in geringem Abstand über dem Reaktorboden angeordnet ist, sondern sich ein flexibel gehaltener Teil der Bewuchsfläche anschließt.
6. 6. Einrichtung nach Punkt 5, gekennzeichnet dadurch, daß der flexibel gehaltene Teil der Bewuchsfläche lose überlappend, in Richtung der Schlammbodenöffnung geneigt auf dem Reaktorboden aufliegt.
7. 7. Einrichtung nach Punkt 4 und 5, gekennzeichnet dadurch, daß jede Bewuchsfläche an einer Stabilisierungskonstruktion befestigt ist.
8. 8. Einrichtung nach Punkt 4 und 5, gekennzeichnet dadurch, daß ein ausreichender Seitenüberstand des Bewuchsgewebes über der Stabilisierungskonstruktion vorhanden ist, der zur Abdichtung in geeigneter Weise an die gegenüberliegenden Reaktorwände angepreßt wird.
9. 9. Einrichtung nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Stabilisierungskonstruktion in für die Unterströmung durch das zu reinigende Abwasser ausreichendem Abstand über dem Reaktorboden endet.
10. 10. Einrichtung nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß jede Stabilisierungskonstruktion in geeigneter Weise in Höhe der Oberkante der Trennwand zwischen Vorklärkammer und Faulkammer in den Reaktionsraum eingehängt wird.