DD235247B1

DD235247B1 - Einrichtung zur anaeroben abwasserreinigung

Info

Publication number: DD235247B1
Application number: DD85273975A
Authority: DD
Inventors: Gottfried Voigtlaender; Hartmut Lopp; Siegfried Kuehn; Helmut Renner
Original assignee: Hochschule F Architektur U Bau
Priority date: 1985-03-11
Filing date: 1985-03-11
Publication date: 1987-11-18
Also published as: IT8667187A0; CH670446A5; AT393676B; DD235247A1; IT1203548B; ATA357185A; DE3607520A1

Description

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die erfindungsgemäße Lösung ist anwendbar bei der biologischen Reinigung von organische 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 aneroben Abwasserreinigung sowie dazugehörige Einrichtungen, bei denen im Reaktionsraum Mikroorganismen auf einem Trägermaterial angesiedelt werden. 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 eine Reihe von aeroben Verfahren und Einrichtungen:

— bekannt sind 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,

— bekannt ist nach DE-AS 2550818 ein aerobes Verfahren zur biologischen Vollreinigung des Abwassers, bei dem das Abwasser zusammen mit Druckluft durch Haftkörper (Schwemm- 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,

— bekannt ist nach DE-OS 2418586 ein Verfahren bzw. eine Einrichtung 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 sauerstoff reicheren 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 onterhalb der Wasseroberfläche erfolgt und die Sauerstoffversorgung nur indirekt über das strömende Wasser realisiert wird.

Allen aeroben Verfahren und Einrichtungen ist bei einer relativ hohen Reinigungsleistung als wesentlicher Nachteil — neben den bereits dargelegten — eigen, daß der als Oxidationsmittel erforderliche freie Sauerstoff in aller Regel von außen mittels technischer Einrichtungen, die mit Fremdenergie angetrieben werden, zugeführt werden muß. Bekannt sind eine Reihe von anaeroben Verfahren und Einrichtungen:

— bekannt ist ein anaerobes Verfahren, bei dem indem 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,

— bekannt ist nach AT-PS 363871 eine Kläranlage zur biologischen Reinigung von Abwasser, 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 — vorzugsweise kommt 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,

— bekannt ist in Weiterentwicklung der in AT-PS 363871 beschriebenen Lösung eine Kläranlage, die 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.

Allen anaeroben Abwasserreinigungsanlagen ist der Nachteil von relativ geringen Reinigungsleistungen bei praktisch akzeptablen Aufenthaltszeiten des zu reinigenden Abwassers eigen. Ursache dafür ist vor allem der zeitbezogene exponentiell Abfall des Substratabbaus in Fließrichtung des Abwassers.

Darüber hinaus besteht bei den bekannten technischen Lösungen zur anaeroben Abwasserreinigung mit auf dem bzw. im Abwasser schwimmendem Trägermaterial 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-363871 zum Abziehen des Abwassers erfindungsgemäß im schwimmenden Festbettreaktor liegende gelochte Rohr wäre funktionell beeinträchtigt.

Bei den beiden letztgenannten bekannten Lösungen zur anaeroben Abwasserreinigung wird trotz des Mehraufwandes an Material keine positive Energiebilanz erzielt. Eine Übertragung der von aeroben Verfahren bekannten Prinzipien zur Erhöhung der Reinigungsleistung auf anaerobe Verfahren ist aus dem Fachmann geläufigen Gründen objektiv nicht möglich.

Ziel der Erfindung

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

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe der Erfindung besteht in einer Veränderung des exponentiell abfallenden Substratabbaus in Fließrichtung des Abwassers durch Erhöhung der für den anaeroben Abbau der im Abwasser enthaltenen organischen Verunreinigungen zur Verfugung stehenden Biomasse. Mit der erfindungsgemäßen Lösung soll die praktische Verweilzeit des Abwassers im Reaktor verlängert und der hydraulische Wirkungsbereich erhöht werden. Die Erfindung soll nicht ausschließlich beim Neubau sehr effektiv anaerob arbeitender Kleinkläranlagen anwendbar sein, sondern gleichfalls — ausgehend von den bereits vielfach errichteten Kleinkläranlagen — eine deren Bauweise angepaßte rationelle Rekonstruktion zu ihrer Leistungssteigerung ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Einrichtung zur anaeroben Abwasserreinigung mit zusätzlichen Besiedlungsflächen für anaerobe Mikroorganismen im Faulraum — vorzugsweise am Gewebematerial, bei der die zusätzlichen Besiedlungsflächen für die erhöhte Biomasse im Faulraum in exponentiell verdichteter oder exponentiell flächenmäßiger Vergrößerung der Einbauten in Fließrichtung angeordnet sind. Das zu klärende Abwasser durchläuft dadurch in Fließrichtung nacheinander Bereiche mit unterschiedlicher Biomassekonzentration, wobei die Biomasse in Fließrichtung so erhöht wird, wie der Substratabbau zeitbezogen ohne diese Erhöhung nach dem bekannten Zusammenhang

S(t) = SE + (S₂-SE)-e-^kTS_Rt (1)

abnimmt.

Dabei bedeuten:

S (t) —Substratgehalt in Abhängigkeit von der Atffenthaltszeitt

Sz —Substratgehalt im Zulauf des Faulraumes

Se —Substratgehalt im Ablauf des Faulraumes bei einer Verweilzeit t—» oo (bei anaerobem Abbau 20%...30% von Sz)

к —Reaktionsgeschwindigkeitsbeiwert des Abwassers

TSr — Biomasse

Damit erhält der ursprünglich exponentiell verlaufende Substratabbau einen linearen Verlauf.

- (S₇ - SU)

s _{(ѣ) =} ZJL . t ₊ s_z β)

wobei

t_E — die Zeit ist, nach der mit dem linearen Verlauf Se erreicht wird.

Wird (2) in (1) eingesetzt und nach TS_R aufgelöst, folgt

- la ^Γ - (S₂-S₅) -I- + S_z - S_E 7 + m (S₂-Sj₁) ₍₃₎

к . t

womit im ersten Schritt die Gesamtbiomasse und im zweiten Schritt deren Verteilung im Faulraum bestimmbar ist.

Die zusätzlichen Besiedlungsflächen, die von Stabilisierungskonstruktionen getragen werden und die mit Hilfe geeigneter konstruktiver Lösungen in den Faulraum eingehängt werden, sind in zwei unterschiedlichen Höhen im Faulraum angeordnet, und zwar derart, daß in Fließrichtung des Abwassers im Wechsel zum einen die Oberkante der Besiedlungsfläche oberhalb und zum anderen die Oberkante der folgenden Besiedlimgsfiäche unterhalb des Wasserspiegels angeordnet sind.

Dabei endet die Besiedlungsfläche, deren Oberkante sich unterhalb des Wasserspiegels befindet, nicht an der Unterkante der Stabilisierungskonstruktion, die in geringem Abstand über dem Faulraumboden angeordnet ist, sondern es schließt sich ein flexibel gestalteter Teil der Besiedlungsfläche an, der lose überlappend in Richtung der Schlammabzugsraum geneigt auf dem Faulraumboden aufliegt.

An den Längsseiten der Stabilisierungskonstruktion sichert ein ausreichender Überstand der Besiedlungsflächen über die Stabilisierungskonstruktion hinaus die notwendige seitliche Abdichtung, indem die überstehenden Teile der Besiedlungsflächen durch das Abwasser an die Faulraumwände gepreßt werden.

Das zu reinigende Abwasser wird nach Eintritt in den Faulraum und Kontakt mit der ersten Besiedlungsfläche, welche unterströmt wird, anschließend gezwungen, zwischen der ersten und der zweiten Besiedlungsfläche nach oben zu strömen, die zweite Besiedlungsfläche zu überströmen, um anschließend gezwungenermaßen wieder zwischen zwei eingebauten Besiedlungsflächen nach unten zu fließen usw. Die seitlichen Überstände der Besiedlungsflächen dichten die Besiedlungsflächen gegenüber den Faulraumwänden, die flexiblen Teile der überströmten Besiedlungsflächen dichten die Besiedfungsflächen gegenüber dem Faulraumboden ab und unterstützen so die erzwungene vertikal verlaufende, mäanderförmige Fließrichtung des Abwassers. Die flexiblen Teile der überströmten Besiedlungsflächen ermöglichen gleichzeitig die günstige Regenerierung der Anlage, wobei der Schlammabzug aus dem Faulraum in das Vorklärbecken durch Erzeugung eines hydraulischen Überdrucks im Faulraum erfolgt.

Durch die erfindungsgemäße Einrichtung, wird eine wesentlich verlängerte praktische Verweilzeit des Abwassers im Faulraum erzielt, wird eine wesentlich gesteigerte Reinigungsleistung bei gleichbleibendem Faulraumvolumen erreicht. Die erfindungsgemäße Lösung ist sowohl für den Neubau als auch für die Rekonstruktion bestehender Kleinkläranlagen möglich.

Ausführungsbeispiet

Die erfindungsgemäße Einrichtung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 und Fig. 2: Längs- und Querschnitt durch eine quaderförmige Kleinkläranlage Fig. 3 bis Fig. 5: Längs- und Querschnitt durch eine zylindrische Kleinkläranlage Die quaderförmige Kleinkläranlage besteht aus der Vorklärkammer 1, der Faulkammer (Faulraum) 2 und der Nachklärkammer 3, wobei Vorklärkammer 1 und Faulkammer 2 durch eine Trennwand 4 und Faulkammer 2 und Nachklärkammer 3 durch eine Trennwand 5 getrennt sind.

Das zu klärende Abwasser tritt durch die Eingangsöffnung 6 in die Vorklärkammer 1, in der sich die Grobstoffe 7 absetzen. Durch die in der Trennwand 4 befindlichen Durchflußöffnungen 8 gelangt das vorgeklärte Abwasser in die Faulkammer 2, die dem anaeroben Abbau der organischen Verunreinigungen dient. In die Faulkammer 2 sind Besiedlungsflächen 9 und 10 auf Stabilisierungskonstruktionen %% in zwei unterschiedlichen Höhen eingehängt — einmal befindet sich die Oberkante der Besiedlungsfläche über (Besiedlungsflächen 9) einmal unter (Besiedlungsflächen 10) dem Wasserspiegel, so daß das Abwasser die Faulkammer 2 nur in einer vertikal verlaufenden, mäanderförmigen Fließrichtung durchströmen kann. Die Besiedlungsflächen 9 und 10 sind gegen die Seitenwände der Faulkammer 2 mit überstehenden Besiedlungsflächenteilen 12 abgedichtet. Die Besiedlungsflächen, deren Oberkanten sich unter dem Wasserspiegel befinden, sind gegen den Faulraumboden mit flexiblen überlappenden Teilen 13 der Besiedlungsflächen abgedichtet. Am Boden der Faulkammer 2 setzen sich Feinstoffe 14 ab.

Zur Anordnung der exponentiell verdichteten Besiedlungsflächen in der Faulkammer 2 wird von folgenden Daten ausgegangen:

— 10EGW

— 1501/(EGW d)

— Rohabwasser: 0,36g BSB₅ZI

— Sz = 0,27g BSB₅/! · 15001/d = 16,88g/h

— S_E = 0,11 g BSB5/I · 1500 l/d = 6,88g/h

— к = 0,2 l/(g TSh · h) — kann bei anaerobem Abbau zwischen 0,05... 0,3 schwanken. Bei einem angestrebten ^ = 50h ergibt sich aus (3)

_TS _(t) = - ^ln C-°t² . t + 10) + 2_t?0

^R 0,2 . t

mit der zugehörigen Wertetabelle

tlhj	5	10	15	20	25	30	35	40	45
TS_R[g/l]	0,1028	0,1103	0,1180	0,1271	0,1381	0,1523	0,1716	0,2009	0,2556

und einem gerundeten Mittelwert TSr = 0,15g/l

Die grafische Darstellung ist aus Fig. 6 ersichtlich

Das Faulraumvolumen ergibt sich aus

V [Ц-V [l/h]· te [h] (5)

V= -50 = 31251 24

Bei einem Gesamtvolumen der Anlage mit 10001/EGW = 100001 folgt unter Vernachlässigung der Volumina für die Trennwände und Einbauten die Vorklärkammer 1 mit5000l = 80h Aufenthaltszeit und die Nachklärkammer3 mit 12751 = 20h Aufenthaltszeit.

Die Gesamtbiomasse in der Faulkammer 2 errechnet sich aus (6), wobei auf die Biomasse infolge Boden- und Wandschlamm sowie auf dje_freischwebende Biomasse bewußt verzichtet wird.

TS_R/g/ = TS_B[g/l]-V[l] (6)

TSr = 0,15 ·3125 = 470g _

Mit einem nach ca. 3 Monaten Einarbeitungszeit in etwa erreichbaren Wert von 40g TSR/m² Bewuchsfläche (beidseitig) werden 11,75m² Bewuchsfläche benötigt, die entsprechend (4) in der Faulkammer 2 zu verteilen sind.

Für die quaderförmige Lösung nach Fig. 1 und Fig. 2 wäre z. B. eine Geometrie mit 1,0 m Breite, 2 m Höhe und 1,60 m Länge für die Faulkammer 2 wählbar. Auf diese Länge sind

11,75m² „_ .. . .

·= 6 Folienbahnen

1,0m χ 2,0m

zu verteilen, wobei als minimaler Folienabstand 7,5cm empfohlen werden.

Die exponentiell Anordnung der Besiedlungsflächen 9 und 10 (Abstände) bezogen auf die Länge von 1,60m ist aus Figur 6 ersichtlich, da direkte Proportionalität zwischen der Reaktionszeit t und der Fließlänge I im Faulraum besteht.

Nachdem das zu reinigende Abwasser die Faulkammer 2 durchlaufen hat, gelangt es durch Durchlaßöffnungen 15 in Trennwand 5 in die Nachklärkammer 3 und verläßt die Kleinkläranlage über die Austrittsöffnung 16.

Die zylinderförmige Kleinkläranlage hat prinzipiell den gleichen Aufbau und den gleichen technologischen Ablauf wie bei der quaderförmigen Kleinkläranlage. Im Vergleich zur quaderförmigen Anlage erfolgt in der Faulkammer 2 eine exponentiell flächenmäßige Vergrößerung der Besiedlungsflächen. Bedingt durch den Kreisquerschnitt kann sie in erster Näherung mit gleichen Abständen der Besiedlungsflächen realisiert werden. Das Berechnungsverfahren entspricht dem Rechengang im Beispiel quaderförmige Kleinkläranlage.

In den Trennwänden zwischen Vorklär- und Nachklärkammer hat es sich aus statischen Gründen für vorteilhaft erwiesen, eine Druckausgleichsöffnung mit Rückschlagklappe 17 anzuordnen.

Das gewährleistet das gleichmäßige Füllen beider Kammern und verhindert den Schlammrücklauf von der Nachklär- in die Vorklärkammer.

Claims

1. Einrichtung zur aneroben Abwasserreinigung, bei der vorzugsweise Gewebematerial für zusätzliche Besiedlungsflächen für anaerobe Mikroorganismen im Faulraum verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Besiedlungsflächen für die erhöhte Biomasse in exponentiell verdichteter oder exponentiell flächenmäßiger Vergrößerung der Einbauten in Fließrichtung in bekannterWeise im Wechsel in zwei unterschiedlichen Höhen im Faulraum angeordnet sind.

2. Einrichtung gemäß Punkt 1., dadurch gekennzeichnet, daß wechselweise in Fließrichtung des Wassers zum einen die Oberkante der Besiedlungsfläche oberhalb des Wasserspiegels und zum anderen die Oberkante der Bewuchsfläche unterhalb des Wasserspiegels angeordnet ist.

3. Einrichtung gemäß Punkt 1. und 2., dadurch gekennzeichnet, daß die Besiedlungsfläche, deren Oberkante sich unterhalb des Wasserspiegels befindet, nicht an der Unterkante der Stabilisierungskonstruktion der Besiedlungsfläche endet, welche in geringem Abstand über dem Faulraumboden angeordnet ist, sondern sich ein flexibel gestalteter Teil der Besiedlungsfläche anschließt, der lose überlappend, in Richtung der Schlammabzugsraum geneigt auf dem Faulraumboden aufliegt.

4. Einrichtung gemäß Punkt 1. und 2., dadurch gekennzeichnet, daß ein ausreichender Seitenüberstand des Besiedlungsflächenmaterials über die Stabilisierungskonstruktion vorhanden ist, der zur Abdichtung durch das Abwasser an die Faulraumwände gepreßt wird.