DE10024071A1

DE10024071A1 - Verfahren zur Beseitigung von Abgasemissionen aus fließendem Abwasser und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE10024071A1
Application number: DE10024071A
Authority: DE
Inventors: Doris Lange; Joern Reinhardt
Original assignee: STADTWERKE SCHWERIN GmbH
Current assignee: STADTWERKE SCHWERIN GmbH
Priority date: 2000-05-17
Filing date: 2000-05-17
Publication date: 2001-11-29

Abstract

Bekannte Verfahren zur Verringerung der Abgasemission aus Abwässern sind wenig effektiv oder umweltschädlich. DOLLAR A Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgestellt, bei dem das Abwasser in mehrmaliger Folge verwirbelt wird und das Abwasser zusätzlich mit Luft vermischt wird, wobei die ausgasenden Schadstoffe zwangsweise einem Biofilter zugeführt werden. Die Vorrichtung ist dabei abflussseitig durch einen Düker (17) gasdicht gestaltet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beseitigung von Abgasemissionen aus fließendem Abwasser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5. Derartige Verfahren und Vorrichtungen werden hauptsächlich in der Abwasserwirt schaft eingesetzt.

Die häuslichen Abwässer dicht besiedelter Regionen werden häufig über Freigefällelei tungen einer zentralen Sammel- und Pumpstation zugeführt. Von der Pumpstation wird das Abwasser dann in einer Druckrohrleitung weiter in Richtung einer Kläranlage oder einer weiteren Sammelstation transportiert. Je länger die Verweildauern des Abwassers in der luftdichten Druckrohrleitung ist, um so umfangreicher können dort anaerobe chemische und biochemische Prozesse ablaufen, deren hauptsächliches Reaktionspro dukt der sehr toxische, brennbare und übel riechende Schwefelwasserstoff ist. Am Ende der Druckrohrleitung kommt es dann zu einer starken Schwefelwasserstoffausgasung, die durch den dort auftretenden Druckabfall im Abwasser noch gefördert wird. So stel len Druckunterbrechungsschächte primäre Emissionsquellen dar. Durch das Mitreißen von Schwefelwasserstoff vom Druckunterbrechungsschacht in die sich anschließende Freigefälleleitung kommt es aber auch an Kontrollschächten der Freigefälleleitung zu sekundären Schwefelwasserstoffemissionen.

Der freiwerdende Schwefelwasserstoff stellt nicht nur eine Umweltbelastung aufgrund seiner toxischen Wirkung dar, er führt vor allem zu einer unvertretbaren Geruchsbeläs tigung der Bevölkerung und zu jährlichen Millionenschäden an Bauwerken des Abwas sertransportsystems durch Betonkorrosion.

Nachteilig ist aber auch, dass bei einer unzureichenden Ausgasung des Schwefelwasser stoffes aus dem Abwasser dieser und die sich bildenden Sulfide zu einer Behinderung der Nitrifikation und damit zu einer Minderung des Reinigungseffektes in der Kläranla ge führen.

Es sind nun eine Reihe von Maßnahmen und Verfahren bekannt, die Emission von sol chen gasförmigen Schadstoffen in die Umwelt zu verringern. So ist es weit verbreitet, durch Einsatz chemischer Zusatzstoffe die Bildung von gas förmigen Schadstoffen zu verhindern. Diese Vorgehensweise wird aber allgemein abge lehnt, da die chemischen Zusatzstoffe in der Kläranlage mit aufbereitet werden müssen, was den Reinigungsprozess verteuert und die landwirtschaftliche Verwertung des Klär schlamms aufgrund des Eintrages unerwünschter chemischer Elemente und Verbindun gen gefährdet.

Zur Verringerung solcher Gasemissionen wurde in der DE 37 44 409 A1 auch schon vorgeschlagen, freie Abstürze in den Abwasserleitungen zu vermeiden. Diese Lösung ist aber wenig effektiv.

Weiterhin ist bekannt, die im Abwasser befindlichen Schadstoffe in einem sauerstoff haltigen Gas, vorzugsweise Luft, zu binden, um das Gasgemisch dann aus dem Abwas ser herauszulösen und einem Filter zuzuführen. Ein solches Verfahren wird beispiels weise in der DE 43 32 970 A1 beschrieben. Diese Maßnahme allein löst nur eine unzu reichende Menge an gasförmigen Schadstoffen aus dem Abwasser.

Aus der DE 197 05 052 C1 ist nun ein mechanisches Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung bekannt, bei dem die gasförmigen Schadstoffe durch Verwirbelungen und Turbulenzen aus dem Abwasser ausgeschieden und einem Biofilter zugeführt werden.

Diese Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem zentralen Biofilter mit einem hö herliegenden Zulauf und mit einem tieferliegenden Ablauf und aus einem nachgeschal teten Auslaufschacht. Zwischen dem höherliegenden Zulauf und dem tieferliegenden Ablauf des Biofilters ist eine höherliegende Mischkammer und ein tieferliegender Ent spannungsraum ausgebildet. Die Mischkammer ist mit einer in Fließrichtung wirkenden Strahldüse ausgerüstet. Diesem Biofilter ist ein Auslaufschacht nachgeschaltet, der über eine separate Gasrückführungsleitung mil der Mischkammer des Biofilters verbunden ist.

Das fließende Abwasser wird durch die Strahldüse in eine höhere Strömungsgeschwin digkeit versetzt und gelangt so in den Entspannungsraum. Dabei treten erhebliche Tur bulenzen auf, durch die die gasförmigen Schadstoffe aus dem Abwasser austreten und durch das Filtermaterial des Biofilters aufsteigen. Das so bearbeitete Abwasser fließt weiter über den Ablauf zum nachgeschalteten Auslaufschacht. Hier werden weitere ausgasende Schadstoffe gesammelt und zur Mischkammer des Biofilters zurückgeführt, wo sie wieder mit dem zulaufenden Abwasser vermischt werden.

Diese Verfahrensweise ist äußerst unrationell, da zum einen der gesamte Abwasser strom mit allen seinen Verunreinigungen über die Strahldüse geführt werden muss. Das begrenzt den Durchsatz und führt zu Betriebsausfällen. Zum anderen werden die im nachgeschalteten Auslaufschacht gesammelten Gasgemische immer wieder in den Ab wasserstrom eingeleitet, was den Abwasserstrom im Biofilter zusätzlich belastet. Auch ist der technische Aufwand zur Realisierung einer solchen Vorrichtung sehr hoch, da die Strahldüse als eine Spezialpumpe mit einen relativ großen Nennbereich ausgelegt sein muss. Das verteuert die Vorrichtung. Wegen der begrenzten Leistungsfähigkeit ist der Einsatzbereich eingeschränkt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, den Wirkungsgrad eines gattungs gemäßen Verfahrens wesentlich zu erhöhen und die entsprechende Vorrichtung einfach und kostengünstig und für jeden Einsatzfall anpassbar auszubilden.

Verfahrensseitig wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des An spruches 1 und vorrichtungsseitig durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 6 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungsmöglichkeiten ergeben sich aus den Unteran sprüchen 2 bis 5 und 7 bis 12.

Von besonderen Vorteil beim erfindungsgemäßen Verfahren ist die Aneinanderreihung und Kombination von Maßnahmen, die eine Ausgasung von gasförmigen Schadstoffen, insbesondere von Schwefelwasserstoff, begünstigen bzw. eine Bildung derartiger Schadstoffe im weiteren Abwassertransport mindern. Dadurch wird das Abwasser vor dem Transport in der Freigefälleleitung nahezu vollständig von den Schadstoffen befreit und eine erneute Schadstoffbildung beim Transport bis zu einer Kläranlage verringert. Damit wird das Verfahren sehr effektiv.

Dabei ist von besonderem Vorteil, dass in Folge eine beliebige Mehrzahl von Verwirbe lungsstellen eingerichtet werden können und das sowohl in Form von Strömungshin dernissen im Bereich des fließenden Abwassers als auch in Form eines Rührwerkes im Abwassersammelbecken des Einlaufschachtes. Dabei können die unterschiedlichen Strömungshindernisse über den Einlaufschacht und alle möglichen Auslaufschächte ver teilt angeordnet werden. Das ermöglicht eine effektive Anpassung an unterschiedliche Anwendungsfälle und eine kostengünstige Ausführung der entsprechenden Vorrichtung. Vorteilhaft ist weiter die Möglichkeit der gleichzeitigen Einspeisung von sauerstoffhal tigen Gasen in das Abwasser, weil damit der im Abwasser ablaufende Faulprozess be hindert wird.

Es versteht sich, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung sich in vielfältiger Weise kombinieren lässt. So können neben dem Einlaufschacht eine Mehrzahl von Auslauf schächten zum Einsatz kommen. Es ist auch möglich, zumindest den ersten nachge schalteten Auslaufschacht, wenn es die Erdtiefe ermöglicht, mit einem freien Fall und/oder mit anderen Strömungshindernissen auszurüsten.

Es dient auch der Effektivität des Verfahrens, dass die aus dem Abwasser ausgesonder ten gasförmigen Schadstoffe sowohl im Einlaufschacht als auch in einem oder weiteren Auslaufschächten jeweils an verschiedenen Stellen gesammelt und nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, wieder in den Abwasserkreislauf eingespeist, sondern je weils direkt und separat der Gasfiltereinrichtung zugeführt werden. Alle diese Prozesse laufen über einen Leitungsabschnitt des Abwassers ab, der durch einen abschließenden Düker begrenzt wird. Das erhöht die Effektivität der Gasreini gung.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Dazu zeigt:

Fig. 1: eine vereinfachte Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Danach besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung aus einem Einlaufschacht 1, einem nachgeschalteten Auslaufschacht 2 und einer Gasfiltereinrichtung 3, die sowohl den Einlaufschacht 1 als auch den Auslaufschacht 2 mit der Atmosphäre verbindet. Der Einlaufschacht 1 besitzt eine höherliegende Einlaufleitung 4 und eine tieferliegende Auslaufleitung 5. Dabei befindet sich die Auslaufleitung 5 in einer solchen Höhe des Einlaufschachtes 1, dass sich unterhalb der Auslaufleitung 5 ein Abwassersammelraum 6 und oberhalb der Auslaufleitung 5 ein Gassammelraum 7 einstellt. In diesen Gassam melraum 7 mündet zum einen die höherliegende Einlaufleitung 4 für den Abwasser strom und zwar gegenüber der Auslaufleitung 5 mil einer solchen Höhendifferenz, dass sich in diesem Abschnitt ein freier Fall am zulaufenden Abwasserstrom ausbildet. Zum anderen führt eine Gasleitung 8 aus diesem Gassammelraum 7 zur Gasfiltereinrichtung 3. Im Gassammelraum 7 befindet sich weiterhin in Höhe der Einlaufleitung 4 und mit einem entsprechenden Abstand zur Mündung der Einlaufleitung 4 eine Prallplatte 9 zur Umlenkung des Abwasserstromes in den freien Fall.

Im Abwassersammelraum 6 ist ein Rühr- und Belüftungsgerät 10 angeordnet, das von einem externen Stromversorger 11 mit Elektroenergie versorgt wird und das über eine Luftleitung 12 mit der Atmosphäre verbunden ist. Dazu ist das Rühr- und Belüftungsgerät 10 mit nicht dargestellten Wasserverdrängungselementen zur Umwälzung des Abwassers und mit ebenfalls nicht dargestellten Luftaustrittsöffnungen für die Ab gabe der angesaugten Außenluft an das Abwasser ausgerüstet. Der gesamte Einlauf schacht 1 ist mit einer Abdeckung 13 nach außen luftdicht verschlossen.

Der nachgeschaltete Auslaufschacht 2 ist mit einer mehrstufigen Kaskade 14 ausgerüs tet, die sich von der höherliegenden Einmündung der vom Einlaufschacht 1 kommenden Auslaufleitung 5 bis zur Schachtsohle des Auslaufschachtes 2 erstreckt. In Höhe dieser Schachtsohle befindet sich eine zweite Auslaufleitung 15, die mit einem Absperrventil 16 und mit einem parallel zum Absperrventil 16 angeordneten Düker 17 als Geruchs verschluss ausgerüstet ist. Diese zweite Auslaufleitung 15 mündet abschließend in eine Freigefälleleitung 18. Der gesamte Innenraum des Auslaufschachtes 2 ist als ein zweiter Gassammelraum 19 ausgebildet, der ebenfalls nach außen mit einer zweiten Abdeckung 20 luftdicht verschlossen ist und der über eine zweite Gasleitung 21 mit der Gasfilter einrichtung 3 verbunden ist. Sowohl die erste Gasleitung 8 des Einlaufschachtes 1 als auch die zweite Gasleitung 21 des Auslaufschachtes 2 münden in einen Gassammel raum 22 der Gasfiltereinrichtung 3. Dieser Gassammelraum 22 befindet sich im unteren Bereich eines Filtergehäuses 23, während im obersten Bereich des Filtergehäuses 23 entsprechende Gasaustrittsöffnungen 24 für die gereinigte Abluft vorgesehen sind. Zwi schen dem Gassammelraum 22 und den Gasaustrittsöffnungen 24 für die gereinigte Ab luft ist das Filtergehäuse 23 vorzugsweise mit einem biologischen Filtermaterial 25 aus gefüllt. Zur zwangsweisen Unterstützung des Gasdurchtrittes durch das Filtermaterial 25 ist die Gasfiltereinrichtung 3 zusätzlich mit einer Saug- oder Druckeinrichtung 26 ausgestattet.

Im weiteren soll der Verfahrensablauf näher erläutert werden. Zunächst strömt das Abwasser aus der Einlaufleitung 4 gegen die im Einlaufschacht 1 befindliche Prallplatte 9 und wird dort in seiner Strömungsrichtung umgelenkt. Durch den Aufprallwiderstand wird der Abwasserstromes aufgerissen und verwirbelt, wodurch sich eine größere Oberfläche des Abwasserstromes bildet. Aus dieser vergrößerten Oberfläche tritt bereits an dieser Stelle eine größere Menge an gasförmigen Schadstoffen aus. Nach dem Aufprall gelangt der Abwasserstrom in einem freien Fall bis in den Ab wassersammelraum 6, wodurch die Verwirbelungen noch verstärkt werden und sich ei ne weitere, den Gasaustritt begünstigende Oberflächenvergrößerung am Abwasserstrom einstellt. Weitere und verstärkte Verwirbelungen treten dann auf, wenn der frei fallende Abwasserstrom im Abwassersammelraum 6 aufschlägt. Die Verwirbelungen im Ab wassersammelraum 6 werden weiter verstärkt, in dem das Rühr- und Belüftungsgerät 10 mit seinen drehende Wasserverdrängungselementen das wirbelnde Abwasser umwälzt. Mil dem drehenden Umlauf des Rühr- und Belüftungsgerätes 10 wird gleichzeitig über die Luftleitung atmosphärische Luft angesaugt und über die nicht dargestellten Luftaus trittsöffnungen in das wirbelnde Abwasser eingeleitet. Einerseits tragen die vielen in das Abwasser gerichtete Luftströme zu einer weiteren Verwirbelung des Abwassers bei und anderseits wird durch die eingetragene Außenluft Luftsauerstoff im Abwasser gelöst und dadurch eine weitere Bildung von Schwefelwasserstoff unterbunden und noch im Abwasser gelöster Schwefelwasserstoff oxydiert. Die durch die Verwirbelungen ver stärkt freigesetzten schwefelwasserstoffhaltigen Abgase gelangen in den ersten Gas sammelraum 7 des Einlaufschachtes 1 und von dort über die erste Gasleitung 8 in den Gassammelraum 22 der Gasfiltereinrichtung 3. Dagegen wird das im Abwassersammel raum 6 des Einlaufschachtes 1 überlaufende Abwasser im freien Fluss über die Auslauf leitung 5 in den Auslaufschacht 2 überführt. Dabei wird der Abwasserstrom über die mehrstufige Kaskade 14 geführt, wodurch der Abwasserstrom wiederum aufgewirbelt und die Wasseroberfläche aufgerissen wird. Dabei treten weitere gasförmige Schadstof fe aus dem Abwasser aus, die über den zweiten Gassammelraum 19 und der zweiten Gasleitung 21 zum Gassammelraum 22 der Gasfiltereinrichtung 3 geführt werden. Das so in der zweiten Stufe von gasförmigen Schadstoffen befreite Abwasser wird über die zweite Auslaufleitung 15 in die Freigefälleleitung 18 geführt, wobei das Abwasser wahlweise den Düker 17 oder das Absperrventil 16 passiert.

Die im Gassammelraum 22 der Gasfiltereinrichtung 3 befindlichen und aus den beiden Gassammelräumen 7 und 19 stammenden gasförmigen Schadstoffe werden zwangsweise durch das Filtermaterial 25 geführt und gereinigt über die Gasaustrittsöffnungen 24 in die Atmosphäre abgelassen.

Liste der Bezugszeichen

1

Einlaufschacht

2

Auslaufschacht

3

Gasfiltereinrichtung

4

Einlaufleitung

5

Auslaufleitung

6

Abwassersammelraum

7

Erster Gassammelraum

8

Erste Gasleitung

9

Prallplatte

10

Rühr- und Belüftungsgerät

11

Stromversorger

12

Luftansaugleitung

13

Erste Abdeckung

14

Kaskade

15

Zweite Auslaufleitung

16

Absperrventil

17

Düker

18

Freigefälleleitung

19

Zweiter Gassammelraum

20

Zweite Abdeckung

21

Zweite Gasleitung

22

Gassammelraum

23

Filtergehäuse

24

Gasaustrittsöffnungen

25

Filtermaterial

26

Saug- oder Druckleitung

Claims

1. Verfahren zur Beseitigung von Abgasemissionen aus fließendem Abwasser, bei dem schadstoffbelastetes Abwasser über eine höherliegende Einlaufleitung (4) in einen Einlaufschacht (1) eingeleitet und verwirbelt wird und die dabei aus dem Abwasser aus tretenden gasförmigen Schadstoffe gesammelt und einer Gasfiltereinrichtung (3) zuge führt werden und das so in dieser ersten Stufe gereinigte Abwasser über eine tieferlie gende Auslaufleitung (5) in mindestens einen nachgeschalteten Auslaufschacht (2) ü berführt wird, wo weiter ausgetretene gasförmige Schadstoffe gesammelt und der Gas filtereinrichtung (3) zugeführt werden und das so in einer letzten Stufe gereinigte Ab wasser zur weiteren Verwendung abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das schadstoffbelastete Abwasser in mehrmaliger Folge verwirbelt wird und dabei die im Einlaufschacht (1) und in jedem Auslaufschacht (2) austretenden gasförmigen Schadstoffe direkt der Gasfiltereinrichtung (3) zugeführt und gemeinsam gefiltert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrmalige Verwirbelung des Abwassers durch ei ne zwangsweise Änderung der Strömungsrichtung des fließenden Abwassers, durch ei nen freien Fall des Abwassers, durch eine zwangsweise Umwälzung des angesammelten Abwassers und/oder durch eine Kaskade des fließenden Abwassers erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem im Abwassersammelraum (6) befindlichen Abwas ser von außen ein sauerstoffhaltiges Gas zugegeben wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Einlaufschacht (1) und aus jedem Auslauf schacht (2) zugeführten gasförmigen Schadstoffe in einem Gassammelraum (22) zu sammengeführt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwirbelung des Abwassers, die Einleitung von sauerstoffhaltigem Gas und die Zusammenführung des zu reinigenden Gases über eine definierte Wegstrecke des fließenden Abwassers erfolgt, die durch einen Düker (17) be grenzt wird.

6. Vorrichtung zur Beseitigung von Abgasemissionen aus fließendem Abwasser, be stehend

- aus einem luftdicht verschlossenen Einlaufschacht (1) mit einer höherliegenden Ein laufleilung (4) und einer tieferliegenden ersten Auslaufleitung (5), wobei die tieferlie gende erste Auslaufleitung (5) den Einlaufschacht (1) in einen Abwassersammelraum (6) und einen darüber liegenden ersten Gassammelraum (7) aufteilt und
- aus mindestens einem nachgeschalteten und luftdicht verschlossenen Auslaufschacht (2) mit der als Einlauf wirkenden und höherliegenden ersten Auslaufleitung (5) und ei ner tieferliegenden zweiten Auslaufleitung (15) und einem sich oberhalb der zweiten Auslaufleitung (15) ausbildenden zweiten Gassammelraum (19) und
- aus einer Gasfiltereinrichtung (3), die über eine erste Gasleitung (8) mit dem ersten Gassammelraum (7) des Einlaufschachtes (1) und über mindestens eine zweite Gaslei tung (21) mit dem zweiten Gassammelraum (19) mindestens eines Auslaufschachtes (2) verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

- die Vorrichtung mindestens zwei in Reihe angeordnete Hindernisse für das strömende Abwasser und
- ein elektrisch betriebenes Rührgerät für eine Umwälzung des im Abwassersammelbe cken (6) befindlichen Abwasser besitzt und dass
- die erste Gasleitung (8) des Einlaufschachtes (1) und jede zweite Gasleitung eines Auslaufschachtes (2) direkt mit der Gasfiltereinrichtung (3) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hindernisse für das strömende Abwasser aus einer Einrichtung zur Richtungsänderung, aus einem durch den Höhenunterschied zwischen der Einlaufleitung (4) und der Auslaufleitung (5) gebildeten freien Fall oder aus einer Kaskade (14) besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Richtungsänderung des strömenden Abwassers eine im ersten Gassammelraum (7) und im Mündungsbereich der Einlauflei tung (4) angeordnete Prallplatte (9) ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaskade (14) im letzten Auslaufschacht (2) ange ordnet ist.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und/oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwassersammelbecken (6) mit einem elektrisch betriebenen Belüftungsgerät zur Versorgung des Abwassers mit einem sauerstoffhalti gen Gas ausgerüstet ist und dazu einerseits über eine Luftansaugleitung (12) mit der Atmosphäre verbunden ist und andererseits Luftaustrittsöffnungen für die Abgabe der angesaugten Außenluft an des Abwasser besitzt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rührgerät und das Belüftungsgerät als ein kombi niertes Rühr- und Belüftungsgerät (10) ausgeführt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der letzte Auslaufschacht (2) und die Freigefälleleitung (18) über einen Düker (17) miteinander verbunden sind.