DE10058331C2 - Fumigation method and device for treating wastewater - Google Patents

Fumigation method and device for treating wastewater

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Abwasser in einem Belebungsbecken unter Einsatz mindestens eines im Abwasser fortwährend bewegten, länglichen Schlauchausströmers, durch den ein sauerstoffhaltiger Gasstrom in das zu behandelnde Abwasser eingeleitet wird.The invention relates to a method and an apparatus for the treatment of Wastewater in an aeration tank using at least one in the wastewater continuously moving, elongated hose vent through which a oxygen-containing gas stream is introduced into the waste water to be treated.

Bei der Erfindung geht es um die biochemische Reinigung von Abwässern durch aerobe Mikroorganismen. Dabei werden im Abwasser suspendierte Stoffe und kolloidal sowie echt gelöste organische und anorganische Substanzen hauptsächlich durch mikrobielle Stoffwechselprozesse eliminiert oder in unschädliche Verbindungen umgewandelt. Für diese biologischen Abbauprozesse wird Sauerstoff benötigt, der den Mikroorganismen künstlich zugeführt werden muß.The invention relates to the biochemical purification of waste water aerobic microorganisms. In the process, suspended substances and mainly colloidal and genuinely dissolved organic and inorganic substances eliminated by microbial metabolic processes or in harmless Connections converted. Oxygen is used for these biodegradation processes needed, which must be artificially supplied to the microorganisms.

Die Abwasserbehandlung durch aerobe Mikroorganismen erfolgt in verschieden­ artigen Becken, die im folgenden insgesamt als "Belebungsbecken" bezeichnet werden. Für die Belüftung der Belebungsbecken werden vor allem Druck- und Oberflächenbelüfter eingesetzt. Bei den Oberflächenbelüftern wird in der Höhe des Abwasserspiegels Wasser aufgewirbelt, wodurch Luft mitgerissen und Sauerstoff vom Wasser aufgenommen wird. Bei der Druckbelüftung wird Luft meist in der Nähe des Beckenbodens durch poröses Material feinblasig, durch gelochte Rohre mittel- oder grobblasig oder durch offene Rohre grobblasig eingeblasen.Wastewater treatment by aerobic microorganisms is carried out in different ways like pools, hereinafter referred to collectively as "aeration tanks" become. For the aeration of the aeration tanks, pressure and Surface aerator used. In the case of surface aerators, the height of the Waste water level whirled up water, entraining air and oxygen is absorbed by the water. Air is usually nearby in the case of pressure ventilation of the pelvic floor with fine bubbles due to porous material, medium through perforated pipes or blown roughly or blown roughly through open pipes.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung sind in der Firmenzeitschrift "gas aktuell 35" (1988), Seite 23 bis 27, unter dem Titel "Das Biox®- Verfahren - rasche Hilfe für Oberflächengewässer" beschrieben. Dabei werden für eine besonders intensive Sauerstoff-Begasung und eine feine Verteilung des Sauerstoffs in Gewässern sogenannte "Begasungsmatten" eingesetzt, die aus flächig ausgelegten "Schlauchausströmern" bestehen. Derartige Begasungsmatten werden auch für die Behandlung industrieller und kommunaler Abwässer eingesetzt. Bei den Schlauchausströmern handelt es sich um dickwandige Schläuche mit vielen, sehr feinen Poren, die sich bei erhöhtem Innendruck öffnen und aus denen dann sauer­ stoffhaltiges Gas in Form fein verteilter Blasen in das Abwasser austritt. Da sich die feinen Poren der Schlauchausströmer erst unter einem erhöhten Druck öffnen, wirken sie ähnlich wie Rückschlagventile und lassen kein Abwasser eindringen. Die sich einstellende Blasengröße hängt von der Porengröße, vom Material und der Beschaffenheit der Oberfläche des Schlauchs, vom Gasdurchsatz pro Zeit durch die einzelnen Poren sowie von der sich einstellenden Oberflächenspannung ab. In der Regel bilden sich bei hohem Gasdurchsatz große Blasen und bei geringem Gasdurchsatz kleine Blasen. Je kleiner die Blasen sind, um so größer ist der Grenzflächenaustausch zwischen dem sauerstoffhaltigen Gas und um so besser ist die Ausnutzung des eingesetzten Sauerstoffes.A method and a device of the type mentioned at the beginning are described in the company magazine "gas aktuell 35" ( 1988 ), pages 23 to 27, under the title "The Biox® Process - Rapid Aid for Surface Waters". So-called "fumigation mats" are used for a particularly intensive oxygen gassing and a fine distribution of oxygen in water, which consist of flat "hose outlets". Such fumigation mats are also used for the treatment of industrial and municipal waste water. The hose vents are thick-walled hoses with many, very fine pores that open when the internal pressure is increased and from which oxygen-containing gas in the form of finely divided bubbles then escapes into the waste water. Since the fine pores of the hose outlets only open under increased pressure, they act in a similar way to check valves and do not allow waste water to enter. The bubble size that arises depends on the pore size, the material and the nature of the surface of the hose, the gas throughput per time through the individual pores, and the surface tension that arises. As a rule, large bubbles form at high gas throughput and small bubbles at low gas throughput. The smaller the bubbles, the greater the exchange of interfaces between the oxygen-containing gas and the better the use of the oxygen used.

Die Sauerstoffausnutzung ist entscheidend für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. Vor dem Verlegen der Schlauchausströmer werden Porengröße und Schlauchlänge in Abhängigkeit von einem erforderlichen, vorgegebenen Gasdurchsatz an die konkreten Bedingungen mit dem Ziel einer optimalen Sauerstoffausnutzung angepaßt. Nach Verlegung der Schlauchausströmer kann die Blasengröße jedoch nicht mehr verändert werden, ohne gleichzeitig den Gasdurchsatz zu verändern. Und umgekehrt, kann auch der Gasdurchsatz nicht verändert werden, ohne die optimierte Blasengröße zu beeinflussen. Besonders in Klärwerken schwankt der Sauerstoff­ bedarf entsprechend den Zehrungsraten im Belebungsbecken jedoch sehr stark.The utilization of oxygen is crucial for the economics of the process. Before laying the hose outlets, the pore size and hose length depending on a required, predetermined gas throughput to the specific conditions with the aim of optimal oxygen utilization customized. However, after the hose vents have been installed, the bubble size may change can no longer be changed without simultaneously changing the gas throughput. And conversely, the gas throughput cannot be changed without the optimized one To affect bladder size. Oxygen fluctuates particularly in sewage treatment plants However, it needs a lot according to the drainage rates in the aeration tank.

In der DE 199 59 103 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung mit verbesserter Sauerstoffausnutzung einer derartigen Schlauchbegasung durch eine nachträgliche Optimierung von Blasengröße und Gasdurchsatz beschrieben. Dabei wird mindestens ein auf einem flächigen, horizontalen und rotierenden Stützkörper angeordneter Schlauchausströmer mittels einer mit der Rotationsanordnung über eine Welle verbundenen und mit einem Antrieb ausgerüsteten Bewegungseinrichtung im Abwasser fortwährend bewegt, wodurch ein vorzeitiges Abscheren der Blasen ermöglicht wird. Bei einer derartigen biologischen Abwasserreinigung ist für die fortwährende Bewegung des Begasungsschlauches zusätzliche Kosten verursachende Fremdenergie erforderlich.DE 199 59 103 describes a Method and device with improved oxygen utilization Such hose fumigation through a subsequent optimization of Bubble size and gas flow described. At least one is on a flat, horizontal and rotating support body arranged Hose outlet by means of a rotating arrangement with a shaft connected and equipped with a drive movement device in the Waste water is constantly moving, causing premature shearing of the bubbles is made possible. With such a biological wastewater treatment for  continuous movement of the fumigation hose additional costs causing external energy is required.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, mittels denen ein kostengünstiger Sauerstoffeintrag in das Abwasser ermöglicht wird.The invention is therefore based on the object of a method and a device to provide the type described above, by means of which a cost-effective oxygen entry into the wastewater is made possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren und mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 und 3 gelöst.This object is achieved according to the invention with a method and with a device solved with the features of claims 1 and 3.

Durch den erfindungsgemäßen Einsatz einer die Strömungsenergie des in das Abwasser mittels des Schlauchausströmers einzutragenden sauerstoffhaltigen Gasstromes unmittelbar in Rotationsenergie umsetzenden Turbine wird der auf einen Schlauchstützkörper angeordnete Schlauchausströmer über die mit der Turbine und dem Schlauchstützkörper verbundenen Welle mit regelbarer Umdrehungs­ geschwindigkeit und vorgegebener Geschwindigkeit im Abwasser transversal hin- und herbewegt, auf- und abbewegt oder einer Rüttelbewegung unterzogen.By using the flow energy of the in the Waste water to be entered by means of the hose outflow Turbine converting gas flow directly into rotational energy is transferred to a turbine Hose support body arranged hose outlets over the with the turbine and the hose support body connected shaft with adjustable rotation speed and predetermined speed in the wastewater transversely and moved, moved up and down or subjected to a shaking motion.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfaßt die Bewegungseinrichtung eine mit der Turbine verbundenen Welle zur Erzeugung einer Rotation des Schlauchausströmers.In a preferred embodiment of the invention, the movement device comprises a shaft connected to the turbine for generating a rotation of the Schlauchausströmers.

Durch die mittels der als Antrieb eingesetzten Turbine erfolgende Schlauchrotation läßt sich eine hohe Strömungsgeschwindigkeit an der Mantelfläche des Schlauchausströmers und damit im Bereich seiner Austrittsöffnungen ohne Einsatz von Fremdenergie erzeugen.Due to the hose rotation using the turbine used as the drive can a high flow rate on the lateral surface of the Hose vent and thus in the area of its outlet openings without use generate from external energy.

Weitere Verfahrens- und Vorrichtungsmerkmale sind der DE 199 59 103 zu entnehmen, auf die Bezug genommen wird.Further process and device features are in DE 199 59 103 refer to the reference.

Der erfindungsgemäße Einsatz der die Strömungsenergie des in das Abwasser einzutragenden sauerstoffhaltigen Gasstroms als mechanische Antriebsenergie bereitstellenden Turbine zur fortwährenden Bewegung des Schlauchausströmers im Abwasser ermöglicht eine Optimierung des Sauerstoffeintrags ohne Einsatz von Fremdenergie und damit eine bessere Reinigungsleistung bei reduziertem Kosten­ aufwand bei einer derartigen biologischen Abwasserreinigung.The inventive use of the flow energy of the waste water oxygen-containing gas stream to be entered as mechanical drive energy  providing turbine for continuous movement of the hose outlet in the Waste water enables an optimization of the oxygen input without the use of External energy and thus better cleaning performance at reduced costs effort in such a biological wastewater treatment.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher erläutert.The invention is described below using an exemplary embodiment and a Drawing explained in more detail.

In der einzigen Figur der Zeichnung ist in dreidimensionaler Ansicht schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Behandlung von Abwasser in einem Belebungsbecken dargestellt. In dieser Vorrichtung ist ein Schlauchausströmer 1 in Spiralform auf einer kreisförmigen, horizontal angeordneten Stahlscheibe 2 ausgelegt. Im Zentrum der Stahlscheibe 2 greift eine vertikal angeordnete Hohlwelle an, die mittels einer Drehkupplung 9 mit einer Turbine 4 verbunden ist. Mittels der als Antrieb eingesetzten Turbine 4 ist die Stahlscheibe 2 um die koaxial zur Hohlwelle 3 verlaufenden Rotationsachse 5 rotierbar. Im Bereich des unteren Endes der Hohlwelle 3 ist eine Schlauchtülle 6 vorgesehen, über die die Hohlwelle 3 mit dem Schlauchausströmer 1 verbunden ist.In the single figure of the drawing, a device according to the invention for treating waste water in an aeration tank is shown schematically in a three-dimensional view. In this device, a hose outlet 1 is designed in a spiral shape on a circular, horizontally arranged steel disc 2 . A vertically arranged hollow shaft engages in the center of the steel disk 2 and is connected to a turbine 4 by means of a rotary coupling 9 . By means of the turbine 4 used as the drive, the steel disk 2 can be rotated about the axis of rotation 5 running coaxially to the hollow shaft 3 . In the area of the lower end of the hollow shaft 3 , a hose nozzle 6 is provided, via which the hollow shaft 3 is connected to the hose outflow 1 .

Bei dem Schlauchausströmer 1 handelt es sich um einen Schlauch aus Gummi (EPDM) mit einem Innendurchmesser von 18 mm, einer Wandstärke von 4,5 mm und einer Länge von 60 m. Der Schlauchausströmer 1 ist perforiert mit einer Vielzahl feiner Poren, die sich erst bei Innenüberdruck öffnen. Der Außendurchmesser der Schlauchspirale liegt bei etwa 3 m.The hose vent 1 is a hose made of rubber (EPDM) with an inner diameter of 18 mm, a wall thickness of 4.5 mm and a length of 60 m. The hose vent 1 is perforated with a large number of fine pores which only open when the inside pressure is high. The outer diameter of the hose spiral is approximately 3 m.

Der Durchmesser der Stahlscheibe 2 ist nur geringfügig größer als der Durchmesser des auf der Stahlscheibe 2 spiralförmig aufgerollten Schlauchausströmers 1 und in der Fig. 1 lediglich aus Gründen einer besseren Erkennbarkeit mit einem deutlich größeren Durchmesser dargestellt. Das eine Ende 7 des Schlauchausströmers 1 ist über die Schlauchtülle 6 mit der Hohlwelle 3 verbunden, das andere Ende 8 ist verschlossen. The diameter of the steel disc 2 is only slightly larger than the diameter of the hose vent 1 which is rolled up spirally on the steel disc 2 and is shown in FIG. 1 with a significantly larger diameter only for reasons of better visibility. One end 7 of the hose outlet 1 is connected to the hollow shaft 3 via the hose nozzle 6 , the other end 8 is closed.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ausführungs­ beispiels und der Fig. 1 näher erläutert:
Der Schlauchausströmer 1 wird in ein Belebungsbecken einer Kläranlage bis nahe an den Beckenboden abgesenkt. Die als Antrieb eingesetzte Turbine 4 befindet sich dabei oberhalb des Abwasserspiegels. In Pfeilrichtung 10 wird durch die Turbine 4 über die Drehkupplung 9, durch die Hohlwelle 3 dem Schlauchausströmer 1 technischer Sauerstoff in einer Rate von 20 m3/h zugeführt. Der dadurch entstehende Innendruck innerhalb des Schlauchausströmers 1 führt dazu, daß sich die feinen Poren öffnen, so daß Sauerstoff in Form von feinen Blasen in das Abwasser entweichen kann.The method according to the invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment and FIG. 1:
The hose outlet 1 is lowered into an aeration tank of a sewage treatment plant up to close to the pool floor. The turbine 4 used as the drive is located above the waste water level. In the direction of arrow 10 , technical oxygen is fed through the turbine 4 via the rotary coupling 9 and through the hollow shaft 3 to the hose outflow 1 at a rate of 20 m 3 / h. The resulting internal pressure inside the hose outflow 1 causes the fine pores to open, so that oxygen in the form of fine bubbles can escape into the waste water.

Die beim Durchströmen der Turbine 4 aus dem Strömungsenergie des technischen Sauerstoffs erzeugte Antriebsenergie wird über die Drehkupplung 9 mittels der Welle 3 auf die Stahlscheibe 2 übertragen, sodass der auf der Stahlscheibe 2 angeordnete Schlauchausströmer 1 um die Rotationsachse 5 rotiert. Die Rotationsgeschwindigkeit beträgt 20 U/min. Durch die Relativbewegung zwischen Poren und träger Flüssigkeit werden die Blasen abgeschert. Es stellt sich dabei im Außenbereich der Schlauchspirale eine Blasengröße im Bereich von 0,3 bis 0,7 mm ein.The drive energy generated when the turbine 4 flows through from the flow energy of the technical oxygen is transmitted via the rotary coupling 9 by means of the shaft 3 to the steel disk 2 , so that the hose vent 1 arranged on the steel disk 2 rotates about the axis of rotation 5 . The speed of rotation is 20 rpm. The bubbles are sheared off by the relative movement between pores and inert liquid. A bubble size in the range of 0.3 to 0.7 mm occurs in the outer area of the hose spiral.

Claims (3)

1. Verfahren zur Behandlung von Abwasser in einem Belebungsbecken unter Einsatz mindestens eines im Abwasser fortwährend bewegten, Ausströmöffnungen aufweisenden, länglichen Schlauchausströmers, durch den ein sauerstoffhaltiger Gasstrom in das zu behandelnde Abwasser eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der sauerstoffhaltige Gasstrom dem auf einem rotierenden Stützkörper (2) beweglich angeordneten Schlauchaus­ strömer (1) über eine die Strömungsenergie des in das Abwasser einzutragenden Gasstromes unmittelbar in Rotationsenergie umsetzenden Turbine (4) durch eine Drehkupplung (9) und eine über koaxial zur Rotationsachse (5) verlaufenden Zufuhrleitung (3) zugeführt wird.1. A method for treating wastewater in an aeration tank using at least one elongated hose outflow which continuously moves in the wastewater and has outflow openings through which an oxygen-containing gas stream is introduced into the wastewater to be treated, characterized in that the oxygen-containing gas stream is on a rotating support body ( 2 ) movably arranged hose outflow ( 1 ) via a turbine ( 4 ) which converts the flow energy of the gas stream to be discharged into the waste water into rotational energy through a rotary coupling ( 9 ) and a feed line ( 3 ) running coaxially to the axis of rotation ( 5 ) , 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotation des Schlauchausströmers (1) mittels der mit einer Welle (3) verbundenen Turbine (4) erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the rotation of the hose vent ( 1 ) by means of the shaft ( 3 ) connected to the turbine ( 4 ). 3. Vorrichtung zur Behandlung von Abwasser in einem Belebungsbecken, mit einem durch eine aus Antrieb (4), Welle (3) und Schlauchstützkörper (2) bestehenden Bewegungseinrichtung im Abwasser fortwährend bewegten, Ausströmöffnungen aufweisenden, länglichen Schlauchausströmer (1) zur Einleitung eines sauerstoffhaltigen Gasstroms in das zu behandelnde Abwasser, wobei die als Zufuhrleitung ausgebildete Welle mit dem Schlauchausströmer zur Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gasstroms in das Abwasser verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb eine von dem sauerstoffhaltigen Gas durchströmte, den Schlauchausströmer (1) mittels der Welle (3) in Rotation versetzende Turbine (4) ist.3.Device for treating waste water in a activated sludge tank, with an elongated hose outlet ( 1 ) for the introduction of an oxygen-containing gas flow through a moving device in the waste water, consisting of a drive ( 4 ), shaft ( 3 ) and hose support body ( 2 ) into the waste water to be treated, the shaft designed as a feed line being connected to the hose outflow for supplying the oxygen-containing gas flow into the waste water, characterized in that the drive flows through the hose outflow ( 1 ) through the oxygen-containing gas by means of the shaft ( 3 ) rotating turbine ( 4 ).
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