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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Schlamm, insbesondere in Wasser- und Abwasseraufbereitungs- oder Kläranlagen. Das Verfahren kann auch zur teilweisen Abtrennung von Schlamm oder zur Anreicherung von grob-körnigem Schlamm aus einer Mischung mit (fein-)flockigem Schlamm verwendet werden.
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In Wasser- und Abwasseraufbereitungs- sowie in Kläranlagen gelangt schlammhaltiges Wasser, beispielsweise nach einer Flockung, z. B. in ein Absetz- oder Klärbecken. Um Platz zu sparen, wurden Methoden vorgeschlagen, bei denen das schlammhaltige Wasser in den Absetz- oder Klärbecken unter einer Einrichtung fließt, die mit Packungen aus Platten, Waben, unterschiedlich geformten Röhren oder dergleichen ausgestattet ist. Wie man solche Absetz-Einrichtungen in eine Umlaufströmung des Beckeninhaltes einbaut, wurde z. B. im Patent
EP0667837 vorgeschlagen. Solche Absetz-Einrichtungen werden z. B. Lamellenseparator, Rohrklärer, Schnellklärer, oder Schrägklärer genannt. Die einzelnen rohrartigen Kammern oder Kanäle innerhalb der Packungen, die üblicherweise für solche Absetz-Einrichtungen verwendet werden, werden allesamt schräg, vorzugsweise in einem Winkel von 55–60°, eingebaut. Dies erfolgt einerseits zur Vergrößerung der Fläche für das Absetzen des Schlamms und andererseits zu Gewährleistung des Abrutschens des abgesetzten Schlammes auf der unteren Fläche einer rohrartigen Kammer in Richtung Beckenboden, wo der abgesetzte Schlamm durch mechanische Einrichtungen oder durch eine Wasserströmung abgeführt wird.
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Es gibt im Betrieb von allen bekannten Absetz-Einrichtungen Nachteile, vor allem dann, wenn die Einrichtungen in biologischen Kläranlagen eingesetzt werden. Grund dafür ist eine teilweise oder sogar vollständige Verstopfung der einzelnen schrägen Absetz-Kammern in den bisher eingesetzten Packungen. Dieses Verstopfen wird nach eigenen Untersuchungen hauptsächlich durch Wachstum von Schleim („biologischem Rasen”) oder dergleichen an den Wänden der Einrichtung verursacht. Auf den bewachsenen Flächen rutscht der sich absetzende Schlamm nicht mehr ausreichend schnell herab und es kommt zu einem, den Strömungsquerschnitt immer mehr verengenden Stau und damit zu einer mindestens teilweisen Verstopfung der schrägen Absetzkammern. Aus diesem Grund müssen derartige Absetz-Einrichtungen mit ziemlich aufwendigen Reinigungsvorrichtungen ausgestattet sein. Aber auch diese Maßnahme bietet keine ausreichende Gewähr für einen störungsfreien Betrieb der Absetz-Einrichtung. Wegen dieser Nachteile, die einen sicheren Betrieb solcher Kläreinrichtungen beinahe unmöglich machen, werden z. B. biologische Kläranlagen heutzutage kaum mit solchen Absetz-Einrichtungen ausgerüstet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zur Verringerung der Anfälligkeit für Verstopfungen der verwendeten Packungen bereitzustellen und darüber hinaus Maßnahmen bereitzustellen, die eine einfache, schnelle Reinigung der Kammern in den Packungen ermöglichen, um Absetz-Einrichtungen, die mit Packungen ausgerüstet sind, zuverlässig für den Betrieb von Wasser- und Abwasserbehandlungsanlagen zu machen.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, bei dem schlammhaltiges Wasser unter eine Absetz-Einrichtung geführt wird, die mit Packungen aus Platten, Waben, unterschiedlich geformten Röhren oder dergleichen ausgestattet ist, wobei die einzelnen Kammern (Kanäle) in diesen Packungen im Gegensatz zu allen bisher bekannten Einrichtungen dieser Art nicht schräg sondern senkrecht ausgerichtet sind, der zu klärende Anteil des Wassers wird turbulenz-arm durch die Kammern (Kanäle) in den Packungen zu Sammlern geführt, die über den Packungen angebracht sind, das mit Schlamm angereicherte Wasser wird aus dem Raum unter den Packungen abgeführt.
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Das Wachstum von Schleim (biologischem Rasen) auf jeglichen festen Oberflächen kann in einer biologischen Kläranlage nicht verhindert werden. Die vorliegende Erfindung nutzt im Hinblick auf diese Erfahrung die weitergehende Beobachtung, dass wachsender Schleim („biologischer Rasen”) durch biologische Vorgänge von festen Oberflächen abgesprengt wird, wenn die Schleimschicht eine bestimmte Dicke überschreitet. Dieses Absprengen bleibt nach eigenen Untersuchungen jedoch meistens dann aus, wenn der Schleim auf einer geneigten Fläche wächst. In diesem Fall kann die Schleim-Schicht so dick werden, dass enge Kammern in einer Packung gänzlich verstopfen. Es hat sich gezeigt, dass in erfindungsgemäß senkrecht eingebauten Kammern der sogenannte biologische Rasen nicht dicker als etwa 2 mm wird. Somit kann der freie Querschnitt einer solchen Kammer zwar kleiner werden, aber die Kammer kann bei geeignet großem Durchmesser nicht verstopfen.
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Die vorliegende Erfindung vermeidet einen weiteren Nachteil bekannter Packungen in Absetz-Einrichtungen, bei denen sich der Schlamm auf geneigten (schrägen) Oberflächen absetzt. In solchen Packungen bildet sich naturgemäß kein sogenannter ”Schwebefilter” aus, denn sobald eine ruhige Strömung in den einzelnen Kammern der Packung erreicht ist, beginnt sich der Schlamm abzusetzen, der sich abgesetzte Schlamm fließt auf der unteren Fläche der Kammer nach unten und bewirkt im oberen Teil der Kammer eine Beschleunigung der Aufwärtsströmung des unten neu hinzufließenden schlammhaltigen Wassers. Dadurch werden insbesondere feine Schlammflocken in der Absetzkammer weit nach oben befördert, wo sich die kleinsten Schlammflocken nur sehr langsam absetzen. Folglich beschränkt die mangelnde Entfernung von feinen Flocken die Leistung von Packungen mit geneigten (schrägen) Wänden.
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Im Gegensatz zu diesem Nachteil aller bekannten Packungen mit schrägen Strömungskanälen wird in erfindungsgemäß eingebauten Packungen mit senkrechten Kanälen ein besonders wirkungsvoller Schwebefilter ausgebildet. Überraschend hat sich in umfangreichen Versuchen gezeigt, dass mit senkrecht eingebauten Packungen in vielen Fällen sogar eine schnellere Aufwärts-Strömung des zu klärenden Wassers möglich ist und dass das über der Packung ablaufende Wasser wesentlich klarer ist als bei Verwendung herkömmlicher, schräg-eingebauter Packungen.
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In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung kann man die Aufwärts-Strömung in den senkrechten Kammern der Packungen so groß machen, dass kleine, leichte Flocken, die nicht im tieferen Teil der übereinandergestapelten Packungen von schwereren Flocken („Körnchen”) herausgefiltert werden, die Packung oben verlassen. Wählt man die richtige Aufwärtsströmung, können schwere Flocken aufgrund ihrer größeren Sinkgeschwindigkeit das Becken auf diesem Weg nicht verlassen. Auf diese Weise ermöglicht die Erfindung eine Anreicherung von sogenanntem granuliertem, ”körnigem”, belebtem Schlamm (oder von anderen Mikroorganismen, wie z. B. flockenbildenden Hefen) in einem Behandlungsbecken:
Weil erfindungsgemäß eingebaute Packungen im Gegensatz zu allen bekannten Einrichtungen dieser Art nicht für die Erzielung einer möglichst großen, geneigten (schrägen) Absetzfläche in einem Becken dienen, sondern erfindungsgemäß nur zur Erzeugung einer turbulenzarmen Strömung und damit zum Aufbau eines Schwebefilters, können die Abmessungen der einzelnen Kanäle in der Packung wesentlich größer sein als in üblicherweise verwendeten Packungen mit geneigten Kanälen. Kanäle mit größerem Querschnitt, die vorzugsweise für erfindungsgemäße Packungen benutzt werden, ersparen nicht nur erhebliche Materialkosten für die Herstellung der Packung, sondern sie führen auch noch zu einem weiteren Vorteil der Erfindung: Das oben erwähnte Wachstums eines biologischen Rasen geschieht – natürlich – auch in einer Packung mit senkrechten Kammern. Kanäle mit größerem Querschnitt vermindern jedoch erheblich die Gefahr einer Verstopfung. Bei gleicher Dicke der Schleim- oder Rasenschicht ist die verbleibende freie Querschnittsfläche einer Kammer mit großem Durchmesser rein rechnerisch verhältnismäßig größer als die Querschnittsfläche einer Kammer mit kleinem Durchmesser. Folglich ist – bei gleichem Wasserdurchsatz bezogen auf die Oberfläche des Klärbeckens – die tatsächliche Strömungsgeschwindigkeit in herkömmlich schräg angebrachten Packungen mit kleinen Kammern bedingt durch den Aufwuchs von biologischem Rasen entsprechend höher, und die Klärung ist – wegen tatsächlich größerer Strömungsgeschwindigkeit – entsprechend verschlechtert; umgekehrt vermindert sich die tatsächliche Strömungsgeschwindigkeit bei größeren Kammern geringer als bei kleineren Kammern.
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Obwohl die erfindungsgemäß eingebauten Packungen keine Flächen haben, auf denen sich der Schlamm absetzt, ist dennoch die tatsächliche Klärleistung in einer Kläranlage mit einer Absetz-Einrichtung aus erfindungsgemäß senkrecht eingesetzten Packungen aus den oben genannten Gründen gleich hoch oder sogar höher als die Leistung mit schräg eingebauten Packungen. Wesentlicher Vorteil ist aber, dass die erfindungsgemäß eingebauten Packungen nicht mehr verstopfen und dass damit ein betriebssicherer Einsatz in Wasser- und Abwasseraufbereitungsanlagen sowie in Kläranlagen oder in Fermentern überhaupt erst möglich gemacht wird.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist eine Verwendung von geneigten Flächen in den Packungen nicht notwendig. Gleichwohl kann das erfindungsgemäße Verfahren mit herkömmlichen Verfahren kombiniert werden, indem über den Packungen mit senkrechten Klärkammern weitere Packungen angebracht werden.
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Eine weitere Verbesserung der vorliegenden Erfindung wird erreicht, wenn man in einer Sedimentationsvorrichtung über Packungen mit senkrechten Kammern eine Packung einbaut, die bereits grundsätzlich aus der Patentschrift
DE: P 16 01 131.7 bekannt ist. Diese Packung mit wendelartigen Strömungskanälen wurde ursprünglich für Kühltürme vorgeschlagen, da sie eine Hin-und-Her-Umlaufströmung um Inneren der Kanäle der Packung erzwingen kann. Diese Packung besteht aus einer Vielzahl von Platten, die parallel zueinander angeordnet sind und die mit zick-zack-förmig versetzten Klebe- oder Schweiß-Stellen auf beiden Seiten der Platten verbunden sind. Im Unterschied zur ursprünglichen Anwendung kann diese Packung für die erfindungsgemäßen Zwecke dann verwendet werden, wenn die Abmessungen der einzelnen Wellungen vergrößert sind. Die Abmessungen richten sich nach den Eigenschaften des Schlammes, der sich absetzen soll. Die Höhe einer Packung kann beispielsweise 10 cm bis 200 cm betragen; der horizontale Abstand der versetzten Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Platten kann vorzugsweise 4 bis 30 cm betragen. – In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung werden einzelne Lagen dieser Packungen mit ihren Plattenrändern nicht kantengleich sondern rechtwinkelig zu einander aufeinander gestapelt. Dies führt – senkrecht gesehen – in jeder neuen Packungslage zu einer erzwungenen Umkehrung der Drehrichtung des aufwärts strömenden Wassers, wobei der sinkende Schlamm aus einer oberen Packungslage zwischen die Platten einer unteren Packungslage fällt und dort jeweils einen neuen Schwebefilter bildet. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn man diese Packungen auf Packungen mit einfachen senkrechten Strömungskanälen stapelt und so eine mehrstufige Kläreinrichtung herstellt.
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Es liegt auf der Hand, dass jegliche Packungen mit senkrecht angeordneten, beispielsweise dreieckigen, rechtwinkeligen, wabenartigen oder anders geformten Kanälen, vorteilhaft mit den Kanten der einzelnen Kanäle kreuz und quer übereinander gestapelt werden können. Auch größere Abmessungen einzelner Kanäle als oben erwähnt können verwendet werden, wobei beachtet werden muß, dass nach den bekannten Regeln der Strömungslehre in der Packung eine turbulenz-arme Strömung erzielt wird, damit der erwünschte Schwebefilter entsteht. Es liegt ebenso auf der Hand, dass man über Packungen mit senkrechten Kanälen Packungen mit herkömmlichen schrägen Strömungskanälen, d. h. mit zusätzlichen Absetzflächen, anbringen kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann in Wasser- und Abwasserbehandlungsanlagen für die Vorklärung, für die Nachklärung, für die Schlammanreicherung oder auch in Kombinationen dieser Klär-Verfahren verwendet werden. Weitere Anwendungen sind bei der Anreicherung von Mikroorganismen in Fermentationsanlagen möglich. Eine bevorzugte Verwendung ist möglich, wenn angereicherter Schlamm unter einer Absetz-Einrichtung, die mit den erfindungsgemäß senkrecht eingebauten Packungen ausgerüstet ist, wiederholt umgepumpt wird, so dass – durch die auf diese Weise erhöhte Schlammkonzentration im unteren Teil der Absetz-Einrichtung – ein Schwebefilter gebildet werden kann, der das Entfernen feiner Flocken und somit die Qualität des geklärten Wassers erheblich verbessert. Bei dieser Anordnung kann eine aufwendige Räumeinrichtung für abgesetzten Schlamm entfallen, wenn der Schlamm unter der Absetzeinrichtung durch eine entsprechend hohe Umlaufströmung entfernt wird.
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Falls überhaupt einmal nötig, können die erfindungsgemäßen Packungen in einfacher Weise von oben her gereinigt werden, beispielsweise durch einen Wasserstrahl oder durch Bürsten. Auch eine Reinigung mit Hilfe von großflächig unter den Packungen verteilter Luft hat sich als zweckmäßig erwiesen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0667837 [0002]
- DE 1601131 [0012]