DE1708605A1

DE1708605A1 - Verfahren und Einrichtung zur Verbesserung der Leistung einer mechanisch-biologischen Abwasserreinigungsanlage

Info

Publication number: DE1708605A1
Application number: DE19681708605
Authority: DE
Inventors: Ernst Dr Rohrer
Original assignee: RHENO AG
Current assignee: RHENO AG
Priority date: 1967-01-25
Filing date: 1968-01-19
Publication date: 1971-10-14
Also published as: AT282494B; DE1708605B2; FR1557156A

Description

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Dr. Oskcr König

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Wüpfebtrcße 6 - Postfach 5f

Rheno AG
Pat 1772 D

ti Verfahren und Einrichtung zur Verbesserung der Leistung einer ^

mechanisch-biologischen Abwasserreinigungsanlage |

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Linrichtung zur Verbesserung der Leistung einer mechanisch-biologischen Abwasserreinigungsanlage, die ein der mechanischen Reinigung des Wassers dienendes Vorklärbecken und ein Belüftungsbecken für den biologischen Abbau von organischen Stoffen im Abwasser aufweist.

In den vergangenen Jahren sind eine beträchtliche Menge derartiger mechanisch-biologischer Abwasserreinigungsanlagen * erstellt worden, die heute infolge starker Entwicklung von j Bevölkerung und Industrie zu geringe Leistungen aufweisen. Auch steigt der Anfall von Abwasser je Kopf der Bevölkerung dauernd. Leider muss ausserdem festgestellt v/erden, dass vielerorts die Reinigungsanlagen von Anfang an zu klein dimensioniert worden sind. Dieser Umstand bringt mit sich, dass die Klär-Anlagen wohl arbeiten, den gewünschten und verlangten Reinigungs-Lffekt wegen der Ueberlastun^ aber nicht erreichen können.

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Die unzureichende Reinigung ist erkenntlich am Gehalt suspendierter Stoffe im Ablauf, dem Vorfinden unveränderter oder nur teilweise abgebauter Abwasserstoffe, die sich durch Flocken, Trübungen und hohen biologischen Sauerstoff-Bedarf bemerkbar machen. Einerseits verhindert die zu kurze Verweilzeit des Abwassers in überlasteten anlagen (^ine Sedimentation der Schwebestoffe, andererseits ist die i irtwirkungsdauer des Bakterien und Protozoen enthaltenden Belebtschlammes zu kurz für einen vollständigen biologischen Abbau.

In der Kegel wird das Abwasser in einem Vorklärbecken mechanisch vorgereinigt, d.h. man will in einem Beruhigungsbecken möglichst viel von den Beimengungen durch Sedimentation oder eventuell durch Flotation abtrennen.

Die Kontrolle verschiedener Anlagen hat gezeigt, dass die Sedimentation natürlicher oder künstlich zugesetzter Schwebestoffe sehr ungleich verläuft und von der Zusammensetzung des Abwassers abhängig ist. So vermögen gewisse Detergentien und auch Salze (z.B. Polyphosphate) emulgierend zu wirken und je nach ihrem Gehalt eine mechanische Vorreinigung praktisch unmöglich zu machen. Die Praxis hat auch gezeigt, dass der Anfall solcher Verbindungen (aus Haushalt, Gewerbe und Industrie) schubweise ist. Ausserdeui vermögen auch viele der dauernd in den Abv/ässern enthaltenen Kolloide eine derart stabilisierende Wirkung auf die Suspensionen und emulsionen auszuüben, dass eine Abtrennung mechanisch gar nicht oder höchstens teilweise eintreten kann.

Die Verwendung von Detergentien, Emulgatoren und Stabilisatoren ist in den letzten Jahren enorm gestiegen, und es ist zu erkennen, dass der Anstieg noch weiter fortdauert. Dabei spielt es keine itolle, ob diese grenzflächenaktiven

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Verbindungen biologisch abbaubar sind oder nicht. Alle diese Stoffe sind bei der der biologischen Stufe vorgeschalteten mechanischen Stufe voll wirksam.

Das nur mangelhaft vorgeklärte Abwasser bringt viel zu viel Ballast in das dem biologischen Abbau dienende Belüftungsbecken, und die Folge davon ist, dass der Belebtschlamm nur einen Teil der Stoffe abbauen kann. Die Belüftungseinrichtungen vermögen in der zur Verfügung stehenden Zeit nicht den zum aeroben Abbau benötigten Sauerstoff einzutragen. Die Reinigung stockt infolge Sauerstoffmangel. Als Begleiterscheinung dieses Zustandes zeigt sich eine schlechte Abtrennung ^ des Belebtschlammes vom Wasser im Nachklärbecken. Dies wiederum erschwert oder verhindert die Gewinnung und Rück- ( führung eines Schlammes mit genügend hoher Konzentration an aktiven Organismen. Die Folge davon sind ein dünner, wenig aktiver Belebtschlamm und ein unvollkommen abgebautes Abwasser.

Bis heute bestand keine Möglichkeit, bei solchen Anlagen den Wirkungsgrad merklich zu erhöhen. Die für solche Fälle vorgeschlagenen Erweiterungsbauten übersteigen in den meisten Fällen auch die finanziellen Möglichkeiten der betreffenden Gemeinden oder Körperschaften. Ferner ist festzuhalten, dass auch viel grosser dimensionierte Klärbecken die (| Schwierigkeiten, hervorgerufen durch die stabilisierten Emul- g sionen und Suspensionen, nur teilweise beheben können. ™

Man hat versucht, die Schwebestoffe durch Filter abzutrennen. Es zeigte sich jedoch, dass die stets vorhandenen Kolloide die Poren der Filtereinrichtungen rasch verstopfen und daher hohe Betriebs- und Wartungskosten verursachen.

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Eingehende Untersuchungen des Problems haben schon vor längerer Zeit zur Erkenntnis geführt, dass eine selbsttätige Ausflockung und nachfolgende Sedimentation der kolloidalen Stoffe des Abwassers im Vorklärbecken deshalb nicht eintritt oder doch zumindest wesentlich erschwert ist, weil die organischen Kolloide (Eiweissstoffe) von Natur aus mit einer negativen elektrischen Ladung behaftet sind, die eine gegenseitige Abstossung der kolloidalen Partikeln verursacht. Es ist bekannt, dass die genannte elektrische Ladung mindestens zum Teil neutralisiert werden kann, und zwar entweder durch Beigeben von Salzen oder Säuren oder aber auf elektrolytischem Weg, indem man einen elektrischen Strom mittels Elektroden durch das Abwasser leitet, wobei durch Elektrolyse die die Kolloidausflockung bewirkenden chemischen Stoffe gebildet werden. In beiden Fällen wird die Neutralisation des elektrischen Potentials der Kolloidpartikeln mittels positiver Ionen bewirkt. Bei der Durchführung dieser beiden bekannten Verfahren zur Ausflockung der kolloidalen Stoffe muss jedoch der nicht unerhebliche Nachteil in Kauf genommen werden, dass zusätzliche unerwünschte Stoffe (Salze und/oder Säuren) ins Wasser eingebracht werden und der pH-Wert in ungünstiger Weise verschoben wird. Versuche haben ergeben, dass die beste Ausflockung der in gemischten kommunalen Abwässern enthaltenen Kolloide bei pH 4,5 bis 5,0 erfolgt. Um diesen Wert zu erreichen, ist jedoch ein beträchtlicher Salz- oder Säurezusatz erforderlich, der sich recht nachteilig auf die Betriebskosten auswirkt. Ferner sind genaue Kontroll-, Regel- und Dosieranlagen erforderlich, da die Pufferung des Abwassers beträchtlich schwankt. Das elektrische Verfahren hat zudem einen verhältnismässig hohen Strom- und Elektrodenverbrauch zur Folge.

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Die im vorgeklärten Abwasser vorhandenen organischen Substanzen werden durch Mikroorganismen verschiedenster Art abgebaut und ausgenützt zur Deckung ihres Energie- und Nährstoffbedarfes. Solange freier Sauerstoff in der Lösung bzw. Dispersion vorhanden ist, werden die organischen Verbindungen besonders durch aerobe und fakultativ aerobe Bakterien oxydiert, d.h. veratmet. Es bilden sich dabei neben Wärme und Zellsubstanz vorwiegend niedrigermolekulare Verbindungen und Gase* Der Abbau kann so weit gehen, dass nur noch anorganische Restprodukte verbleiben; die organische Substanz ist dann vollständig mineral!siert. Eine restlose Mineralisierung der Abwaaserbestandteile ist, allgemein gesprochen, das Ziel der M Abwasserreinigung. d

Da nicht alle Bakterien und anderen am Abbau beteiligten Mikroorganismen alle organischen Verbindungen in gleichem Mass angreifen können, sind die erforderliche Zeit für den Abbau und der erreichbare Effekt oft sehr verschieden, je nach der Zusammensetzung des Abwassers und der aktiven Mikroflora und Mikrofauna. Man benötigt für die Veratmung von bestimmten Verbindungen oft eine ganz spezifische Bakterienflora. Die Entwicklung einer solchen erfordert Zeit.

Solange ein Abwasser stets die gleiche Zusammensetzung ä aufweist, gelingt ein Abbau weitgehend; treten aber bedeutende qualitative Schwankungen auf, wird der in der Zeiteinheit i erreichbare Mineralisierungs-Effekt schlechter oder gar in Frage gestellt.

Der oxidative Abbau ist nur soweit möglich, als den Mikroorganismen der hierzu erforderliche Sauerstoff zur Verfugung steht. In der Praxis ermittelt man diesen Sauerstoffbedarf in der Regel auf chemischem Weg durch Erfassung der

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sog. Oxydierbarkeit. Man oxydiert mittels Bichromat oder Permanganat alle organischen Verbindungen und kann so die Menge Sauerstoff feststellen, die für die vollständige Mineralisation benötigt wird (EMnO.-Verbrauch, CSB = ehem. Sauerstoff-Bedarf oder DOC = dichromat oxygen consumption). Für die Berechnung der Dimensionen von biologischen Abwasserreinigungsanlagen ist der DOC-Wert nur bedingt brauchbar, da sich nicht alle Verbindungen innert nützlicher Frist durch Mikroorganismen vollständig mineralisieren lassen. Man verwendet für diesen Fall die biologische Methode, die darin besteht, dass man experimentell den Sauerstoffbedarf des Äbwas- W sers pro liter in 5 Tagen bestimmt (BSB,- = biologischer Sauer- ^ stoffbedarf). Bei einzelnen Verbindungen decken sich die beiden Werte, d.h. DOC = BSB₅, z.B. bei gewissen Modell-Versuchen. Bei häuslichem Abwasser schwankt das Verhältnis DOC : BSBc zwischen 1,4 und 3,2. Das heisst, dass in den gemischten häuslichen Abwässern organische Verbindungen vorhanden sind, die durch Mikroorganismen nur schwer oder langsam abbaubar sind. Das Wasser beim Auslauf der Reinigungsanlage besitzt immer noch einen biologischen Sauerstoffbedarf. Die Höhe dieses Sauerstoffbedarfes des aus der Anlage abfliessenden Wassers ist abhängig von der Restmenge und der Natur der organischen Verbindungen, sowie der Menge noch vorhandenen Sauer- ^ stoffes im Wasser.

P Solange der Restsauerstoff ausreichend ist, um den biologischen Sauerstoffbedarf vollumfänglich zu decken, funktioniert eine Anlage gut. Ist der biologische Sauerstoffbedarf aber höher als der Restsauerstoffgehalt, so entzieht das Abwasser dem Gewässer, in welches es eingeleitet wird, den für den restlichen Abbau erforderlichen Sauerstoff (sofern er dort vorhanden ist). Das Ergebnis ist, dass solches Abwasser das Gewässer in doppeltem Sinn belastetι

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a) durch den Entzug des Sauerstoffes für den Abbau der verbliebenen organischen Verbindungen und

b) durch Verdünnung mit sauerstoff-freiem Abwasser.

Es wird in diesem Fall das Selbstreinigungsvermögen des Gewässers mehr oder weniger stark beeinträchtigt, ja in vielen Fällen überbeansprucht.

Die Abwasser-Reinigungsanlagen werden in der Regel als gut arbeitend bezeichnet, falls der Reinigungsgrad in bezug auf BSB₅ etwa 90 $ beträgt. Dies bedeutet, dass bei einem Abwassereinlauf mit BSB₁- von 250 mg/1 ein Auslauf mit einem ™ BSBc von 25 mg/1 resultiert. Gewöhnlich hat dann das auslau- Λ fende Abwasser keinen gelösten, freien Sauerstoff mehr; es belastet daher das Gewässer immer noch in starkem Masse.

Diesen Uebelstand hat man schon verschiedentlich zu beseitigen versucht, indem man den Auslauf einem Belüftungsbecken zugeleitet und dort während einiger Zeit nachbelüftet hat. Es sind Verfahren bekannt, die für die Begasung mit Druckluft gelochte Röhren, perforierte Metall- oder Kunststoff platten, keramische Verteiler und/oder ähnliches verwenden; andere benutzten Kreiselbelüfter, Burstenbelüfter und dergl. Alle diese Verfahren besitzen den Nachteil, dass nur jf ein geringer Teil des dargebotenen Sauerstoffes ausgenützt wird und die ganze Behandlung einer sehr grossen Luftmenge I bedarf. Es handelt sich um einen Ausnützungseffekt des Sauerstoffes von 1,5 bis 2,5 #. Im Durchschnitt rechnet man für die Reduktion des biologischen Sauerstoffbedarfes um 1 mg/1 mit einer Luftmenge von 30 bis 50 Litern.

Eine Berechnung der erforderlichen Luftmenge bzw. Lüftungszeit für eine vollständige Oxydation hat nur theoretischen Wert, da sich verschiedene organische Verbindungen mit

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dem molekularen Sauerstoff der Luft allein nicht oxydieren lassen und auch mit Mikroorganismen zusammen die Mineralisation lange Zeit in Anspruch nimmt. Eine Langzeitbelüftung ruft nicht nur gewaltigen baulichen, sondern auch betrieblichen Mehrkosten, die den tragbaren Rahmen bei weitem übersteigen. Bemerkenswert ist, dass bei den bekannten Nachbelüftungsanlagen mit der gewöhnlichen Luft zusätzlich auch eine beträchtliche Menge von Bakterien ins Wasser eingebracht werden.

Es ist ferner bekannt, dass Abwässer vor und nach den Kläranlagen in hygienischer Beziehung vielfach bedenklich sind. Sie enthalten neben riesigen Mengen von für den Menschen meist harmlosen, ubiquitären Mikroorganismen öfters pathogene Keime und Viren. Wiederholt nachgewiesen wurden insbesondere Darmbakterien der Typhus-, Paratyphus-, Enteritis- und Ruhr-Gruppe, Milzbrand- und Eitererreger sowie Bangbakterien und die Erreger der Tuberkulose, ferner die heimtückischen Listerien und Leptospiren, wie auch Viren vom hepatotropen, entero- und zum Teil auch neurotropen Typus.

So bildet jedes Gewässer, welches mit Abwasser (gereinigt oder nicht) kontaminiert wird, in epidemiologischer Beziehung eine grosse Gefahr. Zwar verlieren gewisse pathogene Keime im Vorfluter mit der Zeit ihre Virulenz, andere behalten sie oder können sich bei Anwesenheit gewisser Nährstoffe (z.B. Eiweiss) sogar vermehren, wie etwa die genannten Darmbakterien der Typhus-, Paratyphus-, Enteritis- und Ruhrgruppe, die Listerien und Leptospiren. Sporenbildner, wie z.B. die Milzbranderreger, sind ausserordentlich resistent und behalten ihre Virulenz über Wochen hinfort.

Wässer von Forflutern, die mit Abwasser vermischt worden sind, dürfen vom hygienischen Standpunkt aus nicht mehr ohne

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gründliche Entkeimung als Brauchwasser für Mensch und Tier verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, die geschilderten Schwierigkeiten zu überwinden. Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, die quantitative und qualitative leistung einer mechanisch-biologischen Abwasserreinigungsanlage mit verhältnismässig geringem Mehraufwand so zu verbessern, dass bei einer gegebenen baulichen Grosse der Anlage die einwandfreie Reinigung einer grösseren Menge des anfallenden ^ Abwassers ermöglicht ist und dabei der biologische Sauerstoffbedarf des die Anlage verlassenden Abwassers herabge- | setzt wird.

Es wurde nun gefunden, dass diese Aufgabe durch zwei Verfahrensweisen gelöst werden kann, die sowohl einzeln als vorzugsweise auch kombiniert zur Anwendung gelangen können.

Die eine erfindungsgemässe Verfahrensweise zur Lösung der genannten Gesamtaufgabe geht von dem Ziel aus, die Ausflockung der von Natur aus negativ geladenen organischen Kolloidpartikeln im rohen Abwasser mittels positiver Ionen zu begünstigen, ohne dass dem Abwasser zusätzliche, uner- %

wünschte oder gar schädliche Substanzen beigefügt werden, wie j dies bisher der Fall war. Das lässt sich erfindungsgemäss dadurch erreichen, dass zumindest in einen Teil des rohen Abwassers vor seinem Eintritt in das Vorklärbecken ein positiv ionisiertes Gas oder Gasgemisch eingeleitet wird. Durch diese Verfahrensweise lassen sich die kolloidalen Stoffe im rohen Abwasser mit verhältnismässig geringen Anlage- und Betriebskosten wirksam zur Ausflockung bringen, ohne das Abwasser mit zusätzlichen chemischen Substanzen, wie Salzen und Säuren, zu belasten. Demzufolge können die mechanischen und die biologi-

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sehen Reinigungsstufen der Abwasserreinigungsanlage besser ihre volle Wirkung entfalten.

Die angestrebte elektrische Neutralisation der Kolloidpartikeln kann bereits mit verhältnismässig geringen Mengen des ionisierten Gases oder Gasgemisches herbeigeführt werden. Eine grössere Menge positiver Gasionen würde eine elektrische Umladung der Partikeln auf positives Potential zur Folge haben, wodurch die Ausflockung wieder verhindert würde. Somit ist es zweckmässig, sowohl aus physikalischen als auch aus wirtschaftlichen Gründen, nur gerade soviel Gasionen in das Abwasser einzuleiten als für die Koagulierung und Ausflockung der Kolloidpartikeln erforderlich ist.

Es ist auch möglich, nur einen Teilstrom des dem Vorklärbecken zugeleiteten Abwassers mit einem ionisierten Gas oder Gasgemisch zu behandeln. In diesem Fall kann man eine Umladung der Kolloidpartikeln dieses Teilstromes auf positives Potential vornehmen, und zwar in solchem Masse, dass die gesamte elektrische ladung aller Kolloidpartikeln im Vorklärbecken kompensiert wird. Die positiv gewordenen Kolloidpartikeln und die negativ geladenen des nicht begasten Teiles des Abwassers ziehen sich gegenseitig an, was die Koagulation begünstigt.

Besonders vorteilhaft ist es, für die Begasung des rohen Abwassers ein sauerstoffhaltiges ionisiertes Gas oder Gasgemisch, wie z.B. ionisierten Sauerstoff (Ozon) oder ionisierte, ozonhaltige Luft, zu verwenden. Dann wird nicht nur das rasche Ausflocken der Kolloide erzielt, sondern zugleich auch das Abwasser mit Sauerstoff angereichert, gesättigt oder gar übersättigt, wobei der Sauerstoff mindestens zum Teil im Wasser gelöst wird. Zweckmässig sind die ionisierten Gasmoleküle mit ungeladenen Sauerstoffmolekülen gemischt.

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Aus wirtschaftlichen Gründen wird ionisierte Luft für die Begasung des Abwassers bevorzugt.

Erfolgt eine Uebersättigung des Abwassers mit Gas, so entspannt sich dieses anschliessend im Vorklärbecken und unterstützt dabei die Flotation von schwimm- und schwebefähigen Stoffen, wodurch deren Abscheidung vom Wasser erleichtert und gefördert wird. Der im Abwasser gelöste Sauerstoff wird im Vorklärbecken teilweise etwas herabgesetzt, aber niemals vollständig verbraucht; er gelangt daher mit dem Wasser in die biologisch wirkende Reinigungsstufe der Anlage, wo er ^ den aeroben und oxydativen Abbau der organischen Substanzen ™ sowie die Aufoxydation verschiedener anorganischer Verbindun- i gen unterstützt und beschleunigt. Der Sauerstoff erhöht daher die Wirkung des Belebtschlammes und den Wirkungsgrad der biologischen Reinigungsstufe, ohne dass ein zusätzlicher Aufwand für die Belüftung des Abwassers oder eine längere Verweilzeit desselben in der biologischen Reinigungsstufe erforderlich wären.

Da beim Arbeiten nach dem erfindungsgemässen Verfahren der grösste Teil der kolloidalen Substanzen bereits im Vorklärbecken aus dem Abwasser abgetrennt werden kann, ist das die biologische Reinigungsstufe verlassende Abwasser prak- J tisch frei von kolloidalen Stoffen, wodurch im anschliessenden Nachklärbecken eine schnelle und vollständige Trennung * des Belebtschlammes vom Wasser möglich ist. Der wiedergewonnene Belebtschlamm wiest folglich eine hohe Konzentration auf und gewährleistet bei seiner■Rückführung in die biologische Reinigungsstufe eine entsprechend hohe leistung der letzteren, da die Wirksamkeit des Belebtschlammes proportional zu seiner Konzentration ansteigt.

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Die Stoffabscheidung im Vorklärbecken kann noch gesteigert werden durch gleichzeitige Phosphatfällung. Zu diesem Zweck kann dem rohen Abwasser vor der Beimischung des ionisierten Gases oder Gasgemisches die erforderliche Menge Fällungsmittel, z.B. Eisen(III)Chlorid, beigegeben werden. Bei dem nachfolgenden Einbringen des ionisierten Gases oder Gasgemisches erfolgt dann zwangsläufig eine sehr intensive Durchmischung des Abwassers und der Fällungsmittel, so dass ein Hochstmass an Wirkung sichergestellt ist.

Die Ionisierung des dem Abwasser zuzuführenden Gases oder Gasgemisches kann mit Hilfe eines handelsüblichen Ionisators erfolgen. Die Beimischung des ionisierten Gases oder Gasgemisches zum Abwasser kann ebenfalls mittels bekannter Vorrichtungen geschehen, wie z_tB. Injektoren, Turbomischern usw.

Besonders vorteilhaft ist es, zum Durchführen des erfindungsgemässen Verfahrens eine Einrichtung zu benutzen, welche sich gemäss der Erfindung dadurch auszeichnet, dass in eine Zuleitung zum Vorklärbecken einer mechanisch-biologischen Abwasserreinigungsanlage eine Strahlpumpenvorrichtung eingeschaltet ist, durch welche wenigstens ein Teil des rohren Abwassers unter Druck hindurchströmt und an deren Saugstutzen ein Ionisator zum Ionisieren eines Gases oder Gasgemisches angeschlossen ist. Bei dieser Ausbildung wird das ionisierte Gas oder Gasgemisch durch Injektorwirkung selbsttätig in die Strahlpumpenvorrichtung eingesaugt, wo es sich mit dem eine hohe Turbulenz aufweisenden Abwasser innig mischt.

Die zweite erfindungsgemässe Verfahrensweise zur Lösung der gestellten Gesamtaufgabe besteht in einer Nachbehandlung des vorgeklärten Abwassers. Während es an sich bekannt ist,

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ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch in das vorgeklärte Abwasser einzuleiten, um dessen restlichen biologischen Sauerstoffbedarf herabzusetzen, wird nun erfindungsgemäss vorgeschlagen, ein ionisiertes sauerstoffhaltiges Gasgemisch in das geklärte Abwasser einzuleiten, während das Abwasser in turbulenter Strömung durch ein Leitungsstück mit geschlossenem Querschnitt hindurchgeleitet wird. Da die ionisierten Gasmoleküle, insbesondere die ionisierten Sauerstoffmoleküle (Ozon) starke Oxydationsmittel sind, ergibt sich eine bedeutende Steigerung des Oxydationsvorganges an den im geklärten Abwasser noch vorhandenen organischen Stoffen und virulenten patogenen Keimen, so ^ dass die Reinheit des Wassers beträchtlich verbessert und ™ sein biologischer Sauerstoffbedarf erheblich herabgesetzt wird. i

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante des Verfahrens wird das vorgeklärte Abwasser durch eine Strahlpumpenvorrichtung unter Druck hindurchgeleitet und das ionisierte Gasgemisch durch Injektorwirkung selbsttätig in die Strahlpumpenvorrichtung eingesaugt, wo es sich mit dem eine hohe Turbulenz aufweisenden Abwasser innig mischt und im Wasser weitgehend gelöst wird. Dadurch ist verhindert, dass Teile des Wassers, wie bei der offenen Belüftung, sich der Begasung entziehen können. Bei Verwendung eines Injektors mit Hochturbulenz kann bei einem Verhältnis von Luft zu Was- M ser 1:10, also 100 Liter Luft pro 1000 Liter Wasser, eine , Uebersättigung an Sauerstoff erreicht werden. Je nach dem "

verwendeten Druck im Zulauf und der Bauart der Strahlpumpe können bis zu 10 % des dargebotenen Sauerstoffes der Luft gelöst werden, d.h. es können pro Kubikmeter Luft ohne weiteres 25 bis 30 g Sauerstoff in das Wasser eingetragen und gelöst werden.

Da es sich gezeigt hat, dass gewisse organische Verbindungen mit Luft und Mikroben nicht schnell genug oxydiert

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werden können, verwendet das erfindungsgemässe Verfahren für die Nachbehandlung ebenfalls ein ionisiertes sauerstoffhaltiges Gasgemisch. Es wird z.B. luft verwendet, die zuvor einer Ionisator passiert hat und bei der ein möglichst grosser Teil des Sauerstoffes in Form von Ozon, ein Teil der anderen Gase, wie Stickstoff oder Wasserstoff, in Form ihrer Ionen vorhanden sind. Diese Ionen sind starke Oxydationsmittel. Vom Ozon weiss man, dass nur ganz wenige Stoffe seiner Oxydationswirkung zu widerstehen vermögen. Die ionisierte Luft wirkt also auf zweifache V/eise oxydierend:

a) Durch Ozon, das ja bekanntlich die meisten organischen Verbindungen anzugreifen vermag, sei es durch reine Oxydation (z.B. bei den gesättigten Kohlenwasserstoffen), durch Anlagerung an Doppel- und Dreifachbindungen oder durch Peroxydbildung (z.B. bei Aldehyden, Aether und Alkoholen).

Der Zerfall des Ozons erfolgt stufenweise, wobei Produkte in angeregtem Zustande anfallen, z.B.

O₃ » O₃ ⁺ + Q

O₂ ⁺ + O⁺ + θ

Die einzelnen Dissoziationsprodukte, also 0*, O₂ ⁺ und O⁺, sind starke Akzeptoren und reagieren entsprechend schnell.

b) Durch den Elektronenentzug der verschiedenen Gasionen. ψ Die positive Ueberschussladungen tragenden Ionen entziehen den Verbindungen des Substrates Elektronen, wie z.B.

_Fe ⁺⁺ - β" > Fe⁺⁺⁺

Cu⁺ - e~ — > Cu⁺⁺

Dies kommt einem Oxydationsvorgang gleich, was bedeutet, dass beim Begasen des Abwassers mit ionisierter Luft der Bedarf an Sauerstoff geringer ist als bei Verwendung von mole-

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kularem Sauerstoff und dass ferner die Oxydation sehr schnell verläuft, ja man kann sagen momentan. Es gelingt auf diese Weise nicht nur, den biologischen Sauerstoffbedarf, sondern auch den chemischen Sauerstoffbedarf bis auf Null zu reduzieren und das Abwasser mit Sauerstoff gesättigt oder gar übersättigt einem Gewässer zuzuleiten. Dadurch können die Säuerst off Verhältnisse eines jeden Vorfluters, sei es ein Bach, Fluss, Teich oder See, saniert werden. Das Selbstreinigungsvermögen wird durch das Einleiten solchermassen behandelten Abwassers zumindest beibehalten, meistens wesentlich verbessert. ^

In bakteriologischer Hinsicht findet gleichzeitig mit ^ der Oxydation der Abwasserbestandteile durch Ozon und Gasionen eine Entkeimung statt. Wird die Oxydation des Abwassers vollständig durchgeführt, so besteht auch volle Gewähr, dass sämtliche Keime, auch die Sporenbildner und Viren, restlos abgetötet sind. Solche Abwässer entlasten ein Gewässer wirksam und verbessern dieses derart, dass eine Wiederverwendung des Wassers zu Genusszwecken kein Problem mehr bildet.

Es ist mit diesem Verfahren auch möglich, jedes andere Wasser zu behandeln, mit Sauerstoff anzureichern oder zu sättigen und seine Sauerstoffzehrung zu beheben sowie es bakterio- M logisch einwandfrei zu gestalten. Ebenso eignet sich dieses Verfahren zur Aufarbeitung gewerblicher und industrieller Ab- " wasser.

Die beste quantitative und qualitative Leistungssteigerung einer mechanisch-biologischen Abwasserreinigungsanlage erzielt man durch die gleichzeitige Anwendung der beiden erfindungsgemässen Verfahrensweisen, weil dann beide ihren Anteil zur Lösung der gestellten Gesamtaufgabe beitragen.

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eines Ausführungsbeispieles

Die Erfindung wird nachstehend anhand /einer mechanischbiologischen Abwasserreinigungsanlage unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, in welcher die Abwasserreinigungsanlage schematisch veranschaulicht ist.

Die dargestellte Abwasserreinigungsanlage weist eine Zuleitung 10 auf, in welche eine Station 11 für die Beigabe von Fällmitteln für die Phosphatfällung, eine Druckpumpe 12 zum Fördern des Abwassers und eine Strahlpumpenvorrichtung

13 eingeschaltet sind, deren Ausgang zu einem Vorklärbecken

14 führt. An den Saugstutzen 15 der Strahlpumpenvorrichtung 13 ist ein Ionisator 16 angeschlossen, der zum Ionisieren von Luft aus der Atmosphäre dient.

Das Vorklärbecken 14 ist zur mechanischen Trennung des Abwassers von Fremdstoffen bestimmt. Ihm folgt ein Belüftungsbecken 17 für den biologischen Abbau von organischen Stoffen im Abwasser mit Hilfe von Belebtschlamm. An den Ausgang des Belüftungsbeckens 17 ist ein Nachklärbecken 18 zur mechanischen Trennung des Abwassers vom mitgeschwemmten Belebtschlamm angeschlossen.

Mit Vorteil, aber nicht notwendigerweise, sind in den Auslauf des Nachklärbeckens 18 eine Pumpe 19 und eine weitere Strahlpumpenvorrichtung 20 eingeschaltet, von welcher eine Rohrleitung 21 mit eingebauten Umlenkorganen zu einem nicht dargestellten Vorfluter führt, der ein offenes Gewässer natürlicher oder künstlicher Art sein kann. An den Saugstutzen 22 der Strahlpumpenvorrichtung 20 ist ein Ionisator 23 zum Ionisieren von sauerstoffhaltigem Gas, z.B. Luft, angeschlossen.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Abwasserreinigungsarfege ist unter Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Leistungsverbesserung beispielsweise wie folgt:

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Dem durch die Zuleitung 10 anfallenden kommunalen Abwasser setzt man in der Station 11 je Liter Abwasser 6 mg Fe⁵⁺ als Fällmittel für Phosphate zu. Mittels der Pumpe 12 wird das Abwasser anschliessend unter Druck durch die Strahlpumpenvorrichtung 13 gefördert. Infolge der Injektorwirkung der Vorrichtung 13 wird positiv ionisierte Luft vom Ionisator 16 angesaugt und mit dem Abwasser innig vermischt, das beim Durchlaufen der Vorrichtung 13 in starke Turbulenz versetzt wird. Ein Teil der dem Abwasser beigemischten Gasmoleküle und Gasatome liegt in Form positiver Ionen vor, Sauerstoff ausserdem in Form von Ozon. Das Mengenverhältnis von Flüssigkeit zu M ionisierter Luft liegt zwischen 20 t 1 und 5 ί 1. Durch die < positiven Gasionen wird die von Natur aus negative Ladung " der organischen Kolloidpartikeln im Abwasser neutralisiert, wodurch das Koagulieren und Ausflocken dieser Partikeln ermöglicht wird. Der in das Abwasser eingetragene Luftsauerstoff wird im Wasser gelöst, so dass dieses mit Sauerstoff übersättigt wird. Im Vorklärbecken 14 findet das Abwasser Gelegenheit, sich zu beruhigen, wobei sich das beigemischte Gas entspannt, soweit es nicht im Wasser gelöst ist. Die schwimm- und schwebefähigen Partikeln im Abwasser treiben an die Oberfläche, während die ausgeflockten Kolloide und die ausgefällten Phosphate sedimentieren.

Unter mechanischer Zurückhaltung der schwimmenden und i der sedimentierten Teile wird das Abwasser aus dem Vorklärbecken H in das Belüftungsbecken 17 geleitet, wo mit Hilfe des Belebtschlammes die organischen Stoffe des Abwassers biologisch abgebaut werden. Dieser Vorgang wird durch den im Wasser gelösten Sauerstoff wesentlich begünstigt und beschleunigt. Anschliesaend wird im Nachklärbecken 18 das Wasser von dem mitgeschwemmten Belebtschlamm mechanisch getrennt. Der hier anfallende Schlamm ist reich an biologisch wirksamen Bakterien und Protozoen und wird von Zeit zu Zeit in das Belüftungsbecken 17 zurückgebracht.

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Das aus dem Nachklärbecken 18 auslaufende Abwasser wird mittels der Pumpe 19 durch die zweite Strahlpumpenvorrichtung 20 gefördert und dort mit ionisierter Luft aus dem Ionisator 23 innig vermischt. Die Durchmischung von Wasser und ionisierter Luft wird in der Rohrleitung 23 mittels der darin eingebauten Umlenkorgane 24 aufrechterhalten. Durch die in das Abwasser eingebrachte ionisierte und ozonhaltige Luft werden die im Abwasser noch verbliebenen pathogenen Keime, Sporenbildner und Viren praktisch restlos abgetötet, und das Abwasser wird mit Sauerstoff angereichert oder gar gesättigt.

Als typisches Beispiel kann gesagt werden, dass häusli- W ches Abwasser, welches das Nachklärbecken 18 verlässt, einen biologischen Sauerstoffbedarf BSBt- ^v°n etwa 20 mg/1 aufweist. Dieses Abwasser wird in der Strahlpumpenvorrichtung 20 mit ionisierter Luft innig vermischt, die einen Ozongehalt von 1,8 mg/1 aufweist. Dabei kommen je 1000 Liter Wasser etwa 100 Liter ionisierte Luft zur Anwendung. Beim Verlassen der Rohrleitung 21 ist der BSBc-Wert des Wassers praktisch gleich Null, und der Ueberschuss an gelöstem Sauerstoff im Wasser liegt zwischen 7 und 8 mg/1. Die Keimzahl ist weniger als 10 pro Liter.

P In den Ionisatoren 16 und 23 wird die aus der Atmosphäre fc kommende Luft zweckmässig durch ein elektrisches Feld zwischen Elektroden hindurchgeleitet, die an eine Hochspannungsquelle angeschlossen sind, wobei die Luft ozonisiert und ionisiert wird. Jede der Strahlpumpenvorrichtungen 13 und 20 kann gegebenenfalls mehrstufig ausgebildet sein.

Das mit der beschriebenen Anlage und nach dem beschriebenen Verfahren behandelte Abwasser ist bakteriologisch einwandfrei und kann gegebenenfalls sogar zu Genusszwecken wieder

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verwendet werden. Durch das Beimischen eines positiv ionisierten Gases oder Gasgemisches zum Abwasser vor dessen Eintritt in das Vorklärbecken 14 lässt sich die Leistung der nachfolgenden mechanisch-biologischen Reinigungsanlage ganz beträchtlich steigern. Diese Leistungssteigerung kann bis zu 300 # betragen, wenn das ionisierte Gas oder Gasgemisch noch sauerstoffhaltig ist. Somit wird durch die vorliegende Erfindung ein erheblicher technischer Fortschritt auf dem Gebiet der Abwasserreinigung ermöglicht.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Verbesserung der Leistung einer mechanisch-biologischen Abwasserreinigungsanlage, die ein der mechanischen Reinigung des Abwassers dienendes Vorklärbecken aufweist für die Sedimentation von im Abwasser enthaltenen Schwebestoffen, wobei zum Herbeiführen einer Ausflockung der kolloidalen Stoffe die von Natur aus ein negatives Potential aufweisende elektrische Ladung der organischen Kolloidpartikeln im Abwasser mittels positiver Ionen wenigstens annähernd kompensiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einen Teil des rohen Abwassers vor seinem Eintritt in das Vorklärbecken ein positiv ionisiertes Gas oder Gasgemisch eingeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ionisierte Luft oder ionisierter Sauerstoff in das rohe Abwasser eingeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das ionisierte Gas oder Gasgemisch mit dem rohen Abwasser innig gemischt wird, während dieses in turbulenter Strömung durch ein Leitungsstück mit geschlossenem Querschnitt hindurchgeleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das rohe Abwasser unter Druck durch eine Strahlpumpenvorrichtung hindurchgeleitet und das ionisierte Gas oder Gasgemisch durch Injektorwirkung selbsttätig in die Strahlpumpenvorrichtung eingesaugt wird.

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5* Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem rohen Abwasser vor seiner Begasung mit dem ionisierten Gas oder Gasgemisch Phosphatfällmittel beigegeben werden.

6. Verfahren zur Verbesserung der Leistung einer mechanisch-biologischen Abwasserreinigungsanlage, wobei in das geklärte Abwasser ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein ionisiertes sauerstoffhaltiges Gasgemisch in das geklärte Abwasser eingeleitet wird, während das Abwasser in turbulenter Strömung durch m ein Leitungsstück mit geschlossenem Querschnitt hindurchgeleitet wird. I

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ionisierte, ozonhaltige luft in das geklärte Abwasser eingeleitet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das geklärte Abwasser durch eine Strahlpumpenvorrichtung unter Druck hindurchgeleitet und das sauerstoffhaltige, ionisierte Gasgemisch durch Injektorwirkung selbsttätig in die Strahlpumpenvorrichtung eingesaugt wird,

9. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem j oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Zuleitung (10) zum Vorklärbecken (14) einer mechanisch-biologischen Abwasserreinigungsanlage eine Strahlpumpenvorrichtung (13) eingeschaltet ist, durch welche wenigstens ein Teil des rohen Abwassers unter Druck hindurchströmt und an deren Saugstutzen (15) ein Ionisator (16) zum Ionisieren eines Gases oder Gasgemisches angeschlossen ist.

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10. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Nachklärbecken (18) einer mechanischbiologischen Abwasserreinigungsanlage eine Strahlpumpenvorrichtung (20) nachgeschaltet ist, durch welche das geklärte Abwasser unter Druck hindurchströmt und an deren Saugstutzen (22) ein Ionisator (23) zum Ionisieren eines sauerstoffhaltigen Gasgemisches angeschlossen ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Strahlpumpenvorrichtung (20) zu einem offenen Vorfluter führende Rohrleitung (21) Umlenkorgane (24) enthält.

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