DE19651578A1

DE19651578A1 - Verfahren zum Betrieb einer Kläranlage

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Publication number: DE19651578A1
Application number: DE19651578A
Authority: DE
Original assignee: TESMA GES fur ANLAGENTECHNIK; Wayss and Freytag AG
Current assignee: TESMA GES fur ANLAGENTECHNIK; Wayss and Freytag AG
Priority date: 1996-12-12
Filing date: 1996-12-12
Publication date: 1998-06-18

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer biologischen Kläranlage zur Reinigung häuslichen Abwassers, wie es im Anspruch 1 beschrieben ist.

Kläranlagen für häusliche Abwässer werden vorwiegend als Durchlaufanlagen mit den Verfahrensschritten Nitrifikation, Denitrifikation und Nachklärung in Straßen geplant. Wenn ein gleichbleibender Reinigungseffekt verlangt wird, muß für den Fall des Ausfalls einer Klärstufe ein Ersatzbecken zur Sicherheit bereit stehen. Da in den Becken das Abwasser der verschiedenen Stufen unterschiedliche Verweilzeiten hat und unterschiedlich behandelt wird, sind für die einzelnen Becken einer Klärstraße unterschiedliche Größen und Ausrüstungen notwendig. In der Regel wird deshalb in üblichen Kläranlagen für jeden Beckentyp ein Ersatzbecken vorgehalten. Je geringer die Anzahl der Klärstraßen eines Klärwerks ist, desto höher wird der anteilige Aufwand für die Ersatzstraße bei einer Kläranlage, am höchsten demgemäß bei kleinen Anlagen, wenn überhaupt nur eine Klärstraße erforderlich wäre.

Aufgabe der Erfindung ist es, besonders für kleine Anlagen, einen einstraßigen Anlagentyp zu entwickeln, mit der sich trotzdem bei Ausfall eines Beckens im Störungsfall die volle Klärleistung erbringen läßt.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren für den Betrieb einer Kläranlage, wie es im Anspruch 1 beschrieben ist.

Nach Anspruch 1 wird eine herkömmliche Durchlaufanlage mit Hilfe zusätzlicher Vorrichtungen für einen Betrieb nach dem ebenfalls bekannten SBR- (Sequencing Batch Reactor) Verfahren ausgerüstet. Bei diesem Verfahren werden alle Klärstufen eines Klärablaufs in ein und demselben Becken an einem festen Abwasservolumen hintereinander durchgeführt. Während eines Klärablaufs kann kein Abwasser zulaufen. Es muß in dieser Zeit in einem Pufferbehälter gepuffert werden. Für das SBR-Verfahren sind daher nur zwei Becken erforderlich, also ein Becken weniger als bei einer herkömmlichen Durchlaufanlage für häusliches Abwasser. Stattet man eine einstraßige Durchlaufanlage erfindungsgemäß in zwei Becken mit den zusätzlichen Vorrichtungen aus, die zum Betrieb dieser Becken im SBR-Verfahren erforderlich sind, so genügt die einfache Beckenausstattung der Durchlaufkläranlage auch in allen Störfallen, in denen ein Becken ausfällt, für die nach den gängigen Betriebsvorschriften Betriebssicherheit gewährleistet werden muß. Die im Störungsfall benötigte Verfahrensweise ist in den Ansprüchen 2-5 beschrieben. Anspruch 6 gibt eine Betriebsweise für eine erfindungsgemäße Anlage an, mit der die Durchsatzleistung sogar zeitweise verdoppelbar ist.

In den Ansprüchen 6-12 sind die Vorrichtungen beschrieben mit denen die übliche einstraßige Durchlaufkläranlage zusätzlich ausgerüstet sein muß, damit sie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betreibbar ist.

Eine nach dem SBR-Verfahren betreibbare Anlage, d. h. jedes im SBR-Verfahren betriebene Becken muß alle für den gesamten Klärablauf benötigten Vorrichtungen aufweisen. Diese sind eine Belüftung zum BSB-Abbau und zur Nitrifikation des Abwassers, eine Rühranlage für die Umwälzung des Abwassers, einen Abzug des Klärschlamms sowie einen besonderen die Klärflüssigkeit möglichst nicht verwirbelnden Abzug für das geklärte Wasser.

Diese Ausrüstung ist in den verschiedenen Becken je z. T. bereits für das Durchlaufverfahren vorhanden bzw. es kann die vorhandene Ausrüstung für die zusätzliche Aufgabe mitbenutzt werden: z. B. der Räumer im Nachklärbecken als Rührwerk, so daß die zusätzlichen Kosten für die zusätzliche Ausrüstung für das SBR- Verfahren wesentlich geringer bleiben als die Anlage einer zweiten Klärstraße bei den für das erfindungsgemäße Verfahren in Frage kommenden kleinen Anlagen.

Eine zweckmäßige Ausbildung einer Abzugsvorrichtung von geklärtem Wasser aus den Becken nach dem SBR-Verfahren ist in Anspruch 13 beschrieben. Das Pumpwerk ist vorteilhaft so angeordnet, das beide Dekantierungen in dasselbe Pumpenbecken entleeren.

Die Erfindung wird anhand der Fig. 1-7 erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine einstraßige Durchlaufkläranlage, die in herkömmlicher Bauweise mit Verteiler 2, Denitrifikation 3, Nitrifikation 4 mit Rührer 9 und Belüfter 10, Nachklärung 5 mit Überlaufrinne 15 sowie Raumer 12 mit Rücklaufschlammpumpe 26 und Ablaufmessung 6 ausgerüstet ist und in bekannter Weise im Durchlaufverfahren betrieben werden kann. Das Rohabwasser fließt in der Leitung 1 der Anlage zu und durchläuft die einzelnen Komponenten 2, 3, 4, 5, 6 nacheinander durch Leitungen 16, 18, 19, 28 zum Auslauf 29. Zum Betrieb einer üblichen Durchlaufanlage gehören die Vorrichtungen zum Rückpumpen mit Pumpe 8 und Leitung 20 sowie außer der Pumpe 26 die Leitungen 13 und 14. Diese einstraßige Anlage ist, um sie bei Ausfall einer Beckeneinheit, - was den Gesamtausfall der herkömmlichen Anlage bedeutet -, trotzdem sicher weiterbetreiben zu können, erfindungsgemäß zusätzlich mit der Technik zum Betrieb nach dem SBR (Sequencing Batch Reactor)-Verfahren ausgestattet. Diese zusätzliche Ausstattung besteht in dem Einbau von Belüftern 25 am Räumer 12 in der Nachklärung 5 und eines Pumpen schachtes 7 mit je einem Dekanter 11 aus dem Nitrifikationsbecken 4 und dem Nachklärbecken 5 sowie zusätzlichen Leitungen 17, 21, 22, 23, 24 zwischen den verschiedenen Komponenten der Anlage.

Fig. 2

In Fig. 2 ist der Betrieb der erfindungsgemäßen Anlage als herkömm liche Durchlaufkläranlage mit Rundbecken dargestellt, die eine Nährstoff elimination mit Nitrifikation und vorgeschalteter Denitrifikation aufweist. Das mechanisch vorgereinigte Rohabwasser fließt der Anlage über die Zulaufleitung 1 und den Verteiler 2 im Freigefälle zu. Vom Verteiler 2 fließt das Abwasser über eine Leitung 16 zunächst in die vorgeschaltete Denitrifikation 3. In den Verteiler 2 fließt ebenfalls der Rücklaufschlamm 13 aus der Nachklärung 5. Der Überschußschlamm wird durch die Leitung 14 hier abgezogen. Im Denitrifikationsbecken 3 wird Rohabwasser mit Rücklaufschlamm und nitratreichen Rezirkulations wasser aus der Nitrifikation 4 vermischt. Das Rezirkulationswasser fließt über eine Rezirkulationsleitung 20 und eine Rezirkulationspumpe 8 aus der Nitrifikation 4 in die Denitrifikation 3. Hier entziehen heterotrophe Bakterien aus dem Rücklaufschlamm im anoxischen Milieu bei Anwesenheit von leicht abbaubaren Kohlenstoffverbindungen aus dem Rohabwasser dem Nitrat, NO₃, den Sauerstoffanteil. Der verbleibende elementare Stickstoffgast aus dem Wasser in die Atmosphäre aus. Über eine Verbindungsleitung 18 fließt das Abwasser-Belebtschlammgemisch der Nitrifikation 4 zu. Hier wird über Belüfter 10 und Rührer 9 ein aerobes Milieu hergestellt, in dem BSB abgebaut und Ammonium, NH₄, über Nitrit, NO₂, zu Nitrat, NO₃, oxidiert wird. Von dem Becken der Nitrifikation 4 fließt das Abwasser über die Rezirkulationsleitung 20 einerseits zurück in die Denitrifikation, andererseits über eine Leitung 19 in das Nachklärbecken 5. Im Nachklärbecken wird das gereinigte Abwasser vom Belebtschlamm getrennt. Das gereinigte Abwasser fließt über die Überlaufrinne 15 der Ablaufmessung 6 zu und verläßt die Kläranlage. Der Belebtschlamm wird über eine Räumeinrichtung 12 und eine Leitung 13 als Rücklauf- und Überschußschlamm mit einer Pumpe 26 zurückgefördert in den Verteiler 2. Bei Reparatur, Wartung oder Störung in einem Becken müßte die Gesamtanlage außer Betrieb genommen werden.

Fig. 3

In Fig. 3 wird der Betrieb der Anlage bei Ausfall des Beckens der vorge schalteten Denitrifikation 3 gemäß Anspruch 4 dargestellt. Das Rohab wasser 1 fließt über den Verteiler 2, gemeinsam mit dem Rücklauf schlamm 13 über die Umfahrungsleitung 17 dem Nitrifikationsbecken 4 direkt zu. Das Becken wird in diesem Fall nach dem Verfahren der simultan intermittierenden Nitri- und Denitrifikation betrieben. Die zur Stickstoffelimination benötigten aeroben und anoxischen Zustände werden hierbei zeitlich nacheinander - intermittierend - im gleichen Becken - simultan - hergestellt. Dies wird durch den unterschiedlichen Betrieb von Belüftern 10 und Rührern 9 erreicht. Im belüfteten Zustand, aeroben Milieu, wird nitrifiziert und im unbelüfteten Zustand, anoxischen Milieu, wird denitrifiziert. Über die Rührer 10 wird verhindert, daß sich der Belebtschlamm am Boden ablagert. Aus dem Nitri- und Denitrifikations becken 4 fließt das Abwasser- und Belebtschlammgemisch der Nach klärung 5 zu und wird hier, wie in Fig. 2 beschrieben, voneinander getrennt.

Durch die Anordnung der Umfahrungsleitung 17 kann bei Ausfall der Denitrifikation die Anlage sicher, jedoch mit verminderter Leistung, weiterbetrieben werden.

Fig. 4

In Fig. 4 wird der Betrieb der Anlage bei Ausfall des Nitrifikationsbeckens 4 gemäß Anspruch 3 dargestellt. Ohne erfindungsgemaße Ausrüstung würde bei einer einfachen Durchlaufanlage dieser Ausfall zum Gesamt ausfall der Kläranlage führen, da keine Möglichkeit bestünde, das Abwasser zu belüften. In diesem Fall kommt erfindungsgemäß die SBR- Technik zum Einsatz.

Das Rohabwasser 1 fließt über den Verteiler 2 und die Rücklauf schlammleitung 13 der teilweise geleerten Nachklärung 5 zu. Dieses Becken wird als SBR betrieben. Während des Befüllvorgangs wird das Abwasser-Belebtschlammgemisch abwechselnd belüftet und gerührt. Die Belüftung erfolgt über zusätzlich installierte Belüfter 25 (wahlweise fest oder nur im Bedarfsfall installiert) am Räumer 12. Die Rührwirkung wird durch den schnellaufenden Raumer und die als Umwälzpumpe arbeitende Rücklaufschlammpumpe 26 erreicht. Dadurch wird das Rohab wasser, wie in Fig. 3 beschrieben, zeitlich nacheinander, simultan intermittierend, nitri- und denitrifiziert. Gleichzeitig wird BSB abgebaut. Sobald das Becken 5 komplett gefüllt ist, wird das Rohabwasser 1 vom Verteiler 2 über die Leitung 16 in das als Puffer dienende Denitrifikations becken 3 geleitet. Absetzvorgänge im Puffer 3 werden über ein Rühr werk 8 ausgeschlossen. Nach Füllung des SBR-Reaktors 5 und Umleiten des Rohabwassers in den Puffer 3 wird im SBR 5 zunächst weiter nitri- und denitrifiziert bis sichergestellt ist, daß kein ungereinigtes Abwasser ablaufen kann. Danach werden Belüfter 25, Pumpe 26 und Rührer 12 abgestellt und der Belebtschlamm sedimentiert zum Boden des SBR 5. Nach Abschluß der Sedimentation wird das oben verbleibende Klarwasser über einen Dekanter 11 in das Ablaufpumpwerk 7 vorsichtig abgezogen. Schwimmstoffe werden über eine am Dekanter installierte Tauchwand 68 zurückgehalten. Das gereinigte Abwasser wird vom Pumpwerk 7 über eine Druckleitung 22 zur Ablaufmessung 6 gepumpt. Ist der Dekanier vorgang abgeschlossen (das Becken wird ca. zur Hälfte geleert) wird das Becken wieder geschlossen, der Rohwasserzulauf wieder umgestellt und der Zyklus, auch Takt, von Befüllen, Belüften, Rühren, Sedimentieren, Dekantieren und Abpumpen beginnt von Neuem (bis zu sechsmal am Tag). Während des Befüllens des SBR's wird über eine Entleerungs leitung 21, dem Pumpwerk 7 und eine Verbindungsleitung 24 der Puffer 3 wieder entleert.

Durch Umstellung vom Durchlauf- auf Aufstau- und Entleerungsbetrieb (SBR) bleibt die Leistung der Kläranlage in vollem Maß erhalten, da das fehlende Volumen über die mehrmaligen Takte ausgeglichen wird.

Fig. 5

In Fig. 5 wird der Ausfall des Nachklärbeckens 5 dargestellt. Wie in Fig. 4 beschrieben, würde auch dieser Ausfall bei einer einfachen Durch laufanlage zum Gesamtausfall der Kläranlage führen, da keine Möglichkeit der Trennung von Abwasser und Belebtschlamm mehr bestünde. Erfindungsgemäß kommt auch hier die SBR-Technik zum Einsatz. Das Rohabwasser 1 fließt über die Umfahrungsleitung 17 der teilweise geleerten Nitrifikation 4 zu. Dieses Becken wird als SBR betrieben. Der Vorgang gleicht den beschriebenen Zyklen (Takten) von Fig. 4, nur, daß hier die ohnehin installierten Belüfter 10 und Rührer 9 eingesetzt werden.

Auch in diesem Fall bleibt die volle Leistung der Kläranlage über die mehrmaligen Takte erhalten.

Fig. 6

In Fig. 6 wird die in Fig. 1 beschriebene Rundbeckenanlage als in einem gemeinsamen Baukörper zusammengefaßte Beckenlandschaft in Recht eckbauweise dargestellt. Signifikante Unterschiede existieren nicht, jedoch werden diverse Leitungen ersetzt durch einfache verschließbare Wand durchbrüche. Dies ist möglich, da die Rechteckbauform eine Doppel nutzung der Wände zuläßt.

Fig. 7

In Fig. 7 wird die spezielle Dekantiereinrichtung 11 nach Anspruch 13 für SBR-Betrieb und das Ablaufpumpwerk 7 dargestellt. Die Dekantier- und Verschlußeinrichtung 11 ist ein modifizierter Langplattenschieber.

Erfindungsgemäß besteht dieser aus folgenden Hauptbestandteilen:
Schieberplatte 67, Schieberrahmen 66, Schieberantrieb 69, vorgesetzte Tauchwand 68.

Durch langsames Herunterfahren der Schieberplatte 67 mit vorgesetzter Tauchwand 68 wird das Klarwasser in das Pumpwerk 7 abdekantiert und durch schnelles Hochfahren werden die SBR's wieder geschlossen. In dem Pumpwerk 7 sind Pumpen 60 installiert, die in Leitungen 22, 23, 24 zu Ablaufmessung 6 bzw. zur Nitrifikation 4 (SBR I) oder Nachklärung 5 (SBR II) fördern.

Claims

1. Verfahren zum Betrieb einer einstraßigen biologischen Kläranlage zur Reinigung häuslicher Abwässer, vorwiegend im Durchlaufverfahren, bei dem mindestens drei Becken (3, 4, 5) für die hintereinander angeordneten Reinigungsstufen Denitrifikation (3) (Puffer), Nitrifikation (4) mit Belüftung, Nachklärung (5) mit Bodenräumung nacheinander vom Abwasser durchlaufen werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfall eines der drei Becken für den Durchlaufbetrieb die Reinigung des Abwassers temporär nach dem SBR- (Sequencing Batch Reactor) Verfahren in den beiden jeweils verbleibenden Becken durchführbar ist und die Anlage vorsorglich dafür zusätzlich ausgelegt und mit den erforderlichen betrieblichen Vorrichtungen ausgerüstet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß bei Ausfall des Nachklärbeckens (5) und temporärem Betrieb der Anlage im SBR-Verfahren das Denitrifikationsbecken (3) als Pufferbecken während des Ablaufes eines Reinigungstaktes im Nitrifikationsbecken (4) dient und
- daß das Abwasser im Nitrifikationsbecken (4) portionsmäßig mit bestimmten festen Abwasservolumen in sich wiederholenden Zeit takten mit Befüllen, Belüften, Rühren, Absetzen des Schlamms und Abziehen des geklärten Wassers aus dem Spiegelbereich über ein Pump werk geklärt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß bei Ausfall des Nitrifikationsbeckens (4) und temporärem Betrieb der Anlage im SBR-Verfahren das Denitrifikationsbecken (3) als Puffer während des Ablaufes eines Reinigungstaktes im Nachklärbecken (5) dient und
- daß das Abwasser im Nachklärbecken (5) portionsmäßig mit bestimmten festen Abwasservolumen in sich wiederholenden Zeittakten mit Befüllen, Belüften, Rühren durch Umwälzen mit dem Raumer (12), Absetzen des Schlamms und Abziehen des geklärten Wassers aus dem Spiegelbereich über ein Pumpwerk (7) geklärt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfall der Denitrifikation (3) in dem Becken Nitrifikation (4) gemeinsam nitri- und denitrifiziert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch gleichzeitiges Betreiben des Nitrifikations- und des Nachklärbeckens (4, 5) nach dem SBR-Verfahren die Durchsatzmenge des Abwassers in der Kläranlage temporär etwa verdoppelbar ist und Stoßzeiten des Abwasseranfalls auffangbar sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klärabläufe in den beiden SBR-betriebenen Becken (4, 5) zeitlich gegeneinander so versetzt geführt werden, daß das Puffervolumen des Denitrifikations-(Puffer)- Behälters (13) möglichst kontinuierlich und optimal ausgenutzt ist.

7. Durchlauf-Kläranlage zur Durchführung eines der Verfahrens nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Nachklärbecken (5) eine Belüftung (25) sowie eine Umwälzung (12) und zwischen dem Nitrifikations- und dem Nachklärbecken ein Pumpwerk (7) mit verschließbaren abgestuften Zuläufen (11) aus den beiden Becken in das Pumpwerk aufweist.

8. Durchlauf-Kläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausläufe aus dem Nitrifikationsbecken (4) und dem Nachklärbecken (5) in das Pumpwerk (7) Dekantiereinrichtungen (11) sind.

9. Durchlauf-Kläranlage nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekenn zeichnet, daß die zusätzliche Belüftung (25) im Nachklärbecken (5) auf der Räumerbrücke (12) angeordnet ist.

10. Durchlauf-Kläranlage nach einem der Ansprüche 7-9, dadurch gekenn zeichnet, daß die Becken für Nitrifikation (4) und Nachklärung (5) etwa gleich groß und gleich tief sind.

11. Durchlauf-Kläranlage nach einem der Ansprüche 7-10, dadurch gekenn zeichnet, daß die Becken (3, 4, 5) vornehmlich rund und getrennt angeordnet sind.

12. Durchlauf-Kläranlage nach einem der Ansprüche 7-10, dadurch gekenn zeichnet, daß die Becken (3, 4, 5) vornehmlich eckig und in einem gemeinsamen Bauwerk zusammen gefaßt sind.

13. Durchlaufkläranlage nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekenn zeichnet, daß die Dekantieranlage (11) ein Langplattenschieber ist, der eine Schiebertafel (67) mit integrierter Tauchwand (68) aufweist, die in einem Schieberrahmen (66), der sich über die gesamte Beckenhöhe erstreckt und eine geregelte Spiegelsenkung über etwa die obere halbe Beckenhöhe zuläßt, geführt ist und von einem Regelantrieb bewegt wird.