DE19842332B4 - Vorrichtung zur biologischen Reinigung von Abwasser - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur biologischen Reinigung von Abwasser in einem Reaktor (10), wobei ein Abwassergemisch als Substrat für eine Biomasse mit Gas vermischt und angereichert wird und ein biologischer Abbau der Verunreinigungen erfolgt, mit folgenden Merkmalen: a) in einem Behälter (11) ist eine untere Zone, nämlich eine Transportzone (14) vorgesehen, in der das Abwasser inklusive der Biomasse mit Gas vermischbar ist, b) in einer oberen Zone des Behälters (11), nämlich in einer Reaktionszone (15), sind die Verunreinigungen abbaubar, c) zwischen der Transportzone (14) und der Reaktionszone (15) ist eine Querschnittsverengung vorgesehen, d) in der Transportzone (14) ist ein Schlaufenrohr angeordnet, e) über eine Düse (28) ist Flüssigkeit aus einem Rücklauf (19) und/oder Zulauf (12) in den Behälter (11) einbringbar, f) in der Reaktionszone (15) ist ein weiteres Schlaufenrohr angeordnet, g) als ein Mittel zur Rückführung von Flüssigkeit aus der Reaktionszone (15) in die Transportzone...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur biologischen Reinigung von Abwasser in einem Reaktor, wobei ein Abwassergemisch als Substrat für eine Biomasse mit Gas vermischt und angereichert wird und ein biologischer Abbau der Verunreinigungen erfolgt, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Die biologische Reinigung von Abwasser erfolgt in einem Reaktor durch Vermischen des Abwassers mit Luft oder Sauerstoff und anschließendem Abbau der Verunreinigungen. Das Verfahren läuft kontinuierlich ab.
  • Von Bedeutung für den Wirkungsgrad des Verfahrens bzw. der verwendeten Anlage ist der Energieaufwand beim Einbringen der Gasphase zur Sauerstoffversorgung, die innige Vermischung der Gasphase mit der Flüssigkeit (das In-Lösung-Gehen) und Biomasse und die Abbaugeschwindigkeit.
  • Aus der DE 41 12 377 A1 ist ein Kompaktreaktor für die Aerobe biologische Abwasserreinigung bekannt, bei dem in einem oberen Bereich einer aufwärts gepumpten Flüssigkeit Gas zugeführt wird und anschließend die Flüssigkeit abwärts strömt.
  • Aus der US 4,663,044 ist eine Abwasserbehandlungsanlage bekannt mit in einer Ebene nebeneinanderliegenden Klärbecken, die miteinander verbunden sind und jeweils im Bodenbereich über ein Gebläse belüftet werden.
  • Die DE 30 05 115 A1 zeigt einen Begasungsreaktor für Gas-Flüssigkeits-Reaktionen, mit einem Umlaufrohr und einer darüber angeordneten Ansaugeinheit. Im Reaktor befindet sich Flüssigkeit etwa bis über die Höhe des Umlaufrohres. Darüber ist eine Schaumzone mit der genannten Ansaugeinheit vorgesehen. Teil der Ansaugeinheit ist auch eine Mischdüse, über welche der Schaum abwärts in die Flüssigkeit und das Umlaufrohr zurückströmt. Die Mischdüse wird gespeist aus einer Förderleitung für Flüssigkeit und einer Zusatzleitung für Gas. Der Schaum wird in der Mischdüse mitgerissen.
  • Die DE 42 13 015 A1 zeigt einen Anaerobreaktor für die Erzeugung von Biogas. Ein turmförmiger Reaktor weist entlang seiner Höhe mehrere Gassammelräume auf, mit denen entstehendes Biogas gesammelt und abgefördert werden kann. Ein Kompressor dient der Zufuhr von zusätzlichem Gas zum Anfahren des Reaktors, weil zu diesem Zeitpunkt die Gasproduktion im Reaktor noch nicht ausreichend ist.
  • Die AT 377 498 zeigt einen Schlaufenreaktor, mit einem Reaktorraum, in dem ein Flüssigkeitsgemisch schlaufenförmig bewegt wird, nämlich mittig durch ein rohrförmiges Leitorgan nach unten und ringförmig um dieses herum nach oben. Im Leitorgan ist eine Zufuhr für umgewälzte Flüssigkeit, frisches Abwasser und/oder Luft angeordnet. Dabei ist die Ausströmrichtung abwärts gerichtet. Oben im Reaktor ist außerdem eine Lochplatte vorgesehen, welche einen oberen Teil des Reaktors für eine Nachreaktion abtrennt. Durch die Lochplatte werden Vermischungen mit dem schlaufenförmig bewegten Gemisch vermieden. Ein strömender Austausch zwischen der oberen Zone für die Nachreaktion und dem Reaktorraum im Übrigen findet nicht statt.
  • Die DE 15 57 018 offenbart eine Vorrichtung zum Vermischen von Gasen mit Flüssigkeiten. Über eine Düse strömen Gas und Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit in einen Impulsaustauschraum innerhalb eines Behälters. Die Vermischung bzw. Absorption des Gases soll bei Austritt der Strömung aus dem Impulsaustauschraum abgeschlossen sein. Anschließend strömt die Flüssigkeit aufwärts in Richtung auf eine Behälteroberseite.
  • Aus SCHLÜTER, M., RÄBIGER, N.: Reinigung organisch hochbelasteter Abwässer mit dem Strahlzonen-Schlaufenreaktor (SZR). In: Wasser Abwasser Praxis, Jahrgang 6, Heft 5 (1997), Seiten 48, 50 und 51 ist eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bekannt. Problematisch hierbei ist die Gefahr der Verstopfung beim Fördern der Flüssigkeit aus der Reaktionszone in die Transportzone.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Förderung der Flüssigkeit zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
  • Weitere Merkmale der Erfindung sind der Beschreibung im übrigen und den Ansprüchen entnehmbar. Erfindungsgemäß ist ein Reaktor mit einem oberen Schlaufenrohr in einer oberen Reaktionszone und einem unteren Schlaufenrohr in einer unteren Transportzone ausgebildet, wobei zwischen den beiden Zonen eine Düse angeordnet ist, in der Flüssigkeit aus dem Rücklauf und/oder Abwasser aus dem Zulauf Flüssigkeit aus dem oberen Schlaufenrohr mitreißt und in die Transportzone fördert. Die Düse ermöglicht auf einfache Weise eine Überführung zusätzlicher Flüssigkeit aus der Reaktionszone in die Transportzone.
  • Mit der Erfindung ist es erstmals möglich, diskontinuierliche, dynamische Anlaufprozesse in voneinander getrennten Zonen einzustellen. So können in einer Zone aerobe und in der anderen Zone anaerobe Prozesse ablaufen. Dies ist besonders günstig für den biologischen Abbau von stark oxydierten Substanzen im Zusammenhang mit der Abwasserreinigung.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein Schaubild eines Schlaufenreaktors mit zwei Zonen,
  • 2 einen Querschnitt einer in dem Schlaufenreaktor verwendeten Düse,
  • 3 eine Unteransicht der Düse gemäß 2,
  • 4 ein Schaubild einer anderen Ausführungsform eines Schlaufenreaktors,
  • 5 ein Schaubild einer nochmals anderen Ausführungsform eines Schlaufenreaktors.
  • Es wird zunächst Bezug genommen auf die 1 bis 3. Ein Reaktor 10, bestehend aus einem aufrechten zylindrischen Behälter 11 wird über einen Zulauf 12 mit Abwasser und Biomasse versorgt. Das weitgehend gereinigte Wasser tritt über einen Ablauf 13 aus dem Behälter 11 aus.
  • Der Reaktor 10 ist unterteilt in eine untere Transportzone 14 (kurze Verweilzeit) und eine obere Reaktionszone 15 (längere Verweilzeit). Die genannten Zonen sind getrennt durch eine Schleuse oder Querschnittsverengung, im vorliegenden Fall ein quer zur Hochlängsachse des Reaktors angeordnetes Trennblech 16. Dieses ist etwa zentral im Behälter 11 angeordnet und erstreckt sich nicht vollständig über den Querschnitt des Behälters, so daß eine Flüssigkeitsströmung von der Transportzone 14 in die Reaktionszone 15 stattfinden kann. Die Strömung ist durch die Pfeile 17 gekennzeichnet. Der Zulauf 12 ist an die Transportzone 14 angeschlossen, während der Ablauf 13 nahe einer Behälteroberwand 18 (auf möglichst hohem Niveau) aus dem Behälter 11 herausführt.
  • Reaktionszone 15 und Transportzone 14 sind weiterhin über einen Rücklauf 19 miteinander verbunden. Dieser entnimmt dem Behälter 11 teilweise gereinigtes Wasser über einen Strahlüberlauf 20 nahe der Oberwand 18 und auf einem Niveau unterhalb des Ablaufs 13. Der Rücklauf 19 wird mit dem Zulauf 12 vor Eintritt desselben in den Reaktor 10 vermischt. Der Mischpunkt ist mit der Ziffer 21 bezeichnet. Stromabwärts des Mischpunkts 21 ist eine Zulaufpumpe 22 vorgesehen.
  • Entsprechend der über den Zulauf 12 zugeführten Flüssigkeitsmenge tritt gereinigtes Wasser über den Ablauf 13 aus dem Reaktor 10 aus. Daneben findet eine Kreisströmung statt, nämlich über die Pumpe 22, die Transportzone 14, die Strömung 17, die Reaktionszone 15 und den Rücklauf 19.
  • In der Transportzone ist eine Begasungseinheit 23 angeordnet. Über diese wird Gas, etwa Luft oder Sauerstoff, in die Flüssigkeit eingebracht. Die Gaszufuhr kann über einen nicht gezeigten Düsenstrahl erfolgen.
  • Innerhalb der Transportzone 14 wird die Flüssigkeit in einer umlaufenden Strömung zur innigen Vermischung mit dem Gas und zum Lösen desselben bewegt. Hierzu ist im unteren Teil des Behälters 11 ein unteres Einsteckrohr 24 bzw. Schlaufenrohr vorgesehen. Die Flüssigkeit strömt im Inneren des Einsteckrohres 24 abwärts und außerhalb desselben wieder nach oben, siehe Pfeile 25. Die Begasungseinheit 23 ist unterhalb des Einsteckrohres 24 angeordnet,
  • In der Reaktionszone 15 findet ebenfalls eine Kreisströmung der Flüssigkeit statt. Hierzu ist im oberen Teil des Behälters 11 ein oberes Einsteckrohr 26 bzw. Schlaufenrohr aufrecht eingesetzt. Die Flüssigkeit strömt wiederum im Einsteckrohr 26 abwärts und außerhalb des Rohres aufwärts, siehe Pfeile 27.
  • Die beschriebenen Aufwärtsströmungen (Pfeile 25 und 27) werden gefördert durch die aus der Begasungseinheit 23 austretenden Gasblasen und die sich zwischen den Zonen 14, 15 einstellende Aufwärtsströmung, siehe Pfeile 17. Darüber hinaus ist im Bereich des Trennblechs 16 eine Besonderheit vorgesehen, nämlich eine Düse 28. In dieser wird die von der Pumpe 22 geförderte Flüssigkeit abwärts in das untere Einsteckrohr 24 verströmt, siehe Pfeil 29. Dabei wird Flüsigkeit aus dem oberen Einsteckrohr 26 mitgerissen, siehe Pfeil 30. Die entlang des Pfeils 30 strömende Flüssigkeit wird auch als Verbindungsstrom 31 bezeichnet.
  • Der genauere Aufbau der Düse 28 ist in den 2 und 3 dargestellt. Der Verbindungsstrom 31 kann über einen offenen Eintritt 32 in die Düse 28 gelangen. Zulauf 12 bzw. Rücklauf 19 sind an einen Düseneinlauf 33 angeschlossen. Ein Düsenauslaß ist mit der Ziffer 34 bezeichnet. Die über den Düseneinlauf 33 eintretende Flüssigkeit gelangt über weiter unten beschriebene Mittel in Richtung auf den Düsenauslaß 34 und reißt dabei die Flüssigkeit des Verbindungsstroms 31 mit und in die Transportzone hinein.
  • Der Düsenauslaß 34 weist zwei ineinander angeordnete, konzentrische Rohre auf, nämlich ein inneres kurzes Rohr 35 für den offenen Eintritt 32 und ein äußeres längeres Rohr 36 als Begrenzung für den Düsenauslaß 34. Zwischen den beiden Rohren 35, 36 ist ein Ringspalt 37 gebildet, aus dem die über den Düseneinlauf 33 zugeführte Flüssigkeit austritt und die die Flüssigkeit aus dem inneren Rohr 35 bzw. dem Verbindungsstrom 31 mitreißt.
  • Um das äußere Rohr 36 ist eine Hülse 38 gesetzt, die mit dem äußeren Rohr 36 einen äußeren Ringspalt 39 bildet. Dieser ist mit einem unteren umlaufenden Boden 40 verschlossen. Außerdem ist die Hülse 38 an ihrem dem Boden 40 entgegengesetzten Ende im Bereich einer Umlenkung 41 um das äußere Rohr 36 herumgeführt und geht in das innere Rohr 35 über. Entsprechend geht der äußere Ringspalt 39 im Bereich der Umlenkung 41 in den inneren Ringspalt 37 über.
  • Die geometrischen Verhältnisse der Düse sind so bemessen, daß ein aus dem inneren Rohr 35 austretender Strahlkegel 42 vor Erreichen einer Düsenaustrittsebene 43 endet. Die Düse 28 ist in das Trennblech 16 integriert, derart, daß der Düseneinlauf 33 unterhalb des Trennblechs 16 und damit innerhalb der Transportzone 14 liegt. Ein den Düseneinlauf 33 bildendes Rohr ist an den äußeren Ringspalt 39 gemäß 3 in radialer Richtung angeschlossen Möglich ist auch eine tangentiale Heranführung, um so einen Drall oder eine Rotation der Flüssigkeit innerhalb der Düse zu erreichen. Die über die Düse 28 geführten und über den Zulauf einströmenden Volumina stehen in einem Verhältnis von etwa 50/1 bis 5/1. Der Düseneinlauf 33 weist einen Durchmesser von mehr als 3 bezogen auf den vergleichbaren Durchmesser des inneren Ringspaltes 37 auf.
  • In einer ebenfalls nicht gezeigten Ausführungsform ist der Strahlüberlauf 20 in einem unteren Bereich, innerhalb des oberen Einsteckrohres angeordnet. Gerade hier kann teilgereinigte und weitgehend nicht mehr reaktionsfähige, Flüssigkeit entnommen werden.
  • Der Reaktor 10 enthält in der üblichen Weise Biomasse, die mit dem Abbau der Verunreinigungen wächst und in bekannter Weise nach und nach entnommen wird. Auch wird ein Teil der Biomasse über den Ablauf 13 abgeführt und in bekannter Weise z. B. über ein Absetzbecken von der Flüssigkeit getrennt.
  • 4 zeigt eine Abwandlung des Reaktors gemäß 1. Im Unterschied zur 1 ist kein Rücklauf 19 vorgesehen. Die Rückführung der Flüssigkeit aus der Reaktionszone 15 in die Transportzone 14 erfolgt allein über die Düse 28 und den in die Düse 28 eintretenden Verbindungsstrom, siehe Pfeil 30. Es wird somit nur die in dem oberen Einsteckrohr 26 absinkende Flüssigkeit in das untere Einsteckrohr 24 bzw. in die Transportzone 14 rückgeführt.
  • 5 zeigt eine weitere Abwandlung. Hier besteht keine rückführende Verbindung zwischen Reaktionszone 15 und Transportzone 14. Statt dessen erfolgt ein Rücktransport aus der Reaktionszone 15 ausschließlich über den Rücklauf 19 außerhalb des Behälters 11. Die rückgeführte Flüssigkeit wird – wie in 1 – mit der Flüssigkeit aus dem Zulauf 12 vermischt und dann wieder in den Behälter 11 eingegeben und zwar hier von oben in das untere Einsteckrohr 24. Dies kann durch eine einfache Rohröffnung erfolgen, aus der beispielsweise die Flüssigkeit nach unten in das untere Einsteckrohr 24 bzw. die Transportzone 14 eintritt (in Richtung auf die Begasungseinheit 23). In 5 ist mit dem Pfeil 52 eine derart einfache Rohröffnung angedeutet. Statt dessen kann auch eine Düse analog der Darstellung in 2 vorgesehen sein. Diese bezieht ihren ”Verbindungsstrom 31” dann aus der seitlich in der Transportzone 14 aufsteigenden Flüssigkeitsmenge (Pfeile 25). Entsprechend ist der in 5 gezeigten Ausführungsform das Trennblech 16 durchgehend gezeichnet. Bei Verwendung der Düse 28, kann diese – wie in 1 – in das Trennblech 16 eingesetzt sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Reaktor
    11
    Behälter
    12
    Zulauf
    13
    Ablauf
    14
    Transportzone
    15
    Reaktionszone
    16
    Trennblech
    17
    Pfeil
    18
    Oberwand
    19
    Rücklauf
    20
    Strahlüberlauf
    21
    Mischpunkt
    22
    Zulaufpumpe
    23
    Begasungseinheit
    24
    unteres Einsteckrohr
    25
    Pfeil
    26
    oberes Einsteckrohr
    27
    Pfeil
    28
    Düse
    29
    Pfeil
    30
    Pfeil
    31
    Verbindungsstrom
    32
    offener Eintritt
    33
    Düseneinlauf
    34
    Düsenauslaß
    35
    inneres Rohr
    36
    äußeres Rohr
    37
    innerer Ringspalt
    38
    Hülse
    39
    äußerer Ringspalt
    40
    Boden
    41
    Umlenkung
    42
    Strahlkegel
    43
    Düsenaustrittsebene
    44
    Behälter
    45
    Behälter
    46
    Überlauf
    47
    Pumpe
    48
    Pfeil
    49
    Rühraggregat
    50
    Leitung
    51
    Leitung
    52
    Pfeil
    V.F
    Volumenstrom Flüssigkeit
    V.G
    Volumenstrom Gas

Claims (5)

  1. Vorrichtung zur biologischen Reinigung von Abwasser in einem Reaktor (10), wobei ein Abwassergemisch als Substrat für eine Biomasse mit Gas vermischt und angereichert wird und ein biologischer Abbau der Verunreinigungen erfolgt, mit folgenden Merkmalen: a) in einem Behälter (11) ist eine untere Zone, nämlich eine Transportzone (14) vorgesehen, in der das Abwasser inklusive der Biomasse mit Gas vermischbar ist, b) in einer oberen Zone des Behälters (11), nämlich in einer Reaktionszone (15), sind die Verunreinigungen abbaubar, c) zwischen der Transportzone (14) und der Reaktionszone (15) ist eine Querschnittsverengung vorgesehen, d) in der Transportzone (14) ist ein Schlaufenrohr angeordnet, e) über eine Düse (28) ist Flüssigkeit aus einem Rücklauf (19) und/oder Zulauf (12) in den Behälter (11) einbringbar, f) in der Reaktionszone (15) ist ein weiteres Schlaufenrohr angeordnet, g) als ein Mittel zur Rückführung von Flüssigkeit aus der Reaktionszone (15) in die Transportzone (14) ist die Düse (28) zwischen der Reaktionszone (15) und der Transportzone (14) angeordnet, derart, dass über die Düse (28) Flüssigkeit aus dem Schlaufenrohr der Reaktionszone (15) in das Schlaufenrohr der Transportzone (14) förderbar ist, h) die Düse (28) ist im Bereich der Querschnittsverengung angeordnet, wobei die Düse (28) einen der Reaktionszone (15) gegenüber offenen Eintritt (32) aufweist und ein Düseneinlauf (33) Flüssigkeit aus dem Rücklauf (19) und/oder Zulauf (12) erhält, es an den Düseneinlass (33) ein Düsenauslass (34) anschließt, und Mittel vorgesehen sind zur Führung der über den Düseneinlauf (33) eintretenden Flüssigkeit in Richtung auf den Düsenauslass (34) und zum Mitreißen der Flüssigkeit aus dem offenen Eintritt (32) in die Transportzone (14), dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenauslass (34) zwei ineinander angeordnete, konzentrische Rohre (35, 36) umfasst, wobei ein inneres kurzes Rohr (35) als offener Eintritt (32) vorgesehen ist und ein äußeres längeres Rohr (36) mit dem inneren Rohr (35) einen inneren Ringspalt (37) bildet, zum Austritt der über den Düseneinlauf (33) zugeführten Flüssigkeit und zum Mitreißen der Flüssigkeit aus dem inneren Rohr (35).
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (28) mit dem Rücklauf (19) und/oder Zulauf (12) verbunden ist, und dass in der Düse (29) Flüssigkeit aus dem Schlaufenrohr der Reaktionszone (15) durch die Flüssigkeit aus dem Rücklauf (19) und/oder das Abwasser aus dem Zulauf (12) mitreißbar und in die Transportzone (14) förderbar ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass um das äußere Rohr (36) eine Hülse (38) gesetzt ist, dass äußeres Rohr (36) und Hülse (38) einen äußeren Ringspalt (39) bilden, dass der äußere Ringspalt (39) in Strömungsrichtung der Düse (28) mit einem umlaufenden Boden (40) verschlossen ist, dass der Düseneinlauf (33) nahe dem Boden (40) an den äußeren Ringspalt (39) angeschlossen ist, und dass die Hülse (38) an einem den Boden (40) entgegengesetzten Ende um das äußere Rohr (36) herumgeführt ist und in das innere Rohr (35) übergeht, derart, dass der äußere Ringspalt (39) in den inneren Ringspalt (37) übergeht.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Düseneinlauf (33) radial oder demgegenüber abgewinkelt – bis zu einer tangentialen Position – in den äußeren Ringspalt (39) führt.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsverengung ein quer zur Hochlängsachse des Reaktors (10) angeordnetes Trennblech (16) ist, wobei die Düse (28) vorzugsweise in das Trennblech (16) integriert ist.
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