DE19907839A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Abwasserbelüftung bei der biologischen Abwasserreinigung - Google Patents

Abstract

Der Reaktorbehälter (18) enthält eine nach unten fördernde oder saugende Pumpe (19), an deren Einlaß ein Saugrohr (21) vorgesehen ist. Das Saugrohr erzeugt in dem darüberstehenden Abwasser einen rotierenden Wirbel mit einem zentralen Luft-Meniskus. Außerdem führt in das Saugrohr (21) eine Injektionsleitung (14), die eine Lufteintragvorrichtung (17) und UV-A-Behandlung enthält. Dadurch werden zwei gleichsinnig rotierende Wirbel erzeugt, die sich vereinigen und die in der Pumpe (19) vermischt werden. Es entsteht ein sehr feinblasiger Sauerstoffeintrag mit Luftbläschen unterschiedlicher Größe und Entstehungsgeschichte. Die im Abwasser enthaltenen Mikroben werden durch energetische Bewegung des Fluids zur optimalen Vermehrung und Verzehr von Schmutzstoffen aktiviert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abwasserbelüftung bei der biologischen Abwasserreinigung und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei der biologischen Abwasserreinigung wird Luft, Sauerstoff und/oder Gas in das Abwasser eingetragen, um ein aerobes Mikro­ benwachstum zu bewirken. Bei Bildung großer Blasen hängen sich die Mikroben an die Blasen an und steigen mit diesen ein­ schließlich der Flockmate auf. Bei feinstblasiger zusätzlicher Belüftng verweilen die Mikroorgnismen an den Bläschen und zehren den Sauerstoff auf. Ziel u. a. ist auch, den Gaseintrag möglichst feinstblasig herzustellen.

Aus DE 42 06 715 C2 ist eine Vorrichtung zum Einbringen eines Gases in eine Flüssigkeit bekannt, mit der das Gas in Form feinster Bläschen mit hoher Gleichmäßigkeit in der Flüssigkeit verteilt wird. Hierbei wird die Flüssigkeit gewissermaßen mit Gas "imprägniert". Diese Vorrichtung hat sich als sehr wirksame Basis insbesondere auch für den Sauerstoffeintrag in Flüssig­ keiten erwiesen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abwasserbelüftung zu schaffen, mit der Luft unter großer Verweildauer in die Flüssigkeit eingetragen wird, und die gute Voraussetzungen für maximales Mikroben­ wachstum bietet, damit die Mikroben sich intensiv vermehren und die im Abwasser enthaltenen Verunreinigungenaufzehren.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei dem Verfahren erfindungs­ gemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und bei der Vor­ richtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2.

Nach der Erfindung wird ein mit feinen Gas- bzw. Luftbläschen versetzter Teil des Abwassers in eine Luft mitführende Wirbel­ strömung eingeführt. Dadurch werden zwei gleichdrehende Wirbel erzeugt, die einen Doppelwirbel bilden. Im Zentrum der Wirbel­ strömung wird in Form eines Meniskus oder einer Thrombe Luft angesaugt und mit der Strömung mitgerissen. Diese zentrale Luft setzt sich in Form eines axialen Luftstranges fort bis hin zu der Pumpe, wo die Strömung vom Pumpenrad wiederum zerschlagen und stark verwirbelt wird. Die Pumpe fördert abwärts, wodurch ein wiederum rotierender abwärtsgerichteter Flüssigkeitsstrahl, der stark mit Luft und Gas unterschiedlicher Bläschengrößen an­ gereichert ist, erzeugt wird. Erfindungsgemäß wird mit einwir­ belnder Luftthrombe und optimierenden energetischen kreisrund strömenden Bewegungen ein biologisch hochaktiver Reaktor ge­ schaffen. Besonders vorteilhaft wirkt sich aus, daß Bläschen unterschiedlicher Größen und Provenienz in das. Abwasser einge­ tragen werden. Durch diese Bläschenvielfalt entstehen außer­ ordentlich günstige Bedingungen für Wachstum und Aufzehrakti­ vität der Mikroben. Das Abwasser wird mit fein verteilten Gas­ bläschen und gröberen Luftbläschen so angereichert, daß seine Aufnahmekapazität geradezu erschöpft ist. Die kleinen Gas­ bläschen haben kaum eigenen Auftrieb. Sie werden in der Strö­ mung mitgenommen, ohne eine spürbare Auftriebstendenz zu ent­ wickeln. Daher bildet sich in dem Reaktorbehälter eine gleich­ mäßige Sauerstoffdichte aus.

Die Zuführung des Abwassers wird injiziert mit feinst verteil­ ten Gasbläschen, durch eine spezielle Belüftungseinrichtung, vorzugsweise eine solche nach Patent DE 42 06 715 C2. Dieser Teil des Wassers wird durch die Injektionsleitung in das Saug­ rohr einer Pumpe injiziert. Dieses Saugrohr saugt außerdem axial eine vertikal nach unten gerichtete Strömung ein, wodurch ein Wirbel entsteht. Diese Strömung vermischt sich mit der tan­ gential zugeführten Injektionsströmung, so daß der Wirbel mit dem darin enthaltenen Luft-Meniskus bis zu dem Pumpenrotor vor­ dringt. Hierdurch wird ein kombinierter Druckgaseintrag bzw. ein zentripetal implosionsaktiver Gas-Lufteintrag ermöglicht.

In der Lnjektionsleitung kann eine UV-A-Bestrahlungseinrichtung vorgesehen sein, wodurch das Wasser Photonen absorbiert, die von den organischen Zellen genutzt werden können. Außerdem wer­ den u. a. OH-Radikale gebildet, die sich als günstig für regu­ lative Mikrobenaktivitäten erwiesen haben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann im Dauerbetrieb oder auch üim Batch-Betrieb (Charge) betrieben werden. Sie eignet sich vornehmlich zur Reinigung organisch stark belasteter, sowie fäkal- und öl- und fetthaltiger Abwässer.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die einzige Figur der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher er­ läutert.

In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur biologischen Abwas­ serreinigung schematisch im Längsschnitt dargestellt.

Die Vorrichtung weist ein Vorklär- oder Pufferbecken 10 auf, in welches das Abwasser durch einen Einlaß 11 gelangt. In dem Vorklärbecken 10 befindet sich eine Pumpe 12, deren Pumpen­ leistung in Abhängigkeit von der Höhe des Flüssigkeitsstandes im Vorklär- oder Pufferbecken gesteuert wird. Bei hohem Flüs­ sigkeitsstand fördert die Pumpe 12 mit höherer Förderleistung. Von der Pumpe führt eine Leitung 13 zu einer Injektionsleitung 14. Zwischen der Leitung 13 und der Injektionsleitung 14 befin­ det sich eine UV-A-Bestrahlungseinrichtung 15 aus zwei mitein­ ander verbundenen Kugelbehältern, in denen sich eine Lampe 16 befindet. Die Lampe 16 sendet UV-A-Licht mit einer Wellenlänge von ca. 330 nm aus. Es handelt sich um monochromatisches Licht in biophotoner Ausstrahlung. Anschließend an die UV-A-Bestrah­ lungseinrichtung 15 oder davor ist eine Belüftungseinrichtung 17 vorgesehen. Diese bewirkt eine äußerst feinblasige Belüftung und entspricht dem Patent DE 42 06 715 C2.

Die Injektionsleitung 14 führt in den. Reaktorbehälter 18.

Dieser besteht aus einem generell zylindrischen aufrecht­ stehenden Behälter, bevorzugt mit einer Höhe von ca. 5 mund einem kleineren Durchmesser. Etwa auf halber Höhe ist in dem Reaktorbehälter eine Pumpe 19 angeordnet, die von oben nach unten fördert, oder von oben ansaugt. Die Pumpe 19 ist mit einer die Strömung möglichst wenig störenden Halterung 20 be­ festigt. Es handelt sich um eine Spaltrohrmotorpumpe, die unter der Bezeichnung "Unoax" vertrieben wird. Diese Pumpe. 19 wird mit einer von 50 Hz abweichenden Frequenz betrieben. Es wurden vom Erfinder Frequenzen gefunden, die günstige physiologische Wirkungen auf die im Abwasser enthaltenen Mikroorganismen haben. Die Pumpe 19 füllt nur einen kleinen Teil dos Quer­ schnitts des Reaktorbehälters. Sie wird an den Seiten umspült.

Am Einlaß der Pumpe 19 befindet sich ein am oberen Ende offenes Saugrohr 21. In das obere Ende des Saugrohres 21 führt tangen­ tial die Injektionsleitung 14 hinein. Diese erzeugt also an der Wand des Saugrohres 21 einen schraubenförmig nach unten gerich­ teten Wirbel.

Das Saugrohr 21 saugt ferner durch seine obere Öffnung axial Wasser an. Über der oberen Öffnung des Saugrohres 21 erstreckt sich ein zweites Saugrohr 22, dessen Durchmesser weniger als 50% desjenigen des Saugrohres 21 beträgt. Dadurch, daß das kleinere Saugrohr 22 vom Injektionsstrom zugleich tangential angeschnitten wird, saugt dieses Rohr rotierend Wasser von oben einwirbelnd in die obere Öffnung von Rohr 22 an. Das kleinere Saugrohr 22 endet mit seinem oberen Ende dicht unter der Was­ seroberfläche 23, die den höchsten Wasserstand angibt.

Der höchste Wasserstand wird bestimmt durch den Einlaß 24 einer Rezirkulations-Rücklaufleitung 25, die aus dem oberen Bereich des Reaktorbehälters heraus in das Vorklärbecken 10 führt. Un­ mittelbar anschließend an den Einlaß 24 befindet sich ein Wir­ belsyphon 26, wobei der Einlaß 24 tangential durch die Formfin­ dung im Bild einer "6" ausgerichtet ist, so daß der Wirbel­ syphon einen drehenden Wirbel im oberen Bereich des Reaktorbe­ hälters erzeugt. Das Ergebnis ist ein sehr dünner über die ganze Oberfläche sich ausübender Oberflächenabzug der aufflo­ tierten Stoffe, Flocken und Organismen. Diese werden somit re­ zirkulierend als Impf- und Nährstoffe im. Puffer- bzw. Vorklär­ becken optimiert eingeströmt, einschließlich feinstblasigen Luftsauerstoffe.

Die Saugwirkung der Pumpe 19 unterstützt in dem Rohr 22 den ro­ tierenden Wirbel mit mittig angeordnetem Sauerstoff-Meniskus 27. Dieser Sauerstoff-Meniskus erstreckt sich auch durch das Saugrohr 21 hindurch und er reicht bis zu dem Laufrad der Pumpe 19. In dem Rohr 22 rotiert die Flüssigkeit um den Meniskus herum. Um das Rohr 22 herum baut sich eine zusätzliche Sogwir­ kung auf. Im Saugrohr 21 vermischen sich die rotierenden Flüs­ sigkeiten mit dem gleichsinnig rotierenden Flüssigkeits-Druck­ luftgemisch, das aus der Leitung 14 injiziert wird. Das Ge­ samtgemisch gelangt in die Pumpe 19 und wird von dieser in einem schraubenförmigen Wirbel axial nach unten ausgestoßen. An den Auslaß der Pumpe 19 ist ein Rohr 28 angeschlossen, das an­ nähernd den gleichen Durchmesser hat wie das Saugrohr 19.

Dieses Rohr 28 endet im Abstand über dem Behälterboden 29 und wird von durchlässigen Stützen 30 abgestützt. Am Rand des. Be­ hälterbodens 29 befindet sich eine bogenförmige Umlenkung 31, durch die die zunächst abwärtsgerichtete rotierende Strömung unter Beibehaltung der Rotation nach oben gelenkt wird.

Aus der Nähe des unteren Endes des Rohres 28 führt eine Ent­ nahmeleitung 32 im Reaktorbehälter nach oben. In Höhe des maxi­ malen Wasserstandes 23 ist die Entnahmeleitung zu einem Knie 33 gebogen, um anschließend außerhalb des Reaktorbehälters in ein Nachklärbecken 34 zu führen. Das mit einer Belüftungsöffnung (36) versehene Knie 33 bildet einen Auslaßsyphon. Wenn der Flüssigkeitsstand im Behälter kurzzeitig in den Bereich des Knies 33 ansteigt, fließt durch die Entnahmeleitung 32 Wasser aus dem unteren Bereich des Reaktorbehälters in kontinuier­ lichem Fluß in das Nachklärbecken 34. Auf diese Weise findet der Reaktorbehälterablauf statt. Das Nachklärbecken 34 weist am oberen Ende eine Auslaßleitung 35 auf.

Alternativ kann das vorbeschriebene Durchlaufsystem auch als Chargenanlage betrieben werden. Hierzu ist eine Entnahmeleitung 37 in mittlerer Behälterhöhe vorgesehen. Diese Entnahmeleitung ist mit einem Ventil 38 ausgestattet. Nach einer ausreichenden Bewegungs- und Belüftungszeit folgt eine Ruhe- bzw. Sedimen­ tationsphase. Danach erfolgt das direkte Ablassen über das Ven­ til 38, worauf die neue Zuführung aus dem Vorklärbecken (Puffer) (10) sich anschließt.

Die im Reaktorbehälter erzeugten koaxialen Wirbel bewirken eine energetische Veränderung der Wasserstruktur. Sie fördern das Wachstum und Wohlbefinden der Mikroorganismenpopulation. Durch die Rücklaufleitung 25 werden Luftbläschen und Mikroben in das Vorklärbecken 10 geführt, so daß bereits dort eine Vorreinigung und Sauerstoffanreicherung erfolgt. Die UV-A-Frequentierung be­ wirkt kohärent zur Verwirbelung und Wasserbewegung eine posi­ tive Aktivierung des biologischen Gesamtsystems.

Claims (11)

1. Verfahren zur Abwasserbelüftung bei der biologischen Abwas­ serreinigung, bei welchem ein Teil des Abwassers mit feinen Gasbläschen versetzt in eine Luft mitführende zentripetale Wirbelströmung eingeführt wird, wobei das entstehende Ge­ misch eingetragene und angesaugte Luft- oder Gasbläschen enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit feinen Gasbläschen zu versetzende Teil des Abwassers einer UV-A-Bestrahlung ausgesetzt wird, vorzugsweise um eine UV-A-Lampe zirkuliert.

3. Vorrichtung zur Abwasserbelüftung bei der biologischen Ab­ wasserreinigung, mit einem Reaktorbehälter (18), der eine ansaugende, vorzugsweise nach unten fördernde Pumpe (19), vorzugsweise eine axiale-rundströmungsbegünstigte Propel­ lerpumpe enthält, einem mit dem oberen Saugeinlaß der Pumpe verbundenen aufragenden, Saugwirbel erzeugenden größerem Saugrohr (21) und einer in das Saugrohr (21) mündenden In­ jektionsleitung (14), die eine Luft-Gas-Eintragvorrichtung (17) enthält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, als eine. Gesamtanlage akti­ vierendes Rezirkulations-Kreislaufsystem, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im oberen Bereich des Reaktorbehälters (18) ein Einlaß (24) einer in einen Puffer- oder Vorklärbehälter (109) führenden Rücklaufleitung (25) angeordnet ist, wobei der Einlaß (24) etwa die Höhe des maximalen Wasserstandes (23) im Reaktorbehälter (18) bestimmt, und daß das obere Ende des Saugrohres (21) unterhalb des maximalen Wasser­ standes (23) liegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsdruckleitung (14) tangential nach unten gerichtet ein kleineres Saugrohr (22) streift und in das größere Saugrohr (21) mündet und dadurch eine wirbeler­ zeugende Kraft an der Oberfläche (23) bewirkt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Injektionsleitung (14) eine UV-A-Be­ strahlungseinrichtung (15) enthält.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich an den Auslaß der Pumpe (19) ein Rohr (28) anschließt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende der Rücklaufleitung (25) ein Wirbelsyphon (26) mit Einlauftrichter in Form einer "6" angeordnet ist, der für einen dünnen Oberflächenabzug der aufflotierten Stoffe . und Organismen sorgt.

9. . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Pumpe (19) mit einer die Mikroorga­ nismen fördernden Frequenz von wenig mehr als 50 Hz ange­ trieben ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Auslaßsyphon (33) vorgesehen ist, dessen Einlaufende sich im unteren Behälterbereich in der Nähe des Auströmrohres befindet und ein Knie etwa in der Höhe des maximalen Wasserstandes (23) aufweist, und das ge­ reinigte Wasser in den Kanal, vorzugsweise in eine Nach­ klärung führt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anlage im Chargenbetrieb betrieben ist, mit Belüftungszeit und Ruhe-, d. h. Sedimentationszeit, ausgerüstet mit einer zu öffnenden Entnahmeleitung (37), die etwa auf mittlerer Höhe des Reaktorbehälters (18) aus diesem herausführt.