DE2032440A1

DE2032440A1 - Verfahren zum Behandeln von Ab

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Publication number: DE2032440A1
Application number: DE19702032440
Authority: DE
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1969-07-02
Filing date: 1970-07-01
Publication date: 1971-01-14
Also published as: NL160790B; HK74076A; DK131559B; CS156472B2; MY7700095A; DK131559C; NO126856B; NL160790C; JPS4919585B1; ES381327A1; CH518877A; NL7009739A; AT327828B; HU168463B; GB1325322A; BE752084A; RO59888A2; FI54461C; USRE29781E; YU165870A

Description

PATENTANW.UT
■DIPL-iSiO.

-..· :--r:.v:.₁₍. r- τ-,. :r/07·) 29. Juni 1970

Gzy/goe UNION CARBIDE CORPORATION

Verfahren zum Behandeln von Abwasser.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von biochemisch oxydierbares Material (BOD) enthaltendem «fässer mit Sauerstoff In Gegenwart einer bakteriellen aktiven Biomasse durch Mischen des BOD enthaltenden Wassers, der Biomasse und eines freien Sauerstoff enthaltenden Belüftungsgases in einer Belu'f tungszone. Das ' zu behandelnde Wasser kann beispielsweise städtisches Abwasser, Abwasser von petrochemischen oder Papierfabriken oder Gärflüssigkeiten sein»

Bei dem biochemischen Oxydationsverfahren verwendet man aerobe- f Bakterien, um verschiedene Substrate*und Nährstoffe umzuwandeln. Bekannt ist beispielsweise das Arbeiten mit aktiviertem Schlamm zum Reinigen von städtischen und industriellen Abwässern.Voraussetzung bei diesem Verfahren ist die Gegenwart von genügend Sauerstoff zur Verwertung durch die Bakterien. Man bringt hier-, bei (Jen Sauerstoff aus einem Belüftungsgas in Lösung in der Flüssigkeit, von wo der gelöste Sauerstoff durch die Bakterien 'aufgenommen wird.

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Aus verschiedenen Gründen sind hohe Gehalte an gelöstem Sauerstoff in der Flüssigkeit erwünscht» Es sollen beispielsweise anaerobe Zonen vermieden werden und die Geschwindigkeit der biochemischen Umsetzung durch Mangel an Sauerstoff nicht verringert werden· Darüber hinaus werden die Eigenschaften der Bakterien durch einen hohen Gehalt an .gelöstem Sauerstoff verbessert, weil das Wachstum von anaeroben und anderen Stämmen unterdrückt wird. Diese letzteren verursachen einen schlechten Geruch und sind der Grund für längere Behandlungszeiten_o Unter gewissen Arbeitsbedingungen, zu denen auch ein hoher Gehalt an gelöstem Sauerstoff gehört, entstehen Flocken aus Bakterien, die schnell absitzen und einen Schlamm hoher Dichte bilden,. Dadurch wird das gereinigte Abwasser besser und das Behandlungsverfahren ist leichter durchzuführen. Ein weiterer Vorteil des hohen Gehaltes an gelöstem Sauerstoff besteht darin, daß die großen erwünschten Flockenteilchen durch ihre ganze Masse hindurch mit Sauerstoff versorgt werden, weil der Konzentrationsgradient hoch ist. Ein hoher Gehalt an gelöstem Sauerstoff in der Flüssigkeit bedeutet auch, daß sie höhere Gehalte an Feststoffen enthalten kann, was eine höhere Arbeitsgeschwindigkeit und eine geringere Bildung von überschüssigem Schlamm mit sich bringt_o . ■ „ - ,

Luft ist die übliche Gasquelle, um Sauerstoff in der Flüssigkeit zu lösen. Hierbei verteilt oder diffuridiert man in der

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Regel Druckluft in den unteren Schichten eines offenen Behandlungsgefäßes, das ein Gemisch der zu behandelnden Flüssigkeit und von bakteriellen Feststoffen enthält» Die feinverteilte Luft bildet eine große Oberfläche zwischen der Gasphase und der Flüssigkeitsphase zum Lösen d?s Sauerstoffs und rührt gleichzeitig das Flüssigkeitsgemisch, so daß die Feststoffe in gleichmäßiger Suspension verbleiben. Je Kilogramm zu entfernen- ( der Nährstoffe (BOD) in städtischen Abwässern braucht nur etwa 31 bis kk m Luft_o Bei einer Verweilzeit der Feststoffe von 4 bis 8 .Stunden entspricht dies etwa einer Menge von 8OÖ bis

HOO 1 je ra Fassungsraum des Belüftungsgefäßes_o Etwa 10 % des in der Luft enthaltenden Sauerstoffs werden gelöst und bei der biochemischen Oxydation ausgenutzt, während der Rest nicht verbraucht wird. Allein um die Feststoffe in Suspension zu halten, müssen je 1000 1 Behälterinhalt stündlich etwa 500 bis 600 1 Luft eingeleitet werden. Das ist erheblich weniger, als notwen*- dig ist, um genügend Sauerstoff zu lösen* Wie man sieht, ist also die benötigte Luftmenge abhängig von dem Sauerstoffbedarf des Flüssigkeitsgemisches. Es muß sehr viel Luft zugeführt werdenj weil nur ein geringer Teil des in ihr enthaltenen Sauerstoffs gelöst wird» Die verwendete Luft wird so weit fcotn» primiert, wie es durch die Reibung in System und die Eintauch«*' tiefe der Luftverteiler gegeben ist, z_oB» auf einen Überdruck von I30 cm Hg* Die verwendete Energie schwankt zwischen etwa

.... - . . um/ttt

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0,55 bis 3,5 Kilowattstunden je Kilogramm entferntes DOD und liegt in der Hegel bei etwa 1,2 Kilowattstunden.

Es ist seit langem bekannt, daß bei Verwendung von Luft als Sauerstoffquelle des Belüftungsgases nur verhältnismäßig geringe Mengen Sauerstoff in der Flüssigkeit gelöst werden. Luft enthält nur etwa 21 % Sauerstoff, während ihre anderen Bestandteile bei der biochemischen Umsetzung inert sindo In der Praxis wird der gelöste Sauerstoff aus der gemischten Flüssigkeit durch die Bakterien so schnell verbraucht, daß wirtschaftlich erreichbare Gehalte an gelöstem Sauerstoff bei Verwendung von Luft nicht möglich sind, und die gesunden erwünschten aeroben Bakterien sich nicht genügend schnell vermehren können. Anaerobe und andere Stamme von Bakterien können sich entwickeln, die schlechte Gerüche verursachen und eine Verlängerung der Behandlungszeit mit sich bringen.

Hohe Gehalte an Feststoffen in der Belüftungszone sind bei der Behandlung von BOD enthaltendem Wasser ebenfalls günstig, weil größere Mengen BOD entfernt werden und geringere Mengen überschüssigen Schlammes erzeugt werden« Höhere Gehalte an Feststoffen bringen aber auch eine schnellere Aufnahme von gelöstem Sauerstoff durch die Biomasse mit sich. In Abhängigkeit von der begrenzten Lösungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs aus

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dei' Luft hat man daher in der Praxis willkürlich die Gehalte an aktiven Feststoffen in. dem Flüssigkeitsgemisch niedrig gehalten. Dei einem geringen Gehalt an Feststoffen wird auch die Geschwindigkeit der Entfernung von BOD verringerte Die BehandlungsgefäUe müssen daher groß sein, um das Abwasser wärend der erforderlichen Zeit von 3 bis 6 Stunden behandeln zu können· i

Die Menge des gelösten Sauerstoffs kann erhöht werden durch starkes Rühren des Flüssigkeitsgemisches mittels Oberflächenbelüftern, Aufschlagvorrichtun^en und versenkten Turbinen.) Ein starkes Rühren bricht und verteilt aber die ausgeflockten Agglomerate, so daß die Feststoffe nach der Behandlung nicht leicht von der Flüssigkeit getrennt werden können. Wenn die Feststoffe durch Schwerkraft absetzen, haben sie ein hohes spezifisches Volumen (Schlamm-Volumen-Index oder SVI nach

Mohlman). Die erforderliche Zurückführung dieser Feststoffe als Impfmittel erfordert erhebliche Energie. Wenn dar Gehalt angelöstem Sauerstoff und an Feststoffen niedrig ist, sind die Flockenteilchen klein und zerbrechlich und können leicht dispergiort werden. Versuche, das Belüftungssystem mit hohen Energieaufwand zu betreiben, haben auch zu hohen Kosten für die Anlage und den Betrieb geführt.

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Man sieht also, daß die Verwendung von Luft als Sauerstoff que L L<j für biochemische Umsetzungen erhebliche NachteiLe mit sich bringt. Es ist auch schon vorgeschlagen worden,, reinen Sauerstoff oder an Sauerstoff angereicherte Luft zur Belüftung zu verwenden, um die Menge an gelöstem Sauerstoff zu erhöhen* liei Verwendung von reinem Sauerstoff ist es möglich, die ULi ferenz zwischen dem Partialdruck des Sauerstoffs im Gas und in der Flüssigkeit auf das fünffache zu erhöhen. Es sind auch schon Versuche gemacht worden, zum Belüften ein an Sauerstoff angereichertes Gas zu verwenden, aber ohne wirtschaftlichen Erfolg. In manchen dieser Versuche wurde bei Verwendung der bisherigen Anlage und des bisherigen Verfahrens lediglich die Luft durch ein an Sauerstoff angereichertes Gas ersetzt. Die hohen Kosten und die geringe Wirtschaftlichkeit dieser Versuche beruhen darauf, daß der Sauerstoff im Gegensatz zur Luft nicht kostenlos erhältlich ist. Wenn man beispielsweise reinen Sauerstoff in üblicher Weise bei der üblichen Behandlung in einem , Benälter mit städtischem Abwasser dispergiert oder diffundiert, so werden nur etwa 5 bis IO % des Sauerstoffs verbraucht, d.h. gelöst und verwendet und der Rest entweicht in die Atmosphäre.

Eines der am besten bekannten Verfahren unter Vewendung eines an Sauerstoffs angereicherten Belüftungsgases ist die Bioausfällung. Hierbei wird ein Teil der aus dem kombinierten Reakte-r

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und dem hlnrgefäli abgelassenen Flüssigkeit mit der eingeführten Flüssigkeil gemischt, mit Sauerstoff bis etwa zur Sättigung gesattigt und dann zum Hoden des Reaktionsgefäßes zurückgeführt. Das Reaktionsgefäß enthält eine Schicht von aktiven Feststoffen. DieFlüssigkeit mit dem hohen Gehalt an gelöstem Sauerstoff steigt langsam durch die Schicht nach oben, führt die organischen -Verunreinigungen mit den bakteriellen 'Flocken f zusammen und liefert den benötigten Sauerstoff für die Assimilation. Das zugefühlte Abwasser und das im Kreislauf zurücJtgefülu-te Wasser erhalten ihren Sauerstoffgehalt-.durch Herabrieseln in einer Kolonne im Gegenstrom zum Gas. Das Gas wird hierbei' am Hoden der Kolonne eingeführt und oben abgezogen. Für die meisten chemischen Verfahren ist eine solche Gegenstroinkolonne zwar sehr geeignet, sie kann aber im vorliegenden Fall bei der biochemischen Oxydarion und der Belüftung mit Sauerstoff nicht wirtschaftlich verwendet werden. Nur 2Obis

25 ¹J* des zugef iihr.ten Sauerstoffs werden verbraucht und ausgenutzt. .-■■■'

Ein Grund für diese geringe Ausnutzung ist die Tatsache, daß der Gehalt an gelöstem Sauerstoff in der Kolonne etwa bei der Sättigung liegt. In den unteren Teilen der Kolonne fehlt also die notwendige Differenz der Partialdrucke. Gleichzeitig setzen CO_n und N_-1 als Verunreinigungen den Partialdruck des Sauerstoffs in den oberen Teilen der Kolonne erheblich herab. Diese kombi-

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nierten Tatsachen verhindern die Lösung eines wirtschaftlichen hohen Anteils des eingeführten Sauerstoffs, Ein wesentlicher Nachteil bei diesem Verfahren ist.die fast vollständige Sättigung an gelöstem Sauerstoff, da die Zufuhr an gelöstem Sauerstoff zur Behandlung des BOD enthaltenden Wassers durchgeführt werden muli beim Einleiten des verdünnten Abwassers in das Reaktionsgefäß .

Ziel der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zum Behandeln von BOD enthaltendem Wasser mittels eines an Sauerstoff angereicherten Belüftungsgaseso Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein verhältnismäßig hoher Teil des Sauerstoffes in dem Belüftungsgas verbraucht· Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Verfahren, bei welchem verhältnismäßig viel Sauerstoff verbraucht wird, viel Sauerstoff in der Flüssigkeit gelöst ist, und diese große Mengen an Feststoffen enthalte

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man gleichzeitig (a) ein Belüftungegas verwendet, das wenigstens 60 Vol.-?· Sauerstoff enthält j (b) den Sauerstoff in einer Menge von 0,02 bis 0,24 kg Mol O₂ je Kilowattstunde der zum Mischen und Zuführen des Gases verwendeten Energie zuführt| (c) den Partialdruck des Sauerstoffs über dem zu belüftenden Flüssigkeitsgemisch bei wenigstens 300 mm Hg jedoch unter

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8o Vol,-% hält und hierbei wenigstens 50 % des Sauerstoffs in dem Flussigkeitsgemisch verbraucht} (d) den Gehalt des Flüssigkeitsgemisches an gelöstem Sauerstoff unter 70 % der Sättigung, jedoch über etwa 2 ppm hält ((e) das Belüftungsgas oder das zu behandelnde Flüssigkeitsgemisch in inniger Berührung miteinander kontinuierlich umlaufen läßt· Nach dieser Behandlung wird die Flüssigkeit aus der Belüftungszone abgezogen· ^

Das Verfahren kann \erwendet werden zur Behandlung von städtischem Abwasser in weitaus besserer Weise, bezogen auf den Verbrauch von Sauerstoff, als die bekannte Behandlung mit Luft oder die anderen vorgeschlagenen Verfahren zum Behandeln mit Sauerstoff. .

Die Fig# 1 zeigt graphisch die Beziehung zwischen dem Verbrauch an Sauerstoff und der Konzentration des Belüftungs- ä gases an Sauerstoff als Ordinaten gegen das Verhältnis der zugeführten Sauerstoffmenge zu der aufgewendeten Energie als Abszisse, und zwar für ein städtisches Abwasser mit 250 ppm BOD, einer Konzentration an gelöstem Sauerstoff von 2 ppm und 8 ppm unter Verwendung eines 99»5 % Sauerstoff enthaltenden Belüftungsgases,

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Die Fig. 2 entspricht der Figo 1, mit dem Unterschiede, daß das Belüftungsgas 80,0 % Sauerstoff enthielt,

Die Fig» 3 entspricht den Fig. 1 und 2, mit dem Unterschiede, daß das Belüftungsgas 60,0 % Sauerstoff enthielt,

Die Fi^. k entspricht der Fig. 1, aber mit dem Unterschiede, daß ein industrielles Abwasser mit 2500 ppm BOD verwendet wurde, und das Belüftungsgas 99»5 % Sauerstoff enthielt,

Die Fig. 5 entspricht der Figo k, mit dem' Unterschiede, daß das Belüftungsgas 8o,O % Sauerstoff enthielt,

Die Fig. 6 entspricht den Figo k und 5 t aber mit dem Unterschiede, daß das Belüftungsgas 60,Ö Sauerstoff enthielt,

Die Fig. 7 zeigt graphisch die gesamten jährlichen Belüftungskosten als Ordinate gegen eine Abszisse nach den Figo 1 bis 6, und zwar für Konzentrationen an gelöstem Sauerstoff von 2 ppm und 8 ppm in städtischem Abwasser bei einem Gehalt des Belüftungsgases von 99,5 % Sauerstoff,

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Die Fig. 8 entspricht der Fig. 7» mit dem Unterschiede, daß das Helüftungsgas 6o % Sauerstoff enthielt,

Die Kig. 9 zeigt schentatisch im Querschnitt eine Anlage mit einem einzigen untergetauchten Rührwerk und GasveiteiliT in einer Belüftung skammer, und mit einem ■kliirgefa.il, zur Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäUen Verfahrens,

l)i-o Fig. 10 zeigt eine ähnliche Anlage mit mehreren untergetauchten Rührwerken und Gasverteilern, die alle innerhalb der gleichen üelüftungskammer angeordnet sind ,

Uio Fig· 11 zeigt schematiseIi im Querschnitt eine andere Anlage mit mehreren Belüftungskammern, von denen jede eine oberflächeliche Mischvorrichtung und eine Gaszuführung aufweisen, und die für den stufenweisen Durchfluß der Flüssigkeit angeordnet sind·

Zur Duidiführuftg des erfindungsgemaßen Verfahrens muß ein Belüftungsgas mit einem Gehalt von wenigstens 60 S Sauerstoff verwendet werden· Hierbei ist, wie weiter unten erläutert wird, der Gehalt des Gases in der Belüf tung-szone erheblich niedriger,

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als in dem zugeführten. Gas« Das beruht auf der Ansammlung von inerten Gasen in der Belüftungszone. Das zugeführte Gas sollte also erhebliche Mengen an Sauerstoff enthalten, um die; Verluste auszugleichen, die bei der Belüftung entstehen, und um einen hohen Partialdruck des Sauerstoffs in Berührung mit der Flüssigkeit zu erhalten»

Das Belüftungsgas muß bei der Belüftung oder in der Kontaktzone innerhalb des Reaktionsgefäßes gehalten worden und muß gegenüber der Atmosphäre wenigstens solange isoliert sein, als erforderlich ist zur Auflösung eines großen Anteils des Sauerstoffs in der Flüssigkeit. Wälirend dieses Zeitabschnittes läßt man das Belüftungsgas oder das zu behandelnde Flüssigkeitsgemisch in inniger Berührung miteinander kontinuierlich umlaufen. Mit Vorrichtungen wie gepackten Kolonnen, die nur einen einmaligen Kontakt zwischen dem Gas und der Flüssigkeit ermöglichen, kann die erforderliche Verweilzeit nicht erreicht werden. Selbst wenn die BOD enthaltende Flüssigkeit bis zur Sättigung Sauerstoff aufgenommen hat, so wird die für die Umsetzung benötigte Sauerstoffmenge nicht in Lösung gehalten. Weiter unten wird erläutert, daß die Auflösung des Sauerstoffs in der Flüssigkeit nicht bis nahe zum Sättigungspunkt getrieben wird. Nach der Behandlung soll aber das Flüsägkeitsgemisch nicht vollständig an gelöstem Sauerstoff verarmt sein· Deshalb

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wird die Berührungszeit zwischen der Flüssigkeit und dem Gas so weit verlängert, daß die Auflösungsgeschwindigkeit Schritt hält mit dem Verbrauch an gelöstem Sauerstoff, diesen aber nicht sehr überschreitet.

In der Belüftungszone besteht eine große Berührungsfläche zwischen dem Gas und der Flüssigkeit, was zur schnellen Auflösung f beiträgt ο Die Berührungsfläche muß aber so erzeugt werden, daß keine fast vollständige Sättigung an Sauerstoff in der Flüssigkeit erreicht wird· Diese Berührungsfläche zwischen Gas und Flüssigkeit wird daher in einer großen Flüssigkeitsmenge erzeugt, so daß nur eine dünne Schicht der Flüssigkeit an der Berührungsfläche etwa gesättigt ist, und so, daß der Konzentrationsgradient des gelösten Sauerstoffs zwischen der OberfK-che und der Hauptmenge der Flüssigkeit hoch ist· Die Flüssigkeitsphase in der Belüftungszone sollte vorzugsweise zusammen- ^ hängend oder fast zusammenhängend sein. Kleine Gasblasen in der Flüssigkeit bilden erwünschte Oberflächen, und eine oberflächliche Belüftung durch Heraufwerfen von verhältnismäßig massiven Schichten der Flüssigkeit in das Gas genügt· Ein Versprühen der Flüssigkeit sollte vermieden werden, weil die dabei erhaltenen Tröpfchen eine große Oberfläche und ein geringes Volumen haben_e

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Wie schon gesagt, sollte die Berührungsfläche zwischen der Flüssigkeit; und dem Gas innerhalb des biochemischen Reaktionsgefäßes erzeugt werden. Die; gesamte in dem Reaktionsgefäß enthaltene Flüssigkeit sollte teilnehmen an der Berührung mit dem Gas, so daß der größte Sauerstoff in dem Maße seines Verbratichs ersetzt werden kann.

Um eine genügende Auflösungsgeschwindigkeit für den Sauerstoff zu erreichen, sollte das Flüssigkeitsgemisch zunächst mehr als 70 % gesättigt sein, wobei der Gehalt des Sauerstoffs im Gas, die Temperatur und der Druck berücksichtigt werden müssen» Vorzugsweise sollte der Gehalt an gelöstem Sauerstoff unter 35 % der Sättigung liegen» NiAt zu hohe Gehalte an gelöstem Sauerstoff in der Flüssigkeit sichern größere Konzetltrationsdifferenzen zwischen der Berulirungsob er fläche mit dem Gas und der Masse der Flüssigkeit, so daß der gelöste Sauerstoff von der Oberfläche her schnell in der Gesamtmasse verteilt wird,, Diese Verteilung idrd erreicht durch die Diffusion und durch Mischen, und in beiden Fällen trägt ein hoher Konzentrationsgradient zu der Geschwindigkeit bei»

Die Konzentration des Sauerstoffs in dem Gas während der Be handlung ist erheblich niedriger„ als die Konzentration im

zugeführten Gas und zwar wegen der Asisammlimg vom anderem

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Gasen wit· Stickstoff, Kohlrenoxyd.* und Argon. Die Ansammlung von incrtsnscn wi rtl aber bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bekreuzt durch Abziehen von Gas aus der Belüftungszone, kontinuierlich oder diskontinuierlich, so daii in der Delüftungszone laufend ein Partial druck des Sauerstoffs von wenigstens 300 nun HG, vorzugsweise von wenigstens 3Ü0 tnni Hg aufrecht erhalt cn wird· Diese Konzentration wird benötigt nicht nur zur Erreichung ™

einer hohen Lö.simgsgeschwindi gkeit , sondern auch zur Sicherung des Wachstums von ■ schweren und absitzbaren Agglonieraten der Bi oinasse ·

Wenn die Stelle, an welcher das Frischgas zugeführt wild, und die Stelle, an leicher das Abgas abgezogen wird, voneinander entfernt, sind, und wenn der Kanal zwischen diesen beiden Punkten etwas enger ist, so ändert sich der Sauerstoffgehalt des Gases wahrend der Strömung durch diesen Kanal erheblich· Er g

ist am höchsten an dem Einfuhrungspunkt und am niedrigsten dort , wo das Gas abgezogen wird· I3ei Herrschen solcher Bedingungen bezieht sich die Angabe über den minimalen Partialdruck des Sauerstoffs auf diejenige Zone, wo der Gehalt an Sauerstoff am niedrigsten ist, d.h. auf die Zone in der Nähe des Abzuges.

Wichtig für die Regelung des Partialdruckes des Sauerstoffs in der Belüftungszone ist die Geschwindigkeit, mit welcher das

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Belüftungsgas eingeführt wird. Unter sonst gleichen Umständen bringt eine Erhöhung der Zuführungsgeschwindigkeit des Gases eine Erhöhung des Partialdruckes des Sauerstoffs in der Belüftungszone mit sich« und umgekehrte Diese Umstände wirken in entgegengesetzter Richtungo Bei der Erhöhung des Partialdruckes

en des Sauerstoffes nimmt auch die Geschwindigkeit der biochemisch/ Umsetzung zu, und gasförmige Nebenprodukte entstehen schneller. Es muß also eine größere Gesamtmenge von Inertgasen je Zeiteinheit abgezogen werden. Bei einer höheren Zuführungsgeschwindigkeit des Sauerstoff enthaltenden Frischgases hat auch das abgezogene Gas einen höheren Gehalt an Sauerstoff wegen dessen höheren Partialdruckes in der Belüftungszone· Der Anteil des von der Flüssigkeit verbrauchten Sauerstoffs nimmt also ab. Während des Abziehens einer gewissen Menge von Inertgasen nimmt demnach auch die Menge des nicht verbrauchten Sauerstoffs zu, wenn der Sauerstoffgehalt des Gases in der Belüftungszone erhöht wird.

Erfindungsgemäß soll daher der Gehalt des Belüftungsgases an Sauerstoff unter etwa 80 %_t vorzugsweise unter etwa 65 Vol.-% liegen. Auch diese Werte beziehen sich auf die Belüftungszone dort, wo die Inertgase abgezogen werden. Wenn in der Gasströmung zwischen der Einführungβsteile und der Abzugestelle ein Gradient des Gehaltes an Sauerstoff besteht} so enthält das jeweils stromaufwärts befindliche Gas mehr Sauerstoff als das Gas, was abgezogen wird· —/~

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Aus dem Gesagten geht hervor, daß ein hoher Partialdruck des Sauerstoffs in der Belüftungszone und eine hohe Ausnutzung des Sauerstoffs sich widersprechende Forderungen sind* Erfindungsgemäß wird diese Schwierigkeit dadurch beseitigt, daß man den Partialdruck des Sauerstoffs an der unteren Grenze und den Gehalt an Sauerstoff in dem Belüftungsgas an der oberen Grenze hält. Zur Regelung dieses Verhältnisses dient u.s₀ die ä Geschwindigkeit der Zuführung des Sauerstoff enthaltenden Gases·

Bei der eifindungsgemäßen Zuführung eines wenigstens 60 % Sauerstoff enthaltenden Gases, beim Mischen des Gases und der Flüssigkeit und beim Abziehen des Gases wird Energie gebraucht· Das Verhältnis zwischen der zugeführten Menge des Sauerstoffs und dem Energieverbrauch ist ein weiterer wesentlicher Teil der Erfindung. Verwendet man je Volumeinheit des zugeführten Gases mehr Energie, so löst sich ein größerer Anteil des Sauerstoffes und ein kleinerer Anteil gelangt in das Abwasser· Die zugeführte Eisergie kann aber nicht bliebig erhöht werden, weil das Lösen jeder zusätzlichen Menge von Sauerstoff bei einem niedrigeren Partialdruck stattfinden muß· Ferner ist zu berücksichtigen, daß eine gegebene Menge der Flüssigkeit in der Belüftungszone bei einer Erhöhung der Energiezufuhr näher an die Sättigungsgrenze gelangt und daß demnach die Aiüösungsgeschwindigkeit sinkt· Eine Erhöhung der Energie bringt also

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einen abnehmenden Erfolg mit sich· Ferner wird durch allzu
kräftiges Rühren die ausflockende Biomasse verschlechtert,
was ein erschwertes Abtrennen zur Folge hat. Es wurde festgestellt, daß die Menge des zugeführten Sauerstoffs in einem
engen Verhältnis zu der zugeführten Endergie steht. Hohe Partialdrucke des Sauerstoffs und eine erhöhte Energiezufuhr erhöhen die Losungsgeschwindilce.it. Diese beiden Kräfte werden erfindungsgemäß im Gleichgewicht miteinander verwendet, so daß
eine bessere Ausnutzung des Sauerstoffs bei dem erfindungsgemäßen Verfahren stattfindet₉ als bei den bekannten Verfahren, bei denen ebenfalls in der Belüftungszone ein hoher Partialdruck des Sauerstoffs herrscht« Dieses Gleichgewicht wird dadurch erreicht, daß je Kilowattstunde der zugeführten Energie 0,02 bis 0,24 kg Mol Sauerstoff zugeführt werden. Bevorzugt
sollen je Kilowattstunde der zugeführten Energie 0,06 bis
0,12 kjg Mol Sauerstoff zugeführt werden.

Die der Belüftungszone zugeführte Energie muß natürlich wirksam ausgenutzt werden, um.Phasengrenzflächen zwischen dem Gas und der Flüssigkeit zu schaffen,, wo der Sauerstoff gelöst
wird· Die zum Mischen verwendet® Energie muß auch gebraucht
werden, um die Feststoffe gleichmäßig in Suspension zu haltesi und um die Flüssigkeit wiederholt im Kreislauf durch die Belüftungszone zu führen. Hierfür gibt ©s zahlreiche- an sieh--foe»

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Kannte Uelüftungsvorrichtungen. Diese Voi-richtungen werden bewertet nach der Übertragungsfälligkeit für Luft. Hierbei wird die Menge Sauerstoff gemessen, die in einem Sauerstoff-freien Leitungswasser von 20 C bei Atmosphürendurck je Pferdekraftstumte gelöst"werden· Bei der Durchführung des erfindungsgemiillcn Verfall] ons sollte eine Vorrichtung verwendet werden mittels welcher je Kilowattstunde wenigstens 0,9t vorzugs-'weise wenigstens 1,5 kg Sauerstoff gelöst werden. Das sollte auch hei verhnltnisniätii c kleinen Gasmengen stattfinden, um die aussei" lockten Feststoffe nicht zu schädigen und nicht zu dispergieren. Wegen des kleineren Volums von an Sauerstoff angereicherten Gas im Verhältnis zum Volumen der Luft sollte vorzugsweise die Kombination eines mechanischen Rührera und eines untergetauchten Gasverteilers verwendet werden. Es gibt auch einige oberflächlich wirkende Belüfter, die beiden Aufgaben gleichzeitig entsprechen.

Innerhalb des'angegebenen Bereiches von 0,02 bis 0,24 kg Mol Sauerstoff je Kilowattstunde sollten der Sauerstoff und die Energie so abgestimmt sein, daß sie am wirtschaftlichsten arbeiten, wobei die Kosten für die Anlage, die Energie und den Sauerstoff berücksichtigt werden sollten. Unabhängig von etwaigen Änderungen dieser Kostenelemente können bei einer erfindungsgemäßen Belüftungsvorrichtung wenigstens 50 % des zu-ge-

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führten Sauerstoffs ausgenutzt werden, wobei ein Partialdruck des Sauerstoffs aufrechterhalten wird, der um ein Mehrfaches größer ist als derjenige mit Luft erhältliche_o Hierbei wird erheblich weniger Energie verbraucht, als zum Lösen der gleichen Menge von Sauerstoff aus Luft.

Die Fig, 1, 2 und 3 zeigen die Ergebnisse von Versuchen, in einer Versuchsanlage zur Behandlung von städtischem Abwasser mit einem an Sauerstoff angereicherten Belüftungsgas. Die Angaben sind erhalten in einem einstufigen Belüftungssystem. Die Feststoffe hatten eine Verweilzeit von 2 Stunden. Die Flüsigkeit enthielt 4000 ppm flüchtige suspendierte Feststoffe (MLVSS), das zugeführte Abwasser enthielt 250 ppm BOD. Die Biomasse für die Belüftungszone wird erhalten durch Zurückführen des aktivierten Schlammes aus einem K-lärgef äß, in welches die mit Sauerstoff behandelte Flüssigkeit aus der Belüftungszone eingeleitet wird. Die Figuren geben wieder die Daten für Sauerstoffgehalte des Belüftungsgases von 60, 8o und 99,5 % und für Gehalte an gelöstem Sauerstoff von 2 ppm und 8 ppm. In jedem Falle wurden die aufgewendete Energie und der Anteil an verbrauchtem Sauerstoff bei verschiedenen Zuführungsgeschwindigkeiten des Belüftungsgases festgestellt α Die Fig. i gibt diese Ergebnisse mit 99,5 % an Belüftungsgas, die Figo 2 und 3 mit. Belüftungsgasen mit 8o und 60 % Sauerstoff wieder»

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Der Fig, 1 kann entnommen werden» daß ein hoher Sauerstoff— verbrauch erhalten wird, wenn ein hoher Partialdruck des Sauerstoffs in der Belüftungszone herrscht. Die Kurven für den Partialdruck des Sauerstoffs, aufgetragen entsprechend der rechten Ordinate, zeigen auch die untere Grenze für die Zuführungsgeschwindigkeit des Sauerstoffes an, bei welcher der Partialdruck des Sauerstoffes in der Belüftungszone bei der '

unteren Grenze von wenigstens 300 nun Hg liegt» Die Kurven für den Verbrauch an Sauerstoff, bezogen auf die linke Ordinate, zeigen die obere Grenze für die Zuführungsgeschwindigkeit des Sauerstoffes, bei welcher noch wenigstens 50 % des Sauerstoffes verbraucht werden· Eine Extrapolation der Kurven für den Partialdruck bis zu einem Minimum von 300 mm Hg zeigt, daß bei 8 ppm gelösten Sauerstoff Zuführungsgeschwindigkeiten von 0,046 kg Mol Sauerstoff je Kilowattstunde zulässig sind, bei einem Gehalt der Flüssigkeit von 2 ppm gelösten Sauerstoffs M 0,058 kg Mol Sauerstoff je Kilowattstunde· Entsprechend können die Kurven für den Verbrauch verlängert werden bis zu einem Wert von 0,13 kg Mol Sauerstoff je Kilowattstunde,"bevor der Verbrauch unter den Minimalwert von 50 % sinkt» Bei 8 ppm und 2 ppm gelöstem Sauerstoff jrerden mehr als 90 % des Sauerstoffs verbraucht, wenn der Partialdruck bei 300 mm Hg liegt. Die Fig· 1 zeigt auch, daß bei einem Höchstgehalt des Sauerstoffs von etwa 80 % im Belüftungegas etwa 6OO mm Hg bei einer Atmosphäre bei beiden Gehalten an gelöstem Sauerstoff die Ausnutzung auf etwa 60 % herabsinkt· -/-

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Die Fig. 2 für ein Belüftungsgas mit 80 % Sauerstoff zei₍i;t die Mindest Zuführungsgeschwindigkeit en von etwa 0,0% bzw,, 0,06 kg Mol Sauerstoff je Kilowattstunde bei .Gehalten der Flüssigkeit von 8 bzwβ 2 ppm gelöstem Sauerstoff und einem Partialdruck des Sauerstoffs von 300 mm Hg„ Der Bereich, innerhalb dessen die Zuführungsgeschwindigkeiten, gehalten werden können ist erfindungsgemäß noch ziemlich weite Man sieht aber, daß ein 8o %iger Verbrauch des Sauerstoffs nicht überschritten werden kann, wenn der Partialdruek über 300 mm Hg liegt. Wenn der Partialdruek des Sauerstoffs durch Erhöhung der Zuführungsgeschwindigkeit des Belüftungsgases erhöht wird, so liegt die Menge des ausgenutzten Sauerstoffes weit usitor den geforderten 50 %, und daher außerhalb des Bereiches dieses Vefahrens»

Die Fig. 3 zeigt, daß ca± einem Gehalt des Belüftungsgases von 60 % eine genaue Regelung der Zuführungsgesehwiradigkeit innerhalb enger Grenzen notwendig ist· Die Kurv.e für den Partialdruek bei einem Gehalt von θ ppm gelösten Sauerstoff steigt über 300 mm bei etwa 0,07 kg Mol Sauerstoff je Kilowattstunde, und die Kurve für den Verbrauch an Sauerstoff fällt unter 50 % bei einer Zuführungsgeschwindigkeit von 0,06 kg Mol Sauerstoff je Kilowattstundcio Bei einem Gehalt an gelöstem Sauerstoff von 2 ppm findet dieses Zusammenfallen der minimalen und maximalen Zuführungageschwindigkelt bei etwa 0,09 kg Mol Sauer-

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stoff je Kilowattstunde statt· Das Herabsetzen des Sauerstoffgehalt es des Belüftungsgases engt also den Betriebsbereich sehr ein» Bei einem Partialdruck des Sauerstoffs über 300 mm Hg werden nur 50 % des Sauerstoffs verbraucht· Bei weiterer Herabsetzung des Sauerstoff gehaltes des zugeführten Gases ist in jedem Falle die minimale Zuführungsgeschwindigkeit zur Erreichung eines Partisldruckes von 30O mm höher als der maximale Verbrauch von 50 /β. Das erfindungsgemäße Verfahren kann also bei einem Gehalt des Belüftungegases unter 60 % nicht durchgeführt werden.

Die nachstehende Tabelle A stellt die Ergebnisse zusammen, die bei einer Zuführungsgeschwindigkeit von 0,067 kg Mol Sauerstoff je Kilowattstunde und bei einem Gehalt der Flüssigkeit an ß PJ)IH gelösten Sauerstoff erhalten sind·

Ai geführtes
Belüftungsgas

60 % o._r

80 j* 0_o
99,5 % 0,

Tabelle

Verbrauch an Sauerstoff

50 % 70 % 90 %

Partialdruck des Sauerstoffs in der Belüftunsszone

300 mm 350 mm 450 mm

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In der Tabelle B sind die Zuführungsgeschwindigkeiten und der Verbrauch an Sauerstoff für Belüftungsgase von verschiedenen Gehalten an Sauerstoff bei einem Partialdruck von 300 mm Hg zusammengestellt.

Tabelle B Gelöster Sauerstoff a 8 ppm

Zugeführtes Zuführungsgeschwindigkeit Verbrauch an

Belüftungsgas kg Mol Sauerstoff/KWII Sauerstoff

60 % O₂ 0,068 50 %

80 % O_n 0,04l 80 %

99,5 H O₂ 0,044 95 %

Die Kurven der Fig. 1 zeigen auch, daß das Verfahren wenig empfindlich ist gegen änderungen des Gehaltes an gelöstem Sauerstoff, wenn man ein Belüftungsgas mit 99»5 % Sauerstoff verwendet. Die Kurven für 2 und 8 ppm gelösten Sauerstoff liegen eng nebeneinander, so daß eine Zunahme des Gehaltes an gelöstem Sauerstoff innerhalb dieses Bereiches keine große Wirkung hat auf den Verbrauch an Sauerstoff oder auf den Partialdruck des Sauerstoffs in der Belüftungszone· Die Fig. 2 und3 für ein Belüftungsgas mit 8o und 60 % Sauerstoff zeigen demgegenüber, daß in dieeem Falle eine Bmpfindlichkeit bei Änderungen des Gehaltes an gelöstem Sauerstoff besteht» In der Praxis ändern sich aber die Gehalte an gelöstem Sauerstoff

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in Abhängigkeit νο*> der Zuführungsgeschwindigkeit des Abwassers und seinem Gehalt an BOD, so daß diese Unabhängigkeit des Sauerstoffverbrauches von anderen Umstanden einen wesentlichen Vorteil in der bevorzugten Ausführungs formel es Verfahrens, wenn das Belüftungsgas wenigstens 90 % Sauerstoff enthält, mit sich bringt_β Bei einem Gehalt des Belüftungsgases von mindestens 90 % ist das Verfahren innerhalb gewisser Grenzen nicht abhängig vom Gehalt an gelöstem Sauerstoff, was im Gegensatz besteht zu den Erscheinungen bei Verwendung eines Belüftungsgases mit 60 % Sauerstoff,

Die Ergebnisse nach den Fig. l und 3 sind erhalten mit einer Belüftungsvorrichtung, durch welche eine Belüftungsgeschwindigkeit von 1,8 bis 2,1 kg Mol Sauerstoff je Kilowattstunde erhalten werden· Eine weniger wirksame Vorrichtung führt zu einem Herabsinken der Kurven für den Verbrauch und einem Steigen der Kurven für den Partialdruck. Eine wirksamere Vorrichtung hat den entgegengesetzten, Effekt· Die Ergebnisse bezüglich der unteren Grenze von 60 % Sauerstoff im Belüftungsgas werden hierdurch aber nicht wesentlich beeinflußt·

Der Energieverbrauch entsprechend der Abszisse der Fig. 1 bis 3ist der Gesamtverbrauch für das Mischen der Feststoffe und der Flüssigkeit und für die Inberührungbringung des Gases

mit der Flüssigkeit bei üblichen Luftvertexlern wird die Gesaratenergie von den Luftkompressoren verbraucht. In anderen Systemen wird ein Teil der Energie-benötigt zum Betrieb der mechanischen Rührwerke, um die Feststoffe in Suspension zu halten; der Rest der Energie wird von den Kompressoren benötigt, die das Gas den untergetauchten Gaswert eilern zuführen« Bei anderen Oberflächenbelüftern wird die gesamte Energie zum mechanischen Rühren der Flüssigkeit gebrauchte

Da" die Energie zum Misehen in dem Verhältnis der zugeführten Sauerstoffmenge zu der Gesamtenergie enthalten ist, so sind die Werte für die letztere beeinflußt durch die Verweilzeit der Feststoffe in der Flüssigkeit in der Belüftungszone· Die Energie zum Mischen muß gleichmäßig zugeführt werden* Wenn die Behandlungszeit lang is'.v, so müssen auch die Behälter groß sein, und es wird eine erhebliche Enregie zum Mischera gebranaht_α Venn die Behandlungszeit lang ist« so kann, die Zuführungsgesehwindigkeit des Sauerstoff enthaltenden Belüftungsgases verhältnismäßig niedrig sein,, was einer langsamen Aufnahme von gelöstem Sauerstoff entspricht« Demnach ist bei Verlängerung der Behandlungszeit die zum Mischen verwendete Energie ein größerer Beetandteil der Gesamtenergie,und das Verhältnis der zugeführten Menge von Sauerstoff zuns Kr aft bedarf ist verhälnisaäßig niedrig· Bei kurzen Behandlungszeiten gilt das Entgegen«» gesetzte·

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Die Fig. k_r 5 und 6 entsprechen den Fig. 1, 2 und 3, mit der Ausnahme, daU die gemischte Flüssigkeit 6000 ppm MLVSS und das zu behandelnde Abwasser 25OÖ ppm BOD enthält. Die Fig, I bis 3 geben die Verhältnisse wieder bei der Behandlung von wenig verunreinigtem städtischem Abwasser, die Fig. k bis 6 bei der Behandlung von höher verunreinigten Industrieabwässern nach dem Verfahren d«r Erfindung, Bei Erhöhung des Gehaltes %

an BOD und dementsprechend an MLVSS wird mehr gelöster Sauerstoff verbraucht. Bei einer gegebenen Zuführungsgeachwindigkeit von Sauerstoff je Kilowattstunde wird die Menge des verbrauchten Sauerstoffs erhöht und sein Partialdruck über der Flüssigkeit erniedrigt.

Die Fig. k zeigt die Verhältnisse bei einem Belüftungsgas mit 99,5 % Sauerstoff und einem Gehalt der Flüssigkeit an 8 ppm gelösten Saue-stoff. Eine Zuführungsgeschwindigkeit zur Aufrechterhaltung eines Partialdruckes von 300 mm Hg Sauerstoff wird gemäß der Kurv« erreicht bei einer Zuführungsgeschwindigkeit von etwa Ö,06 kg Mol Sauerstoff je Kilowattstunde, und bei einem 50 ?»igen Verbrauch des Sauerstoffs liegt die Zuführungsgeschwindigkeit bei 0,26 kg Mol Sauerstoff je Kilowattstunde* Wie man sieht, muß bei dieser Ausführungsform des Verfahrens das Gas erheblich weniger als 80 % Sauerstoff enthalten, um das Erreichen der oberen Grenze von Q,2k kg Mol Sauerstoff

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je Kilowattstunde zu vermeiden und um ein Herabsinken des Sauerstoffverbauches unter 50 % zu verhindern. Bei einem Gehalt der Flüssigkeit an 2 ppm gelöstem Sauerstoff liegt die untere Grenze für die Zuführungsgeschwindigkeit bei etwa O,O85 kg Mol Sauerstoff je Kilowattstunde beim minimalen Partialdruck des Sauerstoffs von 30° mm Hg, und die obere Grenze liegt bei 0,032 kg Mol Sauerstoff je Kilowattstunde zum Erreichen eines 50 %igen Verbrauches des Sauerstoffs» Die letztere Grenze liegt aber über der erfindungsgemäßen oberen Grenze für die Zuführungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs verglichen mit dem Energiebedarf« Der Arbeitsbereich ist also sehr weit, es werden große Mengen des Sauerstoffes verbraucht und die entsprechenden Partialdrücke liegen hoch·

Die Fig. 5 für ein Belüftungsgas mit 80 % Sauerstoff zeigt die unteren und oberen Grenzan für die Zuführungsgeschwindigkeit von 0,07 bzw. 0,17 kg Mol Sauerstoff je Kilowattstunde bei einem Gehalt der Flüssigkeit an 8 ppm, und von'0,11 bzw. 0,22 kg Mol Sauerstoff je Kilowattstunde bei einem Gehalt der Flüssigkeit an 2 ppm. Bei einem derartigen Belüftungsgas wird weniger Sauerstoff verbraucht und eine hohe Zuführungsgeschwin·» digkeit ist erforderlich·

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Die Fig. 6 zeigt, daßbei einem Gehalt des Belüftungsgases von 60 % Sauerstoff und einem Gehalt des zu behandelnden Abwassers von 25OO ppm weder bei einem Gehalt von 2 ppm noch bei einem Gehalt von 8 ppm gelöstem Sauerstoff in der Flüssigkeit ein Bereich für die' Durchführung des erf indungsg'emä- ßen Verfahrens vorhanden ist. Bei einem Gehalt der Flüssigkeit an 8 ppm gelöstem Sauerstoff muß die Zuführungsgeschwin- " digkeit des Belüftungsgases bei wenigstens 0,15 3sg Mol Sauerstoff je Kilowattstunde liegen, um einen .Partialdruck von 300 mm Hg zu erreichen) aber die Zuführungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs kann licht über 0,09 kg Mol Sauerstoff je Kilowattstunde liegen, um einen Sauerstoffverbrauch von 50 % oder darüber zu erreichen· Dieser negative Arbeitsbereich entspricht dem in Fig. 3 dargestellten. Hier ist aber ein weitaus geringerer Unterschied zwischen den Grenzen für den Sauerstoffverbrauch und dem Partialdruck des Sauerstoffs. Der Bereich für J die Zuführungsgeschwindigkeit bei einem Abwasser mit 2500 ppm liegt bei 0,09 - 0,15 «0.06 kg Mol Sauerstoff je Kilowattstunde, während der Bereich bei einem Abwasser mit 250 ppm BOD bei 0,06 - 0,07 ■» 0,01 kg Mol Sauerstoff je Kilowattstunde liegt. Es ist klar, daß bei einer Herabsetzung des BOD in Abwässern, was bei verdünnten städtischen Abwässern der Fall/kein kann, auch ein Arbeiten mit einem Belüftungsgas mit 60 % Sauer-

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stoff möglich macht. Ein Vergleich der Kurven für Belüftungsgase mit 80 und 60 % Sauerstoff nach den Fig* 2 und 3 bzw« Fig. 5 und 6 zeigt aber, daß eine Herabsetzung des Sauerstoffgehaltes des Belüftungsgases unter 60 % nicht möglich ist, weil,es hierbei nicht gelingt, einen wenigstens 50 %igen Verbrauch des Sauerstoffs und einen Partialdruck des Sauerstoffes von wenigstens 300 mm Hg gleichzeitig zu erreichen»

Die Fig. 7 und 8 zeigen die Änderungen der Betriebskosten zum Behandeln eines 25O BOD enthaltenden Abwassers bei verschiedenen Zuführungsgeschwindigkeiten des Sauerstoffs» Die in der rechten Ordinate angegebenen Kostenwerte sind nur relativ, sie geben aber die Gesamtkosten für die Belüftung einschließlich der Anlagekosten, der Abnutzung und der Betriebskosten wieder. Die Fig. 7 zeigt, daß bei Verwendung eines 99 »5 % Sauerstoff enthaltenden Belüftungsgasee ein sehr scharf ausgeprägtes Optimum bei 0,07 kg Mol Sauerstoff je Kilowattstunde besteht, und daß diese Werte bei 2 bzw» 8 spm gelöstem Sauerstoff bei etwa 27 bzw. 28 Kosteneinheiten liegen« Die entsprechenden Werte für den Sauerstoffverbrauch liegen bei etwa 90 %· Die Fig· 8 zeigt bei Verwendung eine 60 % enthaltenden Belüftungsgasesoptima für 2 bzw· 8 ppm gelösten Sauerstoff bei «twa 0,07 kg Hol Sauer-t stoff je Kilowattstunde, wobei die Belüftungakoeten bei etwa 50 bzw· 60 Kosteneinheiten liegen· Die Optima nach Fig· 8

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stellen einen 50 #igen Sauerstoffverbrauch rait den niedrigsten Behandlungskosten von HOD enthaltenden Flüssigkeiten fest*

Heim Vergleich der Fig. 7 und 8 ist es ferner klar, daß ein
Verfahren unter Verwendung eines 99»5 % Sauerstoff enthaltenden Belüftungsgases verhältnismäßig unempfindlich ist gegenüber
Änderungen des Gehaltes an gelöstem Sauerstoff« Im Gegensatz ä hierzu entstehen bei Verwendung eines 60 % Sauerstoff enthaltenden Belüftungsgaees erheblich höhere Betriebskosten mit der Zunahme des Gehaltes an gelöstem Sauerstoff·

tlomäß der Fig. 9 wird ein DOD enthaltendes Abwasser, z.B. ein städtisches Abwasser durch die Leitung 11 in die Kammer 10
eingeleitet. Eine nicht abgebildete Quelle für ein wenigstens (>() j» enthaltendes Belüftungsgas ist vorgesehen. Dieses Gas
strömt durch die Leitungl2 mit dem Hegelventil 13 in die Kammer 10. Die letztere hat einen gasdichten Deckel l4y um über der
Flüssigkeit ein an Sauerstoff angereichertes Belüftungsgas zu gewährleisten. Der zurückgeführte Schlamm wird durch die Leitung 15 in die Kammer 10 geführt. Man kann auch das BOD enthaltende Abwasser und den Schlamm vor der Einführung in die Kammer mischen.

Die Bestandteile werden innig gemischt, so daß eine Flüssigkeit entsteht, die vorzugsweise wenigstens 3000 ppm flüchtige

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suspendierte Feststoffe (MLVSS) in der Belüftungezone enthält. Das Mischen geschieht durch einen mechanischen Rührer l6, der vom Motor 17 mit einer Welle angetrieben ist, welche durch die Dichtung l8 in den Deckel l4 führt. Obwohl man die Rührwerke auch- in der Nähe der Flüssigkeitsoberflache anbringen kann, ist bei der vorliegenden Ausführungsform ein Rührer unter der Oberfläche dargestellt. Dei dieser Ausführungsform wird das Belüftungegas, das aus der Flüssigkeit in den Gasraum ein» tritt durch die Leitungen 19 mittels des Kompressionsgebläses 20 abgezogen· Es wird durch die Leitung 21 zu dem untergetauchten Gasverteiler 22 zurückgeführt, der vorzugsweise unterhalb des Rühres l6 angeordnet ist. Das Belüftungsgas wird also kontinuierlich im Kreislauf in inniger Berührung mit der Flüssigkeit in der Kammer 10 zurückgeführte Das Gebläse 20 wird durch einen nicht abgebildeten Motor angetrieben. Dieser Motor liefert die für das Mischen des Gases mit der Flüssigkeit erforderliche Energie, Vorzugsweise weist er Regelvorrichtungen auf, um seine Hotationsgeshhwindigkeit einzustellen. Das an Sauerstoff verarmte Abgas wird aus der Kammer 10 durch die Leitung 23 abgezogen, die ebenfalls ein Regelventil 2k aufweisen kann.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrene werden das BOD enthaltende Wasser, das an Sauerstoff angereicherte

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Belüftungsgas und der Schlamm gemischt· Das Belüftungsgas wird kontinuierlich zur besseren Auflösung in die Flüssigkeit zurückgeführt· Inerte Gase, die int Belüftungsgas enthalten sind, wie Stickstoff und bei der Umsetzung entstehende Gase, wie Kohlendioxyd, sammeln sich mit dem unverbrauchten Sauer« stoff in dem Gasraum über der Flüssigkeit· Diesea Gasgemisch hat einen Partialdruck des Sauerstoffs von wenigstens 300 mm Hg, vorzugsweise von wenigstens 380 am Hg. Da* an Sauerstoff angereicherte Gas kann in die Kammer 10 kontinuierlich durch die Leitung 12 während des Mischens eingeführt werden, oder ipan kann auch die Gaasuleitung unterbrechen, wann da* Misehen beginnt* Daa an iaueratoff verarmte Beiüftungagaa kann konti* nuierlioh oder in Zeitab standen 4urcn 4*β, teilung A3 aus <**» Gaerauai abge»ogea werden* " ' - * ■" . - .■;■"- ' ■"'" ^; - - ' - -

Dmr Flüaaigkaitaatand in da« Behälter 10 wird geregelt dureh | da* Wehr 35 t über welches die Flüssigkeit in den Trog 35 und in die AbIaßleitung 27 fließt» Der Sehalt an «auerstoff in der FlÜssijkeit wird »ei« Hischa« on««Thalto ?d % dar ««ttigwig*· . '^: giensa gehalten und betrÄgt veraugaveiee we»ig*ta»a a 9pm* ■ Kinstelluitgen de* Gehaltes an gelüstest Sauer*toff können erreieht wanden dureh Änderung der Zufititrungageaekirindigkeit des B*lüftung*gä*e· Mittel* des Ventile 13 In dar Leitung Ii₁ wodurch dar Partialdruck des Sauerstoffs in den Gearaum de*

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κ.

- 3k »

Behälter· 10 erhöht oder verringert worden kann· Man kann auch den Gehalt an gelöstem Sauerstoff einstellen durch Ander·» ung der verwendeten Energie und der Rotationegeschwindigkeit des Gebläses 20, wodurch die Diffuaionsgeschwindigkeit in der Flüssigkeit erhöht oder erniedrigt wird· Der Gehalt an ^löst em Sauerstoff kann ferner geregelt werden durch Änderung der Verweilzeit der Flüssigkeit In der Karamer 10· Unter sonst gleieheu Uaatanden ergibt «ine lungere Verweilxe.it der Flüssig· keit einen höheren gehalt an gilöetesi Sauerstoff,

Mash Beendigung des Mischen· ***#*«* t»«iapi«letr*4·· 20 bis ldO HUtuten wird die a&t $*u«r«*»r2" b«oj»ud»i*e Flüe«4gkoit durth die Loituaft tj in «in mtiftt$#« k»K»entri#«h** fesitbleeh

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SU eine« Punkt aswiseha» «tat Flüssigkeitsspiegel und dem kegel« fOriilgen Bod·» des QeflS··» Per Wetor |0 tf #ibt eine^ langdara ι··******·* 1Ι··Ιμμι Ji «ker ««* Soden <t·» Sliir«|iffKöe*, um «in

Di· ft^efstehe»<l» gereimigte n**eifheit rii«Äit *b*r <S*s tfehr 33 1» de« Trog 33 u»4 wird dureh #1· Leitimg j% «bge **r NlIlMlB wird TMl ftM«» <Ü>* *λ*Τ4#1ΐΙΙ*ββ ««^fe di» 35 abgeso«·*. Weeigsfceee eia T*il die··· S©»a*a*s* wird Druck Mittels der Puape 36 dureh die Leitung 15 la den

10 zurückgeführt, um das eingelassene frisch· BOD enthaltende Wasser zu impfen· Nicht benötigter Schlamm wird durch die Leitung 37 mit einem Regelventil 38 abgelassen·

Die Pig· 10 zeigt eine andere Anlage für die Durhhführung des erfindungsgemaßen Verfaliren·. Sie enthält mehrere untergetauchte Rührer l6a bis l6e und mehrere Gasverteiler 22a bis j| 22e für den Umlauf des an Sauerstoff angereicherten Gases, »ixe entlang der Längsachse von einem Ende zum anderen des Behalters 10 angeordnet sind* Nach Vormischen werden das BOD enthaltende Wasser und der zurückgeführte Schlamm durch die Leitung 11 in ein Ende des Behälters 10 eingeleitet.· Die Flüssigkeit wird gemischt mit an Sauerstoff angereicherten Gas, das durch die Leitung 11 eingeleitet wird. Die mit Sauerstoff behandelte Flüssigkeit wird am anderen Ende des Behalters ■ 10 durch die Leitung 27 in ein nicht abgebildetes hlärgefäß abgeleitet·' Das an Sauerstoff verarmte Gas wird aus dem Gasraum über der Flüssigkeit am unteren Ende des Behälters durdidie Leitung 23 abgezogen. In der Lanesachse des Behälters angeordnete Leitungen 19a bis 19e lassen mittels der Gebläse 20a bis 2Oe und der Gasverteiler 22a bis 22e das Gas in der gleichen Weise umlaufen, wie es bei der Ausführung nach Fig. 9 geschieht·

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Der Behälter 10 kann so ausgeführt sein, daß seine Länge verhältnismäßig groß ist im Vergleich zur Breite und Höhe. Für einen gegebenen Inhalt erhöht diese Form die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstromes vom Einführungsende bis zum Auslaßende, und ein Rückmischen der Flüssigkeit wird vermiedene Ein derartiger glatter Fluß ohne Rückmischen ist besonders dann angebracht, wenn mehrere Mischvorrichtungen verwendet werden. Wenn ein Rückmischen nicht stattfindet, so ist das Verhältnis von Nährstoffen zur Biomasse (kg BOD )/(Tage χ kg MLVSS) an dem Einführungsende des Gefäßes hoch, wo das BOD enthaltende Wasser eintritt_o Am Auslaßende ist dieses Verhältnis niedrig, wo die mit Satierstoff behandelte Flüssigkeit in das Klärgefaß abfließt. "BOD_r ^M betrifft die Messung an einem Muster, das 5 Tage lang geimpft war. Beide örtlichen Bedingungen sind günstig für eine vollständige und schnelle Biooxydation.

Nach der Fig. 10 wird die Flüssigkeit in einer Reihe von Stufen mit Sauerstoff behandelt, vom Einführungsende bis zum Auslaßende des Behälters 10, auch wenn die einzelnen Stufen nicht physikalisch voneinander getrennt sind« Wenn dfer Behälter einen kleinen Querschnitt des Gasraumes unter dem Deckel l4 hat, kann ein ahnlicher Fluß des Behandlungsgases erreicht werden. Auch das trägt dazu bei, das BOD vollständig bei einer hohen Durchflußgeschwindigkeit zu beseitigctn, da ein verhält-

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nismäßig hoher Partialdruck des Sauerstoffs über der Flüssigkeit an dem Einlaßende vorhanden ist. Ein weiterer Vorteil des stufenweisen Gasstromes besteht darin, daß die inerten gasförmigen Verunreinigungen am anderen Ende in einem geringeren Volumen des Belüftungsgases abgezogen werden können. Beim Strömen des Belüftungsgases von einem Ende zum anderen des Behälters 10 ist die Lösungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs in der Flüssigkeit erheblich größer, als die Entwicklung von inerten Gasen aus der Flüssigkeit· Entsprechend nimmt das Volumen des Gasstromes stufenweise ab und sein Gehalt an inerten Gasen nimmt zu von dem Einführungsende bis zum Ablaßende. Es ist zweckmäßig, eine Zone mit einem hohen Verhältnis von Nährstoffen zur Biomasse, und zwar dort, wo das BOD enthalten de Wasser eingeführt ist, mit einem Gas des höchsten Sauerstoff gehaltes zu belüften, weil der Sauerstoffbedarf _Λ in dieser Zone am größten ist. Umgekehrt ist der Sauerstoffbedarf in dem Ablaßbereich der mit Sauerstoff behandelten Flüssigkeit am niedrigsten und dan Vorhandensein eines Gases mit dem niedrigsten Sauerstoffgehalt in dieser Zone ist vorzuziehen. Entsprechend ist es bei dieser Ausführungsform der Erfindung, wobei die Flüssigkeit durch mehrere Zonen oder Stufen geführt wird, vorteilhaft, daß das Belüftungsgas im Gleichstrom sich bewegt, wobei ein Gas mit dem höchsten Gehalt an Sauerstoff gemischt wird*mit einer Flüssigkeit mit dem höchsten Gehalt an BOD»

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Die Anlage nach Fi^₀ 11 zeigt eine Mischkammer 10 mit vier einzelnen Abteilen oder Stufen 30a, 30b, 30c und 30d. Die feilungswande 3 la bis 3 Ic mit den Dur chfluljöf fnungen yia. bis 32c teilen die Abteilungen voneinander· Die teilweise mit Sauerstoff behandelte Flüssigkeit fließt nacheinander durch die einzelnen Abteilungen von dem ersten bis zum vierten Abteil.

Das an Sauerstoff angereicherte Gas wird durch den Gasverteiler, die Regelventile 13a, 13b, 13c und 13d und Zweigleitungen in jede der vier Abteilungen eingeführt, wo es gleichzeitig mit der BOD enthaltenden Flüssigkeit gemischt wird» Diese Ventile können beispielsweise ansprechen auf verschiedene Variablen, wie auf den Gehalt an gelöstem Sauerstoff in der Flüssigkeit oder auf Zusammensetzung des Gases in jeder Abteilung. Oberflächenbelüfter 22a, 22b, 22c und 22d schleudern massive Schleier oder Tafeln von Flüssigkeit in das Belüftungsgas β Diese Belüfter liefern die zum Mischen erforderliche Energie für die Flüssigkeit und die Feststoffe und die zum Inberührungsbringen des Gases mit der Flüssigkeit, erforderliche Energie ο Xm Gegensatz hierzu lassen die Einheiten nach den Fig. 9 und IO die Flüssigkeit und nicht das Gas kontinuierlich umlaufen· Hierbei wird ebenfalls eine innige Berührung des Gases mit der Flüssigkeit in jeder Abteilung aufrechterhaltene Da die Wandungen der Abteilungen die Flüssigkeiten in jeder

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Abteilung halten, können Überflächenmischer verwendet werden, ohne «laß ein Kückmischen der Flüssigkeit stattfindet. Das an Sauerstoff verarmte .Belüftungsgus wird aus jeder Abteilung durch die Leitungen 23«» 23l>, 23c und 23<l abgezogen. Auch •Upsp Leitungen können gewünsclitrafalls Hegelventile enthaltene

Ein Vorteil dor Anlage nach der Fig. 11 ist der erreichte ^

glatt.ο FIuI. der Flüssigkeit. Di ν Strömungsgeschwindi gkeit der Flüssigkeit durch.' die Öffnungen 32a bis 32c genügt, um ein Rilekmisehen zu vormpiiieii. Die Zusammensetzung der Flüssigkeit in jeder Abt ei lung ist im wesentlichen gleichmäßig, und der Gehalt an BOD nimmt, stufenweise ab von der Stufe 3⁽>a his zu Stufe 30b.

Bei den Anlagen nach den Fig. 9 his 11 ist eine Rückführung des aktivierten Schlammes gezeigt; es ist aber nicht unbedingt ^ wesentlich für die Durchführung des erfindungsgeraälJen Verfahrens. Die Beliiftungszone kann eine bedeckte Kammer sein, die in offener Verbindung an ihrem unteren Ende mit einer Masse von BOD enthaltendem Wasser steht, z.B. einem Gärtank. In diesem" Falle kann die Biomasse umlaufen durch den natürlichen Fluß und unter Vermittlung der Belüftungsvorrichtung» In dem Gärtank setzt sich ein Teil -des Schlammes aus der Biomasse am Boden ab und kann periodisch abgezogen werden.

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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Abwasser mit Sauerstoff* behandelt, wobei Schlamm, Abwasser und Delüftungsgas mit wenigstens 90 % Sauerstoff in einer Belüftungszone gemischt werden, wobei die Flüssigkeit wenigstens 3⁰⁰⁰ PP^m MLVSS enthält. Das Mischen wird fortgesetzt, während man gleichzeitig a) die Zuführung

^ des Sauerstoff enthaltenden Gases bei Ο,θ6 bos O,l8 kg Mol Sauerstoff je Kilowattstunde hält, b) im Belüftungsgas über der Flüssigkeit einen Partialdruck des Sauerstoffs von wenig*» stens 3&O mm Hg, aber unter einem Gehalt von 65 % Sauerstoff hält, wobei wenigstens 70 % des in dem Gas enthaltenden Sauerstoffes verbraucht werden, c) die Konzentration des gelösten Sauerstoffs in der Flüssigkeit unterhalb 35 ^ der Sätti_oungsgrenze hält, und d) das Belüftungsgas kontinuierlich in inniger Berührung mit der Flüssigkeit in der Belüftungszone umlaufen läßt. Die mit Sauerstoff behandelte Flüssigkeit

™ wird aus der Beiüftungszone abgezogen und zu Schlamm und geklärtem Wasser getrennt. Wenigstens ein Teil des Schlammes wird im Kreislauf in die Belüftungsüone zurückgeführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann wirtschaftlich bei der biochemischen Umsetzung verwendet werden. Ein hoher Anteil des zugeführten Sauerstoffs wird nutzbringend verwendet, wenn, ein

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hoher Partialdruclc des Sauerstoffes in dem Delüftungsgas aufrechterhalten wird. Die Lösungsgeschwindigkeiten sind hoch, so daß hohe Konzentrationen an gelöst era Sauerstoff erhalten werden, selbst wenn in der Flüssigkeit große Mengen an Feststoffen enthalten sind· Dadurch ist das erfindungsgeiaaße Verfahren wirtschaftlicher als die bekannten. Der Energieverbrauch und die Kosten für die Anlage sind niedrig, und es werden schwere gut absetztende Flocken erhalten, die während der Behandlung nicht geschädigt werden.

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Claims

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_ Un _

Patentansprüche

»J Verfahren zum Behandeln von biochemisch oxydierbares Material (DOD) enthaltendem Wasser mit Sauerstoff in Gegenwart einer bakterülen aktiven Biomasse durch Mischen des IJOD enthaltenden Wassers, der Biomasse und eines freien Sauerstoff enthaltenden Belüftungsgases in einer Belüftung-szone,dadurch gekennzeichnet, daß man gleichzeitig

(a) ein Belüftunj;sgas verwendet, das wenigstens 60 V0I.-/0 Sauerstoff enthält,

(b) den Sauerstoff in einer Menge von 0,02 bis 0,24 kg Mol 0_o je Kilowattstunde der zum Mischen und Zuführen des Gases verwendeten Energie zuführt,

(c) den Partialdruck des Sauerstoffs über dem zu belüftenden Flüssigkeitsgemisch bei wenigstens 300 nun Hg, jedoch unter 80 Vol.-?6 hält und hierbei wenigstens 50 % des Sauerstoffs in dem Flüssigkeitsgemisch verbraucht,

(d) den Gehalt des Flussigkeitsgemisches an gelöstem Sauerstoff unter 70 % der Sättigung, jedoch über etwa 2 ppm hält.

(e) das Belüftungsgas oder das zu behandelnde Flüeeigkeitsgemisch in inniger Berührung miteinander kontinuierlich unlaufen läßt·

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2. Vorfahren nach Anspruch 1, el a d u r c h g e k e η n-

/. ο i c h η ο t, daß man das Helüf tungsgas kontinuierlich aus der üelül tunirszone abzieht und in das zu behandelnde F 1 üf»si Rk ei ι Rj:cniiscl) zurückführt.

3. Vcrfaiircn nach Anspruch 1 oder 2, g e k e η η ζ e ic h -

ii ο t d* u r c h die Verwendung eines Uelüftungsgases ■ mit einem (inhalt von wenigstens ¹K) Vol.-fr Sauerstoff,

•Ί. Vorfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» ^ a d u i* c h ,ι ο \\ ο η η ζ eic h η ο t , daß mau*-den Gehalt des Flüssigkeit siremisches an -.^elostoni Sauerstoff unter 35 /o der Satt i-Rung hill ι .

ο Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis Ί, d a d u r c h S e k e η η ζ ei c Iv η e t, daß man den .Partialtlruck des Sauerstoffs in dem Delüftungsgas über dem Flüssi^kuitsgemisch über 30(3 mm Hg hält.

6. Verfaliren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h net, daß man den Sauerstoff in einer Menge von 0,06 bis O,l8 kg Mol O je Kilowattstunde der verwendeten Energie zuführt.

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Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, g e k en η— zeichnet, durch die Verwendung eines Delüftungsgases mit weniger als 65 Vol.—% Sauerstoff.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7» g e k e η nzeichnet durch die Verwendung einer Flüssigkeit, die wenigstens 3OOO PP^m suspendierte flüchtige Feststoffe (MLVSS) enthält.

9· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gek ennzeichnet, daß man IiOD enthaltendes sjbädtisches Abwasser verwendet, die in der Belüftungszone' behandelte Flüssigkeit zu Schlamm und gereinigtem Abwasser auftrennt und wenigstens einen Teil des Schlammes als aktive Diomasse in die Delüftungszone zurückführt.

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