DE2032480A1

DE2032480A1 - Verfahren zum Behandeln von Ab

Info

Publication number: DE2032480A1
Application number: DE19702032480
Authority: DE
Inventors: J R Mcwhirter
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1969-07-02
Filing date: 1970-07-01
Publication date: 1971-01-14
Also published as: FR2054078A5; YU165770A; HU168462B; BR7020198D0; CH540857A; ES381328A1; IL34836A; DE2032480B2; DK131561C; CS156475B2; ZA704500B; IL34836A0; AT337625B; SE376901B; YU246178A; NL160791C; DK131561B; MY7700097A; NL160791B; CH533576A

Description

ί Frankfurt am Main 70 3θ. Juni 197o

Union Carbide Corporation, New York, N.Y., U.S.A. Gzy/bü

Verfahren zum Behandeln von Abwasser

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von biochemisch oxydierbares Material(BOD) enthaltendem Wasser mit Sauerstoff in Berührung mit einer bakteriell aktiven Biomasse. Erfindungsgemäß kann beispielsweise städtischen Abwasser, Abwasseraus petrochemischen- oder Papierfabriken oder Abwasser aus Fermentationsanlagen verarbeitet werden. Die Erfindung betrifft ferner eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei den meisten biologischen Oxydationsverfahren wird Luft als Quelle für den Sauerstoff verwendet. Da die Luft nur etwa 20 % Sauerstoff enthält, und weil in der Regel nur 5 bis 10 % des Sauerstoffes absorbiert werden, ist dieses Verfahren wenig wirksam. Sein Vorteil besteht darin, daß Luft in großen Mengen kostenlos zu erhalten ist. Die der Luft mitgeteilte Energie genügt in der Regel auch, um in die Flüssigkeit mit dem Gas zu mischen und um die bakteriellen Feststoffe, die aktive Biomasse, in Suspension zu halten.

Schon seit vielen Jahren ist überlegt worden, beim Behandeln von städtischen und chemischen Abwässern anstelle von Luft Sauerstoff zu verwenden, weil dadurch die Gasmenge verringert werden kann. Ferner wurde angenommen, daß ein geringer Gehalt an gelöstem Sauerstoff in der Flüssigkeit die Geschwindigkeit

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und Fußständigkeit von biochemischen Umsetzungen herabsetzt. Da reiner Sauerstoff Kosten verursacht, muß er sparsam und wirksam verwendet werden. Das setzt ein kleines Mengenverhältnis des Gases zur Flüssigkeit, im Vergleich zu der Verwendung von Luft, voraus. Der Partialdruck des Sauerstoffs in dem BeIUftungsgas, muß ferner hoch gehalten werden, um bei einer hohen Lösungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs die Anlagekosten und die Betriebskosten niedrig zu halten. Bisher ist noch kein Verfahren gefunden worden, bei welchem der Sauerstoff in dem BelUftungsgas einen hohen Partialdruck hat, und wobei gleichzeitig ein hoher Anteil des Sauerstoffs ausgenutzt wird. Die üblichen Verfahren mit Anwendung von Luft entsprechen diesen Anforderungen nicht.

Die üblichen Verfahren zum in Berührungbringen von Gasen mit Flüssigkeiten, z.B. unter Verwendung von Tellerkolonnen, SprUhkolonnen oder Kolonnen mit Rührwerken, die in der chemischen Industrie verwendet werden* sind für diesen besonderen Zweck nicht gut geeignet. In ihnen kann zwar eine weitgehende Absorbtion des Sauerstoffs erreicht werden, sie sind aber nicht geeignet zum Behandeln von Suspensionen von Feststoffen in Flüssigkeiten, wie z.B. von Suspensionen des aktiven Schlamms im Abwasser. Die üblichen Systeme sind auch nicht geeignet, um große Mengen von Flüssigkeiten mit kleinen Gasmengen in Berührung zu bringen, und dabei hohe Auf HcBungs geschwindigkeit en bei geringen Energiekosten zu erzielen.

Eine hohe Ausnutzung des Sauerstoffs bei gleichzeitigem hohem Partialdruck bei der biologischen Oxydation wird ferner erschwert durch die Entwicklung verdünnender Gase aus der belüfteten Flüssigkeit. Wegen der Berührung mit Luft ist das BOB enthaltende Abwasser an Stickstoff gesättigt. Die Übertragung von Stickstoff braucht nicht berücksichtigt zu werden, wenn man Luft

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verwendet, sie wird aber bedeutsam, wenn der Stickstoffgehalt des BeIUftungsgases herabgesetzt ist und die Menge des Belüftungsgases klein ist. Der gelöste Stickstoff wird nämlich aus der Flüssigkeit in das Gas verdrängt und setzt damit den Partialdruck des Sauerstoffs herab. Andere bei der vorliegenden Umsetzung inerte, aus der Flüssigkeit entstehende Gase, wie Argon und Feuchtigkeit, haben eine ähnliche Wirkung. Kohlendioxyd als Oxydationsprodukt entsteht ebenfalls in erheblichen Mengen und setzt damit den Partialdruck des Sauerstoffs herab.

Wenn man ein an Sauerstoff angereichertes BeIUftungsgas wirksam verwendet, dann ist seine Menge im Verhältnis zur Luft sehr gering, beispielsweise 1/90. Hierdurch können zwar die Kosten für das Komprimieren des Gases herabgesetzt werden, es entstehen aber Schwierigkeiten beim Mischen mit der Flüssigkeit, und der Sauerstoff kann leichter durch Verunreinigungen verdünnt werden. Die gesamte dem Gas zugeführte Energiemenge zum Lösen des Sauerstoffes genügt häufig nicht, um die Feststoffe in der. Flüssigkeit in Suspension zu halten und zu mischen. Die aus der Flüssigkeit entwickelten inerten Gase verringern auch den PartJaLdruck des Sauerstoffes um so mehr, je kleiner die verwendete Gasmenge ist.

Ziel der Erfindung ist ein verteuertes Verfahren zum Behandeln von BOD enthaltendem Wasser mit einem Gas von hohem Sauerstoffgehalt. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist eine hohe Geschwindigkeit der Übertragung des Sauerstoffs in das BOD enthaltende Wasser Je Einheit der aufgewendeten Energie. Es wird eine weitaus bösere Energieausnutzung erreicht als bei den üblichen Verfahren unter Verwendung von Luft.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man das BOD enthaltende Wasser und die Biomasse in einer ersten

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Verfahrensstufe mit einem wenigstens 30 Volumprozent Sauerstoff enthaltendem Gasgemisch so mischt, daß das hierbei entstehende Gasgemisch wenigstens 35 Volumprozent unverbrauchten Sauerstoff enthält5 daß man dieses in der ersten Verfahrensstufe entstandene Gasgemisch abzieht und in wenigstens einer zweiten Verfahrensstufe mit einer Biomasse enthaltenden Suspension so mischt, daß das hierbei entstehende Gasgemisch weniger Sauerstoff enthält, als das in der ersten Verfahrensstufe entstehende Gasgemisch} daß man die Zufuhr der Ausgangsstoffe und der Energie so regelt, daß (a) wenigstens 60 % des Sauerstoffs in dem der ersten Verfahrensstufe zugeführten Gasgemisch nach der HindurchfUhrung durch alle Verfahrensstufen verbraucht ist, (b) je zum Mischen und in Berühnmgbringen in allen Verfahrensstufen aufgewendete Kilowattstunden 0,04 bis 0,24 kg mol Sauerstoff stündlich der ersten Verfahrensstufe zugeführt werden, (c) daß aus der letzten Verfahrensstufe abgezogene Gasgemisch noch 21 bis 80 Volumprozent Sauerstoff enthält.

Die Erfindung betrifft ferner eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem das BOD-haltige Wasser enthaltenden Vorratsbehältern mit wenigstens 2 getrennten Belüftungskammern innerhalb des Vorratsbehälters, deren Wandungen im wesentlichen bis zum Boden des Vorratsbehälters herabreichen und über den Flüssigkeitsspiegel hervorragen, mit die Gasräume über den Flüs sigkeitsspiegel nach oben abschließenden Deckeln, mit Mitteln zum Einführen des BOD-enthaltenden Wassers in die erste Belüftungskammer, mit Vorrichtungen zum Mischen des Belüftungsgases alt dem BOD-enthaltenden Wasser in der ersten Belüftungskammer, alt einer Leitung zum überführen des Abgases aus der ersten Belüftungskammer in eine zweite Belüftungskammer, mit Mitteln zum Überführen der Flüssigkeit aus der ersten in die zweite Belüftungskaaaer, und mit Mitteln zum Mischen des Gases alt der Flüssigkeit in der zweiten BeIUftungskammer. Die Anlage ist ge-

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kennzeichnet durch eine Sauerstoffquelle, eine Leitung zwischen der Sauerstoffquelle und der ersten BeIUftungskammer, und durch Mittel zum kontinuierlichen Umwälzen des Gases und/oder der Flüssigkeit in jeder der Belüftungskammern.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung sind erfolgreich zum Behandeln von städtischem Abwasser verwendet worden. Erfindungsgemäß kann viel wirksamer gearbeitet werden, als bei der Verwendung von Luft oder als bei einem eiiBbufigen Verfahren. Erfindungsgemäß können als Abwässer beliebige Abwässer, häuslichen oder industriellen Ursprungs, bearbeitet werden, die außer gegebenenfalls anorganischen Stoffe ein organisches Material enthalten, das in Wasser durch Sauerstoff biologisch oxydiert werden kann.

Die Figur 1 zeigt schematisch im Querschnitt eine erfindungsgemäße Anlage, bei welcher mehrere Belütungskammern in einer großen Mengen von Abwasser angeordnet sind.

Die Figur 2 zeigt schematisch im Querschnitt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher zwischen den einzelnen Verfahrensstufen gemeinsame Trennwände vorgesehen sind, wobei hierüber ein gemeinsamer Deckel angeordnet ist.

Die Figur 3 zeigt schematisch im Querschnitt eine andere Ausführungsform mit Bürstenmischern.

Die Figur 4 zeigt schematisch im Querschnitt eine weitere Ausftihrungsform mit untergetauchten Turbinenmischern, wobei die Suspension der Feststtffe in der Flüssigkeit an einer Stuf® zur anderen im Gleichstrom mit dem Gas fließt, wobei ein KXSrgeflß vorgeshen ist und wobei der aktivierte Schlamm in die erste Verfahrensstufe zurückgeführt wird.

Die Figur 5 zeigt graphisch das Verhalten eines sechs-stufigen Systems beim Gleichstrom und Gegenstrom des Gases und der Flüssigkeit , wobei ein Ausgangsgas mit einem Gehalt von 99,5 % Sauerstoff verwendet wurde und der Gehalt an gelöstem Sauerstoff bei 2 ppm gehalten wurde.

Die Figur 6 entspricht der Figur 5 mit dem Unterschied, daß das Ausgangsgas 60 % Sauerstoff enthielt.

Die Figur 7 entspricht den Figuren 5 und 6, mit dem Unterschied, daß das Ausgangsgas 80 % Sauerstoff enthielt und daß ein Gehalt an gelöstem Sauerstoff von 8 ppm aufrecht erhalten wurde.

Die Figur 8 vergleicht die Kosten optimaler Betriebsbedingungen bei Gleichstrom und Gegenstroit in Abhängigkeit von dem Gehalt

des Gases an Sauerstoff_o

Die Figur 9 ist ein schematisehes Flleßdlagramra eines viex-stufigen Verfahrens j, wobei der Gehalt an BOD und der Gehalt des Gases an Sauerstoff von Stuf© zu Stufe abnehmen,, und_ wobei das Gas und die Flüssigkeit im"Gegenstrom geführt werden«

Die Figur 10 entspricht der Figur¹ 9₉ Mit des lfet©rschieä₉ daß" die Flüssigkeit und das Gas
Gegenstrom und in den folg'
geffihrt werden»

Gleichstrom

Die Figur 1 seigt einem besonders hergestellt sein Teich Ist» Abwasser tritt dtaspela Quelle für sauerstoffiaaltlges ter 12, ist In der Iltie in flüssiger

äas Abwasserρ der wie hier abgebildet ©in @ Leitung 11 eia₉ und eiiae wie beispielsweise der 3ehäl~ e D©K»

Wenigstens zwei getrennte Belüftungskammern schwimmen in dem Teich 10. In der Figur 1 sind 3 Kammern 13a, 13b und 13c dargestellt, die durch Schwimmkragen 14 an der Oberfläche gehalten werden. Die BeIUftungskammern 13a, 13b und 13c haben Wandungen 15, deren Unterkante bis unter den Spiegel der Flüssigkeit 16 reicht und deren Oberkante die gasdichten Deckel 17 trägt. In jeder Kammer sind Vorrichtungen zum Mischen des Gases und der Flüssigkeit angeordnet. Dieses können beispielsweise an der Oberfläche rotierende Flügel 18 sein, die von Elektromotoren angetrieben sind. Der Energieaufwand in jeder Belüftungskammer ist sehr wichtig bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Energie dient hierbei zwei Zwecken: die Feststoffe müssen in der Flüssigkeit suspendiert gehalten werden, und das Gas und die Flüssigkeit müssen in innige Berührung gebracht werden. Bei den bekannten Systemen unter Verwendung von Luft/diente die Luft allein zur Erfüllung dieser beiden Aufgaben. Die Luftmenge war groß,um den notwendigen Sauerstoff zu liefern, und die RUhrwirkung des Gases genügte, um die Feststoffe in Suspension zu halten.

Bei dem erfindungsgemäßen System ist die Gasmenge für die Zufuhr genügenden Sauerstoffs sehr viel kleiner und genügt nicht, um durch Mischen die Feststoffe in Suspension zu halten, insbesondere dann, wenn der Gehalt an Feststoffen hoch ist. Die zum Berühren erforderliche Energie wird vorzugsweise durch einen mechanischen Rührer oder Propeller übertragen, der in dieser Beziehung weit wirksamer ist, als das Aufsteigen von Gasblasen. Der Rührer kann beispielsweise ein untergetauchter Propeller sein, der zusamaen sit einen zusätzlichen Gasverteiler arbeitet. Gegebenenfalls kann auch eine Vorrichtung den beiden Zwecken dienen. liner nuß aber eine Vorrichtung vorgesehen sein, die das Vorhandensein einer hohen Differenz des Sauerstoff -Partialdruckes an den Phasengrenzflächen zwischen dem Gas und

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der Flüssigkeit aufrecht erhält.

In den meisten Verfahrensstufen ist die Energie zum Inberührungbringen des Gases mit der Flüssigkeit erheblich geringer,als die Energie zum Suspendieren der Feststoffe. Die erste Energiemenge ist trotzdem bedeutend, und bei Wahl eines ungeeigneten Verfahrens kann der Energieverbrauch hierbei siir.hoch werden. Es können ferner der Gehalt an gelöste« Sauerstoff und die Ausnutzung des Sauerstoffs herabgesetzt werden. Man sollte also eine Vorrichtung wählen, die große Phasengrenzflächen zwischen dem Gas und der Flüssigkeit schafft, die aber die Flüssigkeit in dem Gase nicht fein dispergiert. Zur Urzeugung einer feinen Dispersion ist eine erhebliche Energie erforderlich. Solche Dispersionen sind auch verhältnismäßig wenig geeignet, um eine gute übertragung des Sauerstoffes zu. sichern„ Geeignete Vorrichtungen erzeugen große Berührungsflächen in einer großen Masse der Flüssigkeit, so daß die den Berührungsflächen benachbarten Teile der Flüssigkeit noch nicht gesättigt oder annähernd gesättigt an Sauerstoff sind.» Die Differenz der Partialdrücke des Sauerstoffs Ia dem Gas und In der Flüssigkeit fördert ein rasches Auflöseng und Mischungsverluste werden verringert, wenn die Flüssigkeit In der Berührungszone In die Hauptmasse zurückfällt. Zu den geeigneten Mischvorrichtungen gehören beispielsweise Gasverteiler, die feine Gasblasen in der Flüssigkeit entstehen lassen und Oberflächenbelüfter, durch welche verhältnismäßig massive Schichten oder Ströme der Flüssigkeit in das Gas geschleudert werden.

Belüftungsvorrichtungen werden gewöhnlich nach Ihrer Fähigkeit für das übertragen von Luft bewertet. Gemessen wird dl© Fähigkeit einer Vorrichtung zim Löst» ψ&η Sauerstoff bub Luft in· Sauerstoff-freies Leitungswasser bei einer Atmosphäre an 20° C.

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Geeignete Vorrichtungen erreichen hierbei einen Wert von 0,9 Kg Op je Kilowattstunde. In diesem Falle ist die Energie zum Betreiben dieser Vorrichtung die Gesamtenergie für das Rühren der Flüssigkeit und für das Inberührungbringen des Gases mit der Flüssigkeit.

Eine Leitung 20 mit einem Regelventil 21 ist zwischen dem Sauer stoff behälter 12 und der Belüftungskammer 13a angeordnet. Wenigstens 50 Volumprozent Sauerstoff enthaltendes Gas strömt durch diese Leitung und wird in der Belüftungskammer mit dem Abwasser gemischt. Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens läßt man aktivierten Schlamm innerhalb des Teiches vermittels der Schwerkraft und der Rührflügel 18 umlaufen, und ein Teil des Schlammes gelangt in Berührung mit den Rührflügeln der ersten Belüftungskammer 13a. Ein Teil dieses Schlammes setzt durch Schwerkraft zum Boden des Teiches ab und kann periodisch hieraus abgezogen werden. In Abhängigkeit von der Lage der Leitung 11 für das Abwasser und der ersten Belüftungskammer 13a findet fast immer ein Mischen des aktivierten Schlammes mit der Flüssigkeit statt, bevor die Suspension in der ersten Belüftungskammer mit dem Gas in Berührung kommt.

Die verengte Leitung 22 verbindet den Gasraum der ersten Belüftungskammer 13a mit dem Gasraum der zweiten Belüftungskammer 13b. Nicht verbrauchten Sauerstoff enthaltendes Gas strömt durch diese Leitung. Bei der dargestellten Ausftihrungsform kann die Leitung 22 ein schwimmendes Rohr sein. Das in die zweite BelUftungskammer 13b eintretende Gas mit einem geringeren Gehalt an Sauerstoff» als das in die erste Kammer 13a eintretende Gas, wird mit der Flüssigkeit ebenso wie in der Kammer 13a gemischt. Es sei bemerkt, daß bei der Ausführungsform nach Figur 1 das Abwasser und die mit dem Sauerstoff behandelte Suspension nach

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jeder Verfahrensstufe sich frei mischen können. Es gibt also keinen vorgeschriebenen Stromfluß der Flüssigkeit zwischen den Verfahrensstufen. Das Sauerstoff enthaltende Gas strömt aber stufenweise von der ersten über die zweite in die dritte Belüftungskammer 13c, wobei der Gehalt an Sauerstoff stufenweise abnimmt. Aus der zweiten Belüftungskammer 13b strömt das Gas durch die verengte Leitung 23 in die dritte Belüftungskammr 13c, wo es mit der Flüssigkeit gemischt wird. Das Abgas aus der dritten Belüftungskammer mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 21 % wird durch die Leitung 24 mit dem Regelventil 25 abgezogen. Das Gas' kann in die Atmosphäre abgelassen werde) oder man kann es gewünschteafalls weiterbehandeln. Die gereinigte Flüssigkeit strömt aus dem Teich 10 über das Wehr 26 in die Leitung 27» die beispielsweise zu einer Vorflut führen kann.

Wenigstens 60 % des in die erste Belüftungakammer 13a eintretenden Sauerstoffs werden in allen Verfahrensstufen verbraucht, so daß das durch die Leitung 24 abgezogene Gas nicht mehr als 96 des eingetretenen Sauerstoffs enthält» Das zugeführte Gas enthält wenigstens 50 Volumprozent Sauerstoff. Die Auswahl des Sauerstoffgehaltes des eingeführten Gases und des Verbrauchs des Sauerstoffs hängt von verschiedenen Umständen ab,■beispielsweise von der Art des Abwassers-_s der Anzahl der verwendeten Verfahrens stufen j, der geographischen Lage und dem Wert des Belüf tungsgases. Die losten für den Sauerstoffgehalt des Belüftungsgases schwanken erhefelicli mit seiner Reinheit. Alle.Kostenersparnisse (durch Herabsetzung des Gehaltes an Sauerstoff im ■Belüftunsgase beeinträchtigen aber di© Wirksamkeit des Systems, veil ein niedrigeren BsrtialdJrwek ä@s Sauerstoffs asefer Energie und/oder größere BeItSftungskaa»©rn erfordert.

Mach der Figur 2 sind vi©r g©tr<§raat@ Belüftuiagsfeaiii!©ra 13*» 13b» 13c und 13d vorgesehen, vm ©in Albwasser stufenweise im Behälter 10 mit Sauerstoff zu TbeteadolEi*. In der dargestellten Form ist

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dieser Behälter ein Tank. Die Gasräume in der ersten und der zweiten Belüftungskammer 13a und 13bd.nd voneinander getrennt durch eine gemeinsame Trennwand 28a, 28b, die vom Deckel 17 bis unter den Flüssigkeitsspiegel reicht. Entsprechende gemeinsame Trennwände trennen die Gasräume der anderen Belüftungskammern. Jede Kammer enthält einen mechanisch angetriebenen Oberflächenrührer 18, der das Abwasser in der Nähe der Oberfläche mit Sauerstoff behandelt, und dadurch ein inniges Mischen bewirkt. Da die gemeinsamen Trennwände nur wenig in die Flüssigkeit hineintragen, findet ein erhebliches Mischen der Flüssigkeiten aus den vier Belüftungskammern statt.

Die gemeinsamen Trennwände 28a bis d haben enge Durchlässe für das Gas, z.B. kleine Löcher 29. Ein Rückmischen des Gases bei dem Strömen von der einen Kammer in die andere wird daher vermieden, wenn ein kleiner Druckunterschied aufrecht erhalten wird. Die Vorrichtung nach Figur 3 ist ein Bürstenmischer. Ein gemeinsame waagerechte Welle 30 erstreckt sich durch alle Belüftungskammern und durch die Wandungen des Vorratsbehälters 10. Zahlreiche radial angeordnete Stacheln in kreisförmiger Anordnung 31 sind an der Welle angebracht und tauchen teilweise in die Flüssigkeit ein. Beim Rotieren der Welle schleudern sie die Flüssigkeit Innerhalb jeder Kammer in den Gasraum und verursachen einen Kreislauf der Flüssigkeit innerhalb des Behälters 10. Hierdurch werden wirksame Berührungsflächen geschaffen und die Flüssigkeit wird innig gemischt. Wie bei der Anordnung nach Figur 2 kann die Flüssigkeit frei von einer Verfahrensstufe zur anderen cirkulieren. Das nichtverbrauchten Sauerstoff enthaltende Gas gelangt durch die Leitung 22 aus der ersten Belüftungskammer 13a inäie zweite Belüftungskammer 13btuid von dieser durch die Leitung 23 in die dritte BelÜftungskammer 13c. Diese Leitungen können solche Abmessungen haben, daß sie gerade für die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit des Gases genügen.

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Bs können aber auch beispielsweise verengte Durchlässe in ihnen vorgesehen sein·

Bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen wird in jeder der Belüftungskammern das Gas gesammelt und zurückgehalten, wobei die Flüssigkeit gegen das Sas umläuft. Die.Verweilzeit- des Gases in jeder Verfahrensstufe ist lang im Vergleich zu der Zeit, welche das Gas beim Übergang von einer Stufe zur anderen braucht, die Verweilzeit kann beispielsweise mindestens 30 mal höher sein.

Bei der Ausführungsform nach Figur 4 sind in jeder Verfahrensstufe Gasverteiler 32 vorgesehen» die in die Flüssigkeit eintauchen. Rührflügel 33 sind vorzugsweise direkt über den Gasverteilern angeordnet. Diese Rührflügel können durch eine rotierende Welle mit einem geeignetem Antrieb, z.B. einer Turbine verbunden sein· Die aus den Gasverteilern 32 aufsteigenden kleinen Sauerstoffblasen werden durch den Turbinendruck In der Kammer in inniger Berührung mit der Flüssigkeit verteilt und steigen zur Oberfläche der Flüssigkeit auf, von wo sie in den Gasraum gelangen. In den Gasraum gelangen auch die bei der Umsetzung entstehenden Gase.

Zur Erzeugung des notwendigen Druckes let die Saugseite eines Kompressors oder Gebläses 34 in Verbindung mit dem Gasraum der Kammer und die Druckseite durch eine Leitung 35 mit dem ijas-▼erteiler 32 verbunden»

Das System nach der Figur 4 unterscheidet sich von den Systeme! nach den Figuren 1 bis 3 dadurch, daß die mit Satieretöff behandelte Suspension von einer Stufe zu der anderen yerfahrenes-tufe in derselben Richtung, d.h. im Gleichstrom, wie das Gas gefördert wird. Gemeinsame Trennwände 28, die bis zum Boden des Be-

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hälters 10 reichen und mit diesem flüssigkeitsdicht verbunden sind, trennen die einzelnen Belüftungskammern voneinander. Durch öffnungen in diesen Trennwänden strömt die Flüssigkeit von der einen Kammer in die andere, wobei die Öffnung 56 in der ersten trennwand vorzugsweise in der Nähe des Bodens, die öffnung 57 in der zweiten Trennwand vorzugsweise im oberen Teil und die Öffnung 58 in der dritten Trennwand, vorzugsweise in der Nähe des Bodens angeordnet ist«.Bei richtiger Einstellung der Strömungsgeschwindigkeiten der Suspension und des Gases wird die höchstmögliche Oxydationsgeschwindigkeit erreicht» und innerhalb einer gegebenen Zeit kann die beste Wirksamkeit erzielt werden.

Die Figuren 5 bis 7 zeigen, da«s eine wenigstens 90prozentige Ausnutzung des Sauerstoffs erreicht werden kann» wenn man ein Sas mit wenigstens 60 $ Sauerstoff durch 6 oder mehr Verfahrensstufen im Gleichstrom mit der Flüssigkeit führt· Eine mehr als 90 prozentige Ausnutzung des Sauerstoffs kann auch erreicht werden, mit Behandlungsgasen, die nur 50 bis 60 fi Sauerstoff enthalten· Hierbei werden aber bei der Zuführungsgeschwindigkeit des Gases keine optimalen We*te erhalten* Bei weniger Verfahrensstufen nimmt die Ausnutzung des Sauerstoffes ab, es ist aber bei Verwendung von Gleichstrom und eines zu 99»5 $ aus Sauerstoff bestehenden Gases auch in vier Stufen eine 85 prozentige Ausnutzung des Sauerstoffs zu erreichen.

Die Anwendung von Gleichstrom gemäß der Erfindung ist besonders gut geeignet, um Änderungen in dem Gehalt an BOD und dem Sauerstoff zu entsprechen. Der Gehalt an BOD ist in der ersten Verfahrensstufe am höchsten und nimmt von Stufe zu Stufe fortschrei-.tend ab. Das Gas mit dem höchsten Gehalt an Sauerstoff wird in Berührung gebraoht mit dep'Abwasser in der ersten Verfahrens-

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stufe, Port hat das Gas den höchsten Partialdruck des Sauerstoffs und daher die größte Übertragungsgeschwindigkeit, so daß es dem hohen Sauerstoffbedarf in dieser Verfahrensstufe entspricht»

Bei den AuafUhrungsformen nach den Figuren 1 bis 3 ist der aktivierte Schlamm praktisch gleichmäßig verteilt. Pas wird erreicht durch den natürlichen Umlauf und durch die Miachvorrichtungen in jeder Verfahrensatufe· Bei der Ausführungsform nach Figur 4 wird die Flüssigkeit durch die leitung 39 in daa Klärgefäß 40 gefördert-_f wo sie zu gereinigter Flüssigkeit und aktiviertem Schlamm aufgeteilt wird« Es können gut bekannte Klärgefäße verwendet werden, die beispielsweise am unteren Ende einen langsam rotierenden Rechen'.41 enthalte«!, um ein kegelförmiges Absetzen des Schlammes asu verhindern. Der aktivierte Schlamm wird durch die Bodenleitung 42 abgezogen» Wenigstens ein feil dieses Schlammes wird mittels der Pumpe 43 in <5ie erste Belüftungskammer 13a zurückgeführt» Die gereinigte Flüssigkeit wird aus dem Klärgefäß 40 durch die leitung 44 abgezogen, -*

Das Klärgefäß 40 kann auch zwischen zwei Belüftüngsstufen^ angeordnet sein. Man kann beispielsweise einen Teil oder die Gesamtheit der Suspension aus der dritten Kammer 13c in das Klärgefäß 40 überführen* Unter diesen Umständen kann ein Teil des aktivierten Schlammes aus dem Klärgefäß in die vierte Belüftungskammer 13d gebracht werden^ wo er weiter oxydiert wird, und ein anderer Teil des aktivierten Schlammes, wird im Kreis«» lauf in die erste Kammer 13a zurückgeführt© Man kann auch gewünscht enf alls die Suspension aus der ersten Belüftung3kammer in ein Klärgefäß bringen, dort die überstehende Flüssigkeit abtrennen und damit die ^meng@ 'des zu behandelnden Materials in den nachfolgenden Verfahrensstufen verringerne Hierbei werden

β β § ύ/ ι aos

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die Nährstoffe hauptsächlich in der ersten Verfahrensstufe vom Schlamm absorbiert, und in den nachfolgenden Verfahrensstufen assimiliert und oxydiert»

Zur erfolgreichen Duzchführung des erfindungsgeraäßen Verfahrens sind wenigstens 2 BeIUftungsstufen erforderlich, in denen ein wenigstens 50 Volumprozent Sauerstoff enthaltendes Gas mit dem BGB enthaltenden Wasser, zum Beispiel Abwasser» und mit der aktiven Biomasse» zum Beispiel Schlamm, gemischt wird. Nach dem Mischen in der ersten .Verfahrensstufe wird das nichtverbrauchte Sauerstoff enthaltende Sas in einer zweiten.Verfahrensstufe mit der Suspension in Berührung gebracht« Die Figuren 1 bis 4 zeigen Ausführungsfornien» bei welchen das Sauerstoff enthaltende Belüftungsgas in Berührung gebracht wird mit einem Abwasser, das nicht vorbehandelt ist· Dieses Kennzeichen ist aber nicht wesentlich, wenn das Abwasser der ersten Verfahrensstufe einen erheblichen Gehalt an Nährstoffen hat. Unter bestimmten Umstünden kann es zweckmäßig sein, das zu behandelnde Abwasser in einem vorhergehenden Verfahrei.s sch ritt mit dem Sauerstoff enthaltenden Gas zu mischen» und das Abgas Liervor für einen anderen Zweck zu verwenden. Wenn beispielsweise die Konzentration dieses Abgases an Sauerstoff erheblich höher ist als in Luft, kann nan es für Yerbrennunrsverfahren brauchen. Die so vorbehandelt^ Flüssigkeit wird dann in die erste Belüftungsstufe gemäß der Erfindung eingeführt.

Wie schon gesagt, «erden die Strömungsgeschwindigkeiten der Flüssigkeit und des Gases und der Energieaufwand in den Belüftungsstufen geregelt. Es brauchen hierbei nicht beide Strömungsgeschwindigkeiten eingestellt zu werden, sondern es genügt häufig, die Strömungsgeschwindigkeit des einen Bestandteiles zu regeln, um die gewünschten Verhältnissv aufrecht zu erhalten. So

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kann ζ,Β· beim Behandeln von Abwasser die Strömungsgeschwindigkeit und Strömungsrichtung des Abwassers und des abgezogenen geklärten Wassers ungeregelt bleiben_e Die Zusammensetzungen schwanken hierbei erheblich zwischen einem hohen Durchsatz während des Tages und einem niedrigen Durchsatz während der Nacht· Die Zuführungsgeschwindigkeit des Sauerstoff enthaltenden Gases, kann leicht eingestellt werden durc das Regelventil 21. Wenn aktivierter Schlamm in die erste Belüftungsstufe zurückgeführt wird, so kann auch diese Zurückführungsgeschwindigkeit entsprechend der Zufuhr des Abwassers geregelt werden· Hierzu dient eine Änderung der Geschwindigkeit der Pumpe für den aktivierten Sc lamm, z.B. der Pumpe 43 nach Figur 4. Die Mischgeschwindigkeit des Belüftungsgases kann geregelt werden duich Änderung des Energieaufwandes, z.B« der Rührflügel nach Figur 1, der radialen Stacheln 31 nach Figur 3, und der Um wälzpumpe 34 nach Figur 4·

Wenn eine weitere Regelung der Strömungen erforderlich ist» können Regelventile angeordnet sein in den Gasleitungen zwischen den einzelnen Verfahrensstufen, z.B. in den Leitungen 22 und nach Figur 1. Ebenso können einstellbare Ventile vorgesehen sein in den Durchlässen für die Suspension zwischen den einzelnen Verfahrensstufen· In den meisten Fällen kann aber der Strom der Suspension genügend geregelt werden durch öffnungen fester Größe, so daß die Strömungsgeschwindigkeit von dem Flüssigkeitsdruck abhängt. Bei der Ausführungsform nach der Figur 4 werden das Gas und die Suspension in jeder Verfahrensstufe zurückgehalten, und beide zirkulieren gegeneinander· Die Verweilzeit der ^öuspension in jeder Stufe ist ebtnfall« lang in Vergleich mit der Zeit zum überfuhren zwischen den einzelnen Stufen· . '

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Unabhängig davon, ob das Saa und die Suspension im Gleichstrom nach Figur 4 oder im Gegenstrom fließen, muß die gesamte Berühungs- oder Verweilzeit für die Suspension vorzugsweise zwischen 20 und 180 Minuten liegen* Diese Berührungsseit bezieht sich in den meisten Fällen auf.die Feststoffe der Biomasse> die Gesamtmenge der vorhandenen Bakterien, weil dieses Material das gesamte Stufensyatem durchwandern muß, unabhängig davon, wo die Flüssigkeit abgezogen wird. Wenn alle Belüftungskammern oberhalb des XlärgefäSes angeordnet sind, wird die Beöihrungszeit berechnet als das gesamte Volum der Flüssigkeit der Belüftung »kämme rft geteilt duroh das Gesamtvolum des zugeführten Abwassers und. den zurückgeführten Schlammes» Wenn die aft BOD verarmte_A Überstehende Flüssigkeit in einer Zwischenstufe abgetrennt wirä* f*S» bei einer Kontakt stabilisierung, ^ so i^t die j, gesamte Berührungszeit für eine gigebene Äenge an BOD und Biomasse die Summe der Kontaktzeiten oberhalb und unterhalb des in der Mitte angeordneten Klärgefäßes, Die Kontaktzeit für die oberhalb gelegenen !teilt errechnet sich durch feilen des oberhalb befindlichen Volums der Belüftungskammern durch, das Sesamtvolum des zufließenden Abwassers und des zurückgeführten Schlammes* Sie Berührungszeit stromabwärts vom klärgefäß wird berechnet durch !Peilen des yiüaaigkeitsvolumena der Belüituägskammiern 4urch die Menge <lea Schlammes, der aus dem KlärgefäS in eine ptroiaaufwlrts angeordnete Belüftungskammer geführt wird*

3DiA gtsamte Yerwtilsseit bti einer trfindungsgemaSeri Auaführungsform hängt davon ab, ob eine Auto-Oxydation duroh endogene Respiration jrewünsclit wird* Wenn Itdiglich das BOD in *·β Abwasser aaiimiliert und osydiert werden SoIl₁, dann genügt »in· T#rhilltnii«äßig kura· ?erweilzeit* Bine genügend· lesieilation 4·* BOD findet schon in »wei Beltiftungsatuf ·η bei VernenJäung •ine^ 99_t5 prwent Sau*r§toff enthaltend·» Gas·· und bei Verwendung ein«· Gtger» tromei etatt, wenn die Verweilieit in jeder

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Stufe 37,5 Minuten, d.h* insgesamt 75 Minuten beträgt. Der Abfluß aus der »weiten Verfahrens stufe- enthält nur wenig BOD» *·Β#. 20 bis 35 ppm* Der Schlamm ist stabilisiert und hat sich gut abgesetzt» Jlei anderdttVersuchen, bei denen eine gewisse Öutoxydation stattfand lag bei 3 Stufen die gesamte Verweilzeit bei etwa 2,5 Stunden» wenn in drei Verfahrensetufen ein Gleichstrom verwendet wurde und wenn nach Figur 4 undlafcelle A ein Klärgefäß nach der dritten Stufe angeordnet νar* Bei anderen Versuchen mit AutOxydation, vier Verfahrensstufen im Gleichstrom und eigner Klärung nach der vierten Verfahrensstufe lag die gesajate. Verweilzeit bei 2,7 Stunden oder 40,5 Minuten je Stufe. Die gesamte Verweilzeit in einem eechsstufigen System unter sonst gleichen Bedingungen kann bei 1,5 Stunden»-d*h, bei 15 Minuten je Stufe, liegen· Bine gesamte Berührungszeit von wenigstens20 Minuten ist erforderlich, um den Sauerstoff zu absorbieren und das BOD au assimilieren bei einer gesamten. Verweilzeit von weniger als 180 Minuten wird bei'Anwendung, der AutOxydation erheblich weniger Schlamm erzeugt, as entstehen keine Schwierigkeiten beim Absitzen und im Vergleich zu den übliöhen Verfahren* können die Belüftungskammern erheblioh kleiner seife* Bei Verwendung von £uft arbeiten die bekannten. Anlagen untör Rückführung des aktivierten Schlamms mit Gesamtzeiten von 180 bis. 360 Minuten,

Die erwähnten Verweilzeit en genügen füt* _vdaf Behandejln von schem Abwasser mit einem geringen Geha$f;aÄ BOJ) bis $twa 3QQ ppm* Abwässer aus ohemiaehen^ Fabriken mit eine» Mheren Gehalt an BOD erfordern längere KontaiitiJseiten_f \vm\ vergleichbarer Beinheit. ?if/

Der Gehalt an gelöst em Sauerstoff i»" d©'i?-- Suf pension soll tugeweiee bei wenigstens ö,.5 ppm* in def öretta

gehalten wtrden. Der gelöstt Sauerstoff wiri in äer erstem ¥er»

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BAD ORIGINAL

fahrensstufe schnell durch die Biomasse verbraucht, so daß dieser Gehalt selbst dann sinken kann, wenn Sauerstoff mit großer Geschwindigkeit gelöst wird. Bei de» oben erwähnten Versuchen des Dreistufenverfahrens lag der Gehalt an gelöstem Sauerstoff in der ersten Verfahrensstufe gelegentlich zwischen o,5 und 1,o ppm. Dieser Gehalt stieg aber schnell in den nachfolgenden Verfahrensstufen an, so daß ein guter Erfolg erzielt wurde. Unter den bevorzugten Verfahrensbedingungen mit einem Gehalt von wenigstens 3ooo ppm flüchtiger suspendierter Feststoffe in der ersten Verfahrensstufe, bedeutet ein Gehalt an gelöstem Sauerstoff von o,5 ppm nicht notwendigerweise, daß fast an aerobe Bedingungen bestehen. Diese Zahl zeigt lediglich, daß nur geringere Mengen Sauerstoff in der Zeiteinheit gelöst werden, und daß noch höhere Oxydationsgeschwindigkeiten erzielt werden könnten, wenn man eine wirksamere Belüftung verwendete. Um ein solch·· Zurückgehen zu vermeiden, sollte der Gehalt an gelöstem Sauerstoff in der ersten Verfahrensstufe vorzugsweise bei 2 ppm oder darüber gehalten werden. Er sollte aber einen Gehalt von mehr als etwa 5 ppm nicht überschreiten, um aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und um ein besseres Absitzen des Schlammes zu ermöglichen keine zu hohe Energie einzuführen. Beim zu Heftigen Nischen werden die Flocken zerrieben, so daß sie sich schlecht absetzen, obgleich eine gewisse Reagglomeration der Bakterien in den nachfolgenden Verfahrensstufen vor dem Klären stattfinden kann.

Die Vorteile der Erfindung wurden gezeigt in einer Reihe von Versuchen unter Verwendung eines Systees nach Flg. 4 und unter Verwendung von städtisches Abwasser. Es wurden hierbei drei Belüftungsstufen verwendet. Die Suspension aus der dritten BelUftungsstufe wurde in ein Klärgefäß übergeführt, wo sich der

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' BADORIGfNAL

- 2ο -

aktivierte Schlamm durch Schwerkraft absetzte. Dieser wurde in die erste Verfahrensstufe zurückgeführt.

Die gesamte Anlage war in einem rechtwinkligen Behälter mit einer Länge von 4,26 m, einer Breite von 1,53 m und einer Höhe von 1,22 m angeordnet. Jede Belüftungsstufe und die Klärstufe hatten einen rechtwinkligen Querschnitt von 1,5 χ 1,1 m und ein Passungsvermögen.von etwa 173o Litern. In Jeder Verfahrenestufe betrieb ein Motor von 1/3 kW mit einstellbarer Geschwindigkeit untergetauchte Rührflügel von 15,24 cm, welche das Gas aus einem direkt darunter angeordneten Gasverteiler zerstreuten. Die Gasverteiler bestanden aus Rohren mit einem Durchmesser von 1,27 cm und mit 16 in Abständen angeordneten Löchern mit Durchmessern von 1,59 mm. In jeder Verfahrensstufe wurde ein Flügelkompressor veaendet, um das Gas aus dem Gasraum zurück in den untergetauchten Gasverteiler zu fördern. Die Umlaufgeschwindigkeit des Gases in jeder Verfahrensstuft und das mechanische Mischen wurden getrennt und unabhängig voneinander geregelt. Die Gasgesohwindigkeiten wurden durch Rotarneter und das Mischen durb Wattmeter gemessen.

Der Sauerstoff mit einem Gehalt von 99,5 i» 0« wurde einem zylindrischen Druckgefäß für Flüssiggas mit einer Druckregelung entnommen. Das Gas wurde mit Wasser gesättigt und dann durch einen Gasmesser geführt, um die Strömungsgeschwindigkeit und die Gesamtmenge zu messen. Der Sauerstoff wurde in den Gasraum der ersten BehandlungsJcammer über dem Flüssigkeitsspiegel eingeführt. Das Abgas, das nicht verbrauchten Sauerstoff und bei der Umsetzung entstandene Gase enthielt, wurde von einer Stufe zur anderen durch Leitungen von 61 bis 76 cm Lange und einem inneren Durchmesser von 4,7 cm geleitet, die durch die oberen

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Teile der Trennwände führten. Diese Öffnungen waren genügend
groß, so daß das Gas unter einen geringen Druckdifferenz von
einer Stufe zur anderen führte, und daß hierbei ein Rückmischen des Gases vermieden wurde. Die Druckdifferenz lag bei etwa
o,23 mm Hg. Das Gas aus der dritten Stufe wurde durch einen
zweiten Gasmesser abgezogen. Die Suspension der Feststoffe in
der Flüssigkeit gelangte von einen Verfahrensstufe zur nächsten durch acht löcher mit Durchmessern von je 5 cm in den Trennwänden, wodurch die Öffnungen 36, 37 und 38 einen gesamten Querschnitt von 161 cm hatten.

Das Klärgefäß hatte ein V-förmig eingekerbtes Wehr und enthielt am Boden einen durch einen Motor angetriebenen Kratzer mit einem Durchmesser von 86 cm, der stündlich etwa 6 Umdrehungen machte. Der aktivierte Schlamm wurde in die erste Belüftungskammer durch eine mit einstellbarer Geschwindigkeit laufende Pumpe zurückgeführt. -

In Abständen von 12 oder 24 Stunden wurden Muster des zu behandelnden Abwassers und des abfließenden gereinigten Wassers entnommen. Diese Muster wurden vor der Analyse in einem Behälter
bei etwa O⁰C gelagert* An einigen Tagen wurden zwei leihen von
Mus lern in der Zeit zwischen 9 Uhr vormittags und 9 Uhr nachmittags und zwischen 9 Uhr nachmittags und 9 Uhr vormittags entnommen. Diese Zeiteinteilung wurde gewählt, um dem Abwasser mit viel Verunreinigung während des Tages und mit wenig Verunreinigungen während der Nacht zu entsprechen. Die meisten Daten beruhen aber auf einer Analyse von während 24 Stunden entnommenen Mustern. Der Gehalt an gelöstem Sauerstoff in der ersten Verfahrensstufe wurde kontinuierlich gemessen und aufgezeichnet. "Dadurclv wurden auoh Daten erhalten für im Laufβ des Tages auftretende Änderungen im Gehalt an gelöstem Sauerstoff bei sonst

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gleichen Zuflußbedingungen. Diese letzteren Zahlen zeigten auch die im Laufe des Tages auftretenden Änderungen in Gehalt an BOB im Abwasser und entsprechend dem Bedarf des Systems an Sauerstoff.

Im Mittel wurden je Minute 25,8 Liter Abwasser eingeführt und 7,6 Liter Schlamm zurückgeführt. Das entspricht einer gesamten Eontaktzeit von 15o Minuten, unter Berechnung des zurückgeführten Schlammes, in drei Belüftungastufen, und einer etwa 29 %-igen ZurÜokführung des Schlammes. Der Gehalt an flüchtigen suspendierten !Feststoffen (MLVSS^ in Jeder Verfahr ens stuf β wurde zwischen 32oo und 36oo ppm mit einem Mittelwert von etwa 34oo ppm gehalten. Der zu beseitigende Schlamm wurde in unregelmäßigen Zeitabständen aus dem Klärgefäß entnommen. Die erhaltenen Daten für die Absorptions, die biologische Umsetzung und die Betriebsbedingungen sind in der Tabelle A enthalten.

Alles Messungen während dieser Versuche wurden durchgeführt in Übereinstimmung mit den Standardverfähren der Industrie, wie sie z.B. beschrfeben sind in "Standard Methods for the Examination of Water and Waatewater", published by the American Public Health Association,, inc., 11th Ed. (1962).

Die Tabelle A und besonders die Mittelwerte für 13 Tage zeigen, daß 91 $> des BOD im Abwasser beseitigt waren unter Verwendung eines Systems mit einer sehr hohen Ausnutzung des Sauerstoffs von 85 $> und einem geringen Energieverbrauch von o,16 kg O₂ je Kilowattstunde.

Wie schon gesagt, ist es vorzuziehen, die Suspension im Gleichstrom mit dem Gas von. einer Stufe zur anderen su führen.- Es -

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ist besonders überraschend, «eil die meisten Systeme zur Übertragung von Stoffen im Gegenstrom betrieben werden. Die Vorteile der Verwendung eines Gleichstromes sind in den Fig. 5 bis 7 gezeigt, und zwar im Vergleich zum Gegenstrom. In der Fig. 8 werden die Kosten miteinander verglichen. Sie erhaltenen Werte sind Extrapolationen von Werten aus durchgeführten Versuchen. Zugrundegelegt ist ein System mit sechs Stufen bei verschiedenen Gehalten des Gases an. Sauerstoff und des gelösten Sauerstoffs. Die Suspension wurde hierbei entsprechend der Fig. 4 entweder im Gleichstrom oder im Gegenstrom zu dem Gas geführt. Zugrunde gelegt ist die Behandlung von städtischem Abwasser mit einer täglichen Zufuhr von 13,6 χ 1o Liter, das 25o ppm BOD enthält, ' mit 4ooo ppm flüchtiger suspendierter Festteile (1ILVSS) in der ersten Verfahrensstufe und einer Verweilzeit von insgesamt 12o Minuten in allen sechs Verfahrensstufen.

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Tabelle A

Tag A Tag B Tag C Mittelwert für 13 Tage

00 CO CJ

(lehalt des Abwassers an BOD (ppm) Sehalt des gereinigten

Wassers an BOB (ppm) entfernte Menge BOD (Jt) S©halt. Km Feststoffen (MLSS) In der Suspension ppa

332H

33,0» 28,o* 18,1* 9o,2» 86,5» 92,o»

Stufe I	4453	4265	4o51
Stuf® II	4645	4594	4o55
Stufe III	4567	4551	3785
zurückgeführter Schlamm	18622	16673	132o2
Gehalt sä ELVSS in der Suspension pp®
Stufe I	3527	3291
Stuf© II	3712	3451
Stuf® III	3533	33o5
iurüekgefüli?t@r Schlamm	14988	12363
behalt an gelöstem Sauerstoff **
Stufe I	1,3	o,6	o,7
Stufe II stufe III	2,2 6,1	1,o 1,6	1,c 4,2

21o

19 91

41oo

I4ooo

34oo

11 ooo

o,6

1,2

4,o

ro

4Ü K)

OO O

Tabelle A (Fortsetzung)

Tag A

Tag C

Mittelwert für 13 Tage Zitftlhrungsgesohwindigkeit

die Sauerstoffe zu der Stufe I

Liter je Stunde kg O₂ je Stunde aus der Stufe 17 abgezogene Sauerstoffaenge kg je Stunde Mittler· absorbierte Sauerstoff »enge £ * Sauerstoffgenalt des Gases % Stufe I O₂ Stufe II O₂ Stufe III O₂ zugeführt«a Volum Sauerstoff zum xugeführten Tolum des Abwassers und des zurückgeführten Schlammes in Stufe I

Gesauter Energieverbrauch kW

in der ersten Stufe zugeführter

Sauerstoff kg O₉ je Kilowattstunde o,o85 o,o91

43o	445	512
o,53	o,55	o,64
.—	o,092	o,o66
—-	83,1	89,7
———	9o,4	9o,3
—-.	83,4	83,5
	75,3	74*3
o,2o	o,21	o,26
o,19	o,19	o,2o

o,o97

454 o,56

9o,o 83,5 74,2

0,22 o,19

o,o9V

♦ Diese Werte wurden erhalten, als während der Tagesstunden zwischen 9 Uhr vormittags und 9 Uhr nachmittags Hueter entnommen wurden. Alle anderen Werte für den Gehalt an BOD entsprechen Mustern, die während der 24 Tagesstunden entnommen wurden. *♦ Diese Werte wurden bei einem niedrigen Gehalt an gelöstem Sauerstoff in der Zeit zwischen 11 Uhr vormittags und 4 Uhr nachmittags erhalten.

In den Pig. 5, 6 und 7 gibt di@ KurT® A das Verhalten bei dem bevorzugten Gleichstrom und die Kurv® B bei dem Gegenstrom von Gaa und Flüssigkeit wieder. Das Verhalten wird wiedergegeben durch die jährlichen Gesamtkosten für die Belüftung, die aus Betriebskosten und Anlagekosten zusammengesetzt sind, in Abhängigkeit von der Zufuhrgeschwindigkeit des Sauerstoffs zum System· Die Koetenordinate auf der rechten Seite gibt relative Werte an, wobei 1oo Kosteneinheiten einer verhältnismäßig großen Summe entsprechen.

Die Kurve C in den Figuren 5, 6 und 7 zeigt die Ausnutzung des Sauerstoffs entsprechend der linken Ordinefce in Abhängigkeit von der Zuführungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs. Hierbei wurde unterstellt, daß die Ausnutzung des Sauerstoffs beim Gleichstrom und beim Gegenstrom die gleiche ist, und die zur Erreichung dieser Ausnutzung erforderliche Energie wurde berechnet.

Die Fig. 5, 6 und 7 zeigen, daß der Gleichstrom dem Gegenstrom erheblich überlegen ist, und zwar innerhalb eines weiten Bereiches der Zuführungsgeschwindigkeit von Sauerstoff. Die Tabelle B zeigt diese Werte bei einer Zuführungsgeschwindigkeit von 2,48 kg Mol O₂ je Stunde.

Tabelle B .

Zugeführtes Gas und Jährliche Gesamtkosten für die Belüftung gelöster Sauerstoff Gleichstrom Gegenstrom

99,5 i» O₂, 2 ppm (Fig.5) 64,o 66,ο

O₂, 2 ppm (Fig.6) 69,5 78,ο

O₂, 8 ppm (Fig.7) 67,5 77,5

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Die Pig. 8 vergleicht die jährlichen Geeamtkosten für die Belüftung einer Anlage unter optimalen Bedingungen für ,iede Betriebsart. Die Kurve D zeigt, daß die Betriebskosten bei Gleichstrom und einem Gehalt an 2 ppm gelösten Sauerstoff bei allen Sauerstoffgehalten des zugeführtenGases am niedrigsten liegen. Die anderen Kurven zeigen die Minima für andere Verhältnisse, die in der Tabelle C aufgeführt sind.

\ Tabelle C

Kurve D Gleichstrom und 2 ppm gelöster Sautretoff Kurve E Gegenstrom und 2 ppm gelöster Sauerstoff Kurve F Gleichstrom und θ ppm gelöster Sauerstoff Kurve G Gegenstrom und 8 ppm gelöster Sauerstoff

Die Fig. 5 zeigt, daß das optimale Verhalten bei der Zufuhr von 99.5 i> Sauerstoff enthaltendem Gase, einem Gehalt von 2 ppm gelöstem Sauerstoff und Gleichstrom erreicht wird, wenn stündlich 2,18 kg Mol Sauerstoff zugeführt werden und 95 J* des Sauerstoffs verbraucht werden. Hierbei liegen die Belüftungskosten bei einem Wert von etwa 58. Dieser Wert entspricht dem rechten Ende der Kurve D nach Fig. 8.

Die Tabelle D erläutert die Optima für Gleichstrom und Gegenstrom nach Fig. 8.

Tabelle D

Zugeführtes Gas und Gehalt Jährliche Gesamtkosten für die an gelöstem Sauerstoff Belüfi

	»luftstrom	Segenstrom
*99,5 O₂, 2 ppm (Kurven D und 1)**	58	63
6o£ O₂, θ ppm (Kurvin P und G)	85	92

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Die Tabelle E zeigt die Bedingungen in einem sechsstufigen Verxahren etwa nach Fig. 4 unter Verwendung von Gleichstem, wobei die Belüftungsvorrichtungen etwa 1,8 kg 0« je Kilowattstunde übertrugen. Hierbei wurde ein 25o ppm BOD enthaltendes städtisches Abwasser mit 99,5 #-igem Sauerstoff behandelt, die Suspension enthielt 4ooo ppm MLVSS, und die gesamte Vexreilzeit betrug SMBl- Stunden. Zum Vergleich sind die Daten für Gehalte an gelöstem Sauerstoff von 2 ppm und 8 ppm gezeigt* Eine gute und schnelle Entfernung des BOD kann zwar auch bei einem Gehalt an gelöstem Sauerstoff von 2 jpm erreicht werden, in der Regel ist es aber vorteilhaft, bei höhten Gehalten zu arbeiten. Höhere Gehalte an gelöstem Sauerstoff in der Suspension, daher auch in der gereinigten Flüssigkeit, lassen Bedingungen nicht entstehen, bei denen zu wenig Sauerstoff, wie in dem zugeführten Wasser, enthalten ist. Die Arbeitsbedingungen in dem Klärgefäß werden ebenfalls verbessert.

Die Tabelle E zeigt, daß der Sauerstoffgehalt des Belüftungsgases von Stufe zu Stufe abnimmt, und daß diesem Umstände auch eine Abnahme des BOD im System entspricht. Der höchste Partialdruck des Sauerstoffs wird bei der Belüftung dort verwendet, wo die Suspension den höchsten Gehalt an BOD hat, und umgekehrt.

Man sieht ferner, daß das Volum des Belüftungsgases beim Durchgang durch die Stufen stark abnimmt, was zeigt, daß ein großer Anteil des zugeführten Sauerstoffes gelöst worden ist und daß die verunreinigenden Gase nur mit einem geringen Anteil des restlichen nicht verbrauchten Sauerstoffs abgezogen werden.

Man sieht schließlich, daß beim Arbeiten mit 99,5 fS-igem Sauerstoff das Verfahren ziemlich unempfindlich ist gegen die Gehalte

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an gelöstem Sauerstoff in der Suspension. Bei solchen Gehalten von 2 fm oder θ ppm wird das lösliche BOD praktisch vollständig entfernt und die Ausnutzung des Sauerstoffs liegt über-9ο $>,

Tabelle E

Stufe

Gelöster Sauerstoff 2 ppm

1,6	1,2	o,9	o,7	o,5	o,3
35	2o	13	1o	9	8
35	55	68	78	87	95
115	53	24	11	5	2

Zusammensetzung des Belüftungsgases

O₂, Volumprozent 86,8 78,9 72,3 65,2 55*8 4o,o

F₂, Volumprozent 8,5 14,5 2a, T 26,4 35,1 5o,3

CO₂, Volumprozent 2,9 4,4 5,4 6,1 6,8 7,4

zugeführte Gasmenge kg Mol

je Stunde 2,1 1,6 1,2 o,9 o,7 o,5

abgeführte Gasmenge kg Mol je Stunde

absorbierter Sauerstoff fo

gesamter absorbierter Sauerstoff $>

Gehalt an BOD ppm

Gelöster Sauerstoff 8 ppm

Zusammensetzung des Belüftungsgases

O₂, Volumprozent 84,2 75,2 67,9 6o,6 52,1 4o,1

N₂, Volumprozent 12,2 19,3 25,5 31,9 39,8 51,2

CO₂, Volumprozent 2,ο 3,3 4,2 4,9 5,5 6,1

zugeführte Gasmenge kg Mol

je Stunde 2,5 1>8 1,4 1,1 o,9 o,7

abgeführte Gasmenge kg Mol

je 3*6ιιηαβ 1,8 1,4 1,1 ο,9 ο,7 ο,5

absorbierter Sauerstoff # 38 18 12 9 8 7

gesamter absorbierter

Sauerstoff # 38 56 68 77 85 92

Gehalt an BOB ppm 12o 57 27 13 6 3

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Wie schon gesagt, ist es nicht notwendig, daß die Suspension und das Gas sich gegeneinander in einer bestimmten Art bewegen. Die Suspension kann nach den Pig. 1 und 3 beispielsweise frei umlaufen, oder man kann sie nach der Fig. 4 stufenweise von einer Stufe zur anderen und vorzugsweise im Gleichstrom mit dem Gas strömen lassen. Das Gas kann aber auch im Gtgenstrom zur Flüssigkeit gefördert werden« So kann man beispielsweise stufenweise das Gas aus der ersten Verfahrensstufe in die zweite Verfahrensstufe führen, wobei in diese eine Suspension aus einer zweiten Verfahrensstufe eingeführt wird. Das aus der zweiten Verfahrensstufe abgezogene Gas kann dann in eine dritte Verfahrensstufe zugeführt werden, in welche eine Suspension aus der ersten Verfahrens stufe eingeführt wird,, In diesem FaIIe^ ist die bezüglich des Gases dritte Verfahrensstufe bezüglich der Flüssigkeit die zweit® Verfahrensstufe» Das aus dieser Verfahrensstufe abgezogene Gas enthält mehr als 21 Volumprozent Sauerstoff, und die aus der zweiten Verfahrensstufe abgezogene Suspension hat den geringsten Gehalt an Nährstoffen und den höchsten Gehalt an gelöstem Sauerstoff.

Andere Verfahrensbedingungen, wobei in allen Fällen wenigstens zwei aufeinanderfolgende Gasstufen vorgesehen sind, durch welche das Gas in Richtung des abnehmenden Gehaltes an BOD strömt. Die Stufen sind entsprechend der Reihenfolge des Gasstromes numeriert. Der Fluß des Gasstromes ist durch gestrichelte Linien, die Strömung der Suspension durch feste Linien wiedergegeben. Der durch Pfeile wiedergegebene Fluß kann so geschehen, wie es in den Ejgiiren 1 und 4 dargestellt ist. Der Einfachheit wegen sind Miachvorrichtungen und Ventile nicht abgebildet.

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Nach Pig. 9 strömen das Gas und die Suspension im Gleichstrom in der Verfahrensstufe I, aber im Gegenstrom in den Verfahrensstufen II, III und IV, und der Gehalt an Sauerstoff nimmt in diesen Verfahrensstufen ab. Entsprechend strönt die Suspension stufenweise durch die Stufen 1, IV, III und II, und der Gehalt an BOB nimmt hierbei ab. Das Abgas mit dem geringsten Gehalt an Sauerstoff wird aus der Stufe IV abgezogen, dme Abwasser mit dem geringsten Gehalt an BOB aus der Stufe II. Bas Gas und die Suspension fließen also im Gegenatrom in den Stufen II, III und IV. ·

Nach Fig. 1p wird die Flüssigkeit in die Stufe II eingeführt und strömt stufenweise durch die Gasstufen 3»4 und 1, von wo sie abgezogen wird. Bor Gehalt an BOB nimmt hierbei in derselben Reihenfolge ab. Das Gas und die Flüssigkeit fließen im Gegenstrom in der Gasstufe 1, aber im Gleichstrom in den Gasstufen 2, 3 und 4.

Ein nicht abgebildetes KlärgefäB kann der letzten Stufe für die Flüssigkeit angeschlossen werden, d.h. der Gasstufe 2 nach Fig. 9 oder der Gasstufe 1 nach Fig. 1o, und zwar so, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Man kann natürlich auch ein Klärgefäß zwischen ewei Stufen anordnen.

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Claims

Patentansprüche:

1.jVerfahren zum Behandeln von biochemisch oxydierbares Material (BOD) enthaltendem Wasser mit Sauerstoff in Berührung mit einer bakteriell aktiven Biomasse, dadurch gekennzeichnet, daß man das BOD enthaltende Wasser und die Biomasse in einer ersten Verfahrensstufe mit einem wenigstens 5o Volumprozent Sauerstoff enthaltenden Gasgemisch so mischt, daß das hierbei entstehende Gasgemisch wenigstens 35 Volumprozent unverbrauchten Sauerstoff enthält; daß man dieses in der ersten Verfahrensstufe entstandene Gasgemiscn abzieht und in wenigstens einer zweiten Verfahrensstufe mit einer Biomasse enthaltenden Suspension so mischt, daß das hierbei entstehende Gasgemisch weniger Sauerstoff enthält als das in der ersten Verfahrensstufe entstehende Gasgemisch; daß man die Zufuhr der Ausgangsstoffe und der Energie so regelt, daß (a) wenigstens 60 # des Sauerstoffs in dem der ersten Verfahrensetufe zugeführten Gasgemisch nach der Hindurchführung durch alle Verfahrensstufen verbraucht ist, (b) je zum Mischen und Inberührungsbringen in allen Verfahrensstufen aufgewendete Kilowattstunde o,o4 bis o,24 kg Mol Sauerstoff stündlich der ersten Verfahrensstufe zugeführt werden, (c) das aus der letzten Verfahrensstufe abgezogene Gasgemisch 21 bis 80 Volumprozent Sauerstoff enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man es zum Behandeln von Abwasser verwendet, daß man als Bio-Basse einen aktivierten Schlamm verwendet, daß man das behandelte Gemisch zu gereinigter Flüssigkeit und aktivier-, tea Schlamm aufteilt und diesen letzteren wenigstens teilweise in die erste Verfahrensstufe zurückführt·

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das mit Sauerstoff behandelte Gemisch aus BOD enthaltendem Wasser und Biomasse aus jeder Verfahrensatufe

in die nächstfolgende überführt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man in der ersten Verfahrensstufe den Gehalt des Gemisches aus BOD enthaltendem Wasser und der Biomasse an flüchtigen suspendierten Feststoffen (MLVSS) bei wenigstens 3ooo ppm hält.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man der ersten Verfahrensstufe ein Gasgemisch mit wenigstens 9o Volumprozent Sauerstoff zuführt und aus ihr ein Gasgemisch mit wenigstens 55 Volumprozent Sauerstoff abzieht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man in der ersten Verfahrensstufe den Gehalt an gelöstem Sauerstoff bei wenigstens o,5 ppm hält.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man den Gehalt an BOD in jeder Verfahrensstufe höher hält als in der nächstfolgenden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man in wenigstens drei Verfahrensstufen arbeitet, das in der letzten Verfahrensstufe erhaltene Gemisch zu gereinigtem Wasser und aktiviertem Schlamm auftrennt und wenigstens einen Teil des letzteren in die erste Verfahrene β tufe zurüokfUhrt.

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9. Verfahren naeh Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man in drei Verfahrens stufen arbeitet,, aus der dritten Stufe ein mehr als 21 Volumprozent Sauerstoff enthaltendes Abgas abzieht, die lerührungszeit zwischen dem Gas und der Suspension der Feststoffe in der Flüssigkeit bei 2o bis I8o Minuten hält, je Kilowattstunde der in allen Verfahrensstufen zum Mischen und zum Inberühnmgsbringen .des Gases mit der Flüssigkeit aufgewendeten Etoergie ο,οβ bis O₉18 kg Mol Sauerstoff stündlieh der ersten Verfahrensstufe zuführt, und das Mengenverhältnis von zugeführtem Gas zu zugeführter Flüssigkeit in der ersten Verfahrensstufe bei o_fo8 bis 2,ο hält»·

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9₉ dadurch gekennzeichnet, daß man in jeder Verfahrensstufe die Flüssigkeit und/oder das Gas kontinuierlich im Kreislauf umlaufen läßt.

11. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 1o, iBit einem das BOD-haltige Wasser enthaltendem Vorratsbehälter,, mit wenigstens zwei getrennten Belüftung skanusern innerÄb des Vorratsbehälters,, deren Wandungen im wesentlichen bis zum Boden des Vorratsbehälters herabreichen und über d@n Flüssigkeitsspiegel hervorragen, mit die Gasräume über den Flüssigkeitsspiegel nach oben abschließenden Deckeln₉ mit Mitteln zum Einführen des BOD enthaltenden Wassers in die erste Belüftungskammer, mit Vorrichtungen zum Mischen des Belüftungsgases mit dem BOD enthaltenden Wasser in der ersten Belüftungskammer, mit einer Leitung zum Überführen des Abgases aus der ersten Belüftungskammer in eine zweite Belüftungskammer, und mit Mitteln zum Mischen des Gases nit der Flüssigkeit in der zweiten Belüftung skammer, gekennzeichnet durch eine Säuerstoffquelle,

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eine Leitung zwischen der Sauerstoffquelle und der ersten BeIUftungskammer, und durch Mittel zum kontinuierlichen Umwälzen des Gases und/oder der Flüssigkeit in jeder der Belüftungskammern.

12. Anlage nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch in jeder Belüftungskammer unter dem Flüssigkeitsspiegel angeordnete Mittel zum Verteilen des Gases.

13. Anlage nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Gebläse oder Kompressoren, deren Saugseite mit dem Gasraum der Belüftungskammer und deren Druckseite mit dem Gaserteiler in Verbindung stehen.

14. Anlage nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch unter dem Flüssigkeitsspiegel in jeder Belüftungskammer angeordnete Rührschaufeln, die getrennt durch rotierende Wellen in Bewegung gesetzt werden können.

15. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch Mittel zum Abziehen der Flüssigkeit mit den suspendierten Feststoffen aus einer der Belüftungskammern, Mittel zum Trennen der Suspension zu überstehender Flüssigkeit und konzentrierter aktiver Bioeasse, und Mittel zum Zurückführen wenigstens eines Teiles der abgetrennten Biomasse in die erste Belüftungskammer.

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