DE2032535C3

DE2032535C3 - Verfahren zum Behandeln von Abwasser

Info

Publication number: DE2032535C3
Application number: DE2032535A
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: 1979-09-06
Also published as: US3547814A; AT337115B; NL7009738A; JPS4919586B1; DE2032535A1; CH521291A; HU168465B; FR2054077A5; YU166170A; HK74176A; ZA704499B; NL160789B; ES381326A1; DK131560B; IL34943A0; DK131560C; MY7700096A; FI54462C; IL34943A; NO126855B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von biochemisch oxydierbare Bestandteile enthaltendem Abwasser in mehr als einer Begasungszone in Gegenwart von belebtem Schlamm, bei dem das Abwasser und der belebte Schlamm von einer Begasungszone in eine andere übergeführt werden, bei dem der ersten Begasungszone ein im Verhältnis zu Luft an Sauerstoff angereichertes Gas zugeführt wird, bei dem in jeder Begasungszone die Flüssigkeit zur Aufrechterhaltung einer Suspension unter Mischen begast wird und bei dem der Gehalt der Flüssigkeit an gelöstem Sauerstoff in der ersten Begasungszone bei mehr als 0,5 mg/1 gehalten wird.

In der US-Patentschrift 32 36 766 ist ein Verfahren zum Behandeln von biochemisch oxydierbare Bestandteile enthaltendem Abwasser in Gegenwart von belebtem Schlamm beschrieben. Ziel dieses Verfahrens ist es, den Gehalt des Abwassers an Phosphorverbindungen herabzusetzen. Bei diesem bekannten Verfahren wird die aus dem Abwasser und dem belebten Schlamm bestehende Flüssigkeit in wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Begasungszonen behandelt, der ersten Begasungszone wird ein im Verhältnis zu Luft an Sauerstoff angereichertes Gas zugeführt, und in jeder Begasungszone wird die Flüssigkeit zur Aufrechterhaltung einer Suspension unter Mischen begast.

Diese Vorveröffentlichung enthält keine Lehre, wie vorzugehen ist, um die Menge des bei der Behandlung anfallenden Überschußschlamms zu verringern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei welchem bei gleichen Verweilzeiten erheblich geringere Mengen an Überschußschlamm oder bei gleichen Mengen an Überschußschlamm wesentlich kürzere Verweilzeiten erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Behandlung des Abwassers in drei getrennten Begasungszonen durchgeführt wird, daß der ersten Begasungszone ein Gas mit mehr als 50 Volumprozent Sauerstoff zugeführt wird, daß in der ersten Begasungszone der Gehalt an flüchtigen suspendierten Feststoffen bei wenigstens 3000 mg/1 gehalten wird, daß der zweiten Begasungszone ein Gas mit mehr als 35 Volumprozent Sauerstoff zugeführt wird, daß die Verweilzeit der in der aus dem Abwasser und dem belebten Schlamm bestehenden Flüssigkeit enthaltenen Feststoffe in den ersten beiden Zonen zusammen bei 20 bis 90 Minuten gehalten wird, daß der dritten Begasungszone ein wenigstens 35 Volumprozent Sauerstoff enthaltendes Gas zugeführt wird und daß der Gehalt der Flüssigkeit an gelöstem Sauerstoff in der dritten Begasungszone bei wenigstens 5 mg/1 und die Verweilzeit der in der Flüssigkeit enthaltenen Feststoffe in der dritten Begasungszone bei 30 bis 210 Minuten gehalten werden.

Mit dem Wort »Begasungszonen« sind hier zeitlich aufeinanderfolgende Verfahrensstufen bezeichnet. Es ist

nicht notwendig, daß diese Verfahrensstufen in räumlich getrennten Kammern oder Gefäßen ablaufen.

Das Verfahren gemäß der Erfindung bringt gegenüber den bekannten, mit Luft arbeitenden Verfahren und auch gegenüber dem Verfahren nach der US-Patentschrift 32 36 766, bei welchem zum Teil Luft verwendet wird, den Vorteil mit sich, daß bei gleichen Verweilzeiten erneblich geringere Mengen an Überschußschjamm anfallen bzw. bei vorbestimmten Mengen an Oberschußschlamm wesentlich geringere Verweilzeiten erforderlich sind. Hierdurch läßt sich entweder der Aufwand für die nachfolgende Schlammbehandlung oder der bauliche Aufwand für die biologische Behandlungsstufe entscheidend verringern.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Verweilzeit der in der Flüssigkeit enthaltenen Feststoffe in der ersten Begasungszone bei wenigstens 5 Minuten gehalten. In der Regel genügt diese Zeitdauer, um einen suspendierten belebten Schlamm entstehen zu lassen.

Zweckmäßig ist es, in der dritten Begasungszone den Gehalt an in der Flüssigkeit gelöstem Sauerstoff bei 10 bis 15 mg/1 zu halten, um eine möglichst weitgehende Autoxydation des Schlamms zu erreichen.

Zur Beschleunigung des Abbauvorgangs ist es in der Regel angebracht, den Gehalt an in der Flüssigkeit gelöstem Sauerstoff in der ersten und in der zweiten Begasungszone bei 2 bis 5 mg/1 zu halten.

Zur besseren Ausnutzung des Sauerstoffes kann es angebracht sein, das unverbrauchten Sauerstoff enthaltende Abgas aus der ersten Begasungszone in die zweite Begasungszone, das unverbrauchten Sauerstoff enthaltende Abgas aus der zweiten Begasungszone in die dritte Begasungszone zu führen und aus dieser ein Abgas mit einem Gehalt von mehr als 21 Volumprozent Sauerstoff abzuziehen. Hierbei kann in die erste Begasungszone ein Gas mit wenigstens 90 Volumprozent Sauerstoff eingeführt werden. Aus dieser wird ein Abgas mit wenigstens 70 Volumprozent Sauerstoff in die zweite Begasungszone abgezogen und aus dieser letzteren ein Abgas mit wenigstens 55 Volumprozent Sauerstoff in die dritte Begasungszone übergeführt. Der dritten Begasungszone wird dann ein Abgas mit wenigstens 30 Volumprozent Sauerstoff entnommen.

Mit sehr gutem Erfolg kann das Verfahren so durchgeführt werden, daß man das Verhältnis der Konzentration der Feststoffe in der dritten Begasungszone zu der Konzentration der Feststoffe in der ersten Begasungszone bei wenigstens 3 :1 und das Volumenverhältnis des in die erste Begasungszone zurückgeführten Schlamms zu dem in diese Zone eingeführten Abwasser bei weniger als 0,5 : 1 hält.

In der Zeichnung sind beispielsweise einige Ausführungsformen des Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt, die nachstehend näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 in schematischer Darstellung ^ine Ausführungsform, bei der ein Klärgefäß der dritten Begasungszone nächgesehaltet ist,

F i g. 2 in schematischer Darstellung eine andere Ausführungsform, bei der ein Klärgefäß zwischen der zweiten und der dritten Begasungszone angeordnet ist,

F i g. 3 in schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform, die etwa der Ausführungsform nach F i g. 2 entspricht, bei der aber Sauerstoff gesondert in die erste und in die dritte Begasungszone eingeführtwird und bei der belebter Schlamm der zweiten Begasungszone oder der rlritten Begasungszone abgezogen und z'irückgeführt wird, und

Fig.4 in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch eine Anlage, die nach einer Ausführungsform betrieben wird, bei welcher das Sauerstoff enthaltende Gas und die Suspension der Feststoffe in der Flüssigkeit stufenweise durch vier Begasungszonen geführt werden.

Bei allen in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen wird Abwasser durch eine Leitung 11 in die ei ste Begasungszone 10 eingeführt. Als Quelle für ein wenigstens 50% Sauerstoff enthaltendes Gas dient beispielsweise ein Behälter 13. Aus diesem gelangt das Gas durch eine Leitung 14 mit einem Regelventil 15 in die Begasungszone 10. Belebter Schlamm gelangt durch eine Rückführleitung 16 mit einem Regelventil 17 ebenfalls in die Begasungszone 10.

Diese Stoffe werden in der Begasungszone 10 durch Vorrichtungen 18 geführt und innig gemischt. Die Vorrichtung 18 kann z. B. aus Propel'·, ί η bestehen, die von Motoren angetrieben sind und in d :r Nähe der Flüssigkeitsoberfläche oder untergetaucht angeordnet sind. Das Sauerstoff enthaltende Gas kann durch die Leitung 14 über oder unter den Flüssigkeitsspiegel zugeführ werden. Es sollten solche Ausführungsformen gewählt werden, daß bei geringem Energieaufwand eine innige Berührung des Gases und der Flüssigkeit stattfindet. Bei einmaligem Durchführen des Gases sollte die Vorrichtung 18 so beschaffen sein, daß längere Berührungszeiten zwischen dem Gas und der Flüssigkeit gewährleistet sind. Wenn man das Sauerstoff enthaltende Gas in der Flüssigkeit verteilt, sollten die Blasen so klein sein, daß ihre Gesamtoberfläche groß und ihre Aulstiegsgeschwindigkeit gering ist. Ein besseres Auflösen des Sauerstoffes wird auch dadurch erreicht, daß man einen Gasverteiler so tief in die Flüssigkeit eintaucht, daß die hydrostatische Wirkung bedeutungsvoll ist. Das Gas oder die Flüssigkeit oder beide können im Kreislauf geführt werden, um eine wiederholte Berührung in den Begasungszonen zu sichern.

Die erste Begasungszone 10 ist von der zweiten Begasungszone 19 getrennt, z. B. durch tief herabreichende Leitbleche 20, um ein Rückmischen der Flüssigkeiten zwischen benachbarten Begasungszenen zu verhindern.

Der belebte Schlamm wird in die Begasungszone 10 durch die Rückführleitung 16 zurückgeführt. Bei der Durchführung des Verfahrens können die Zuflußgeschwindigkeit des Abwassers und sein Gehalt an biochemisch oxydierbaren Bestandteilen schwanken, so daß es notwendig sein kann, die Menge des zurückgeführte:· belebten Schlamms zu regeln, um den Gehalt an suspendierten Feststoffen bei der gewünschten Höhe zu halten. Diese Regelung geschieht durch das Kegelventil 17. Der Zustrom von Sauerstoff enthaltendem Gas zu der Begasungszone 10 kann durch das Regelventil 17 eingestellt werden. Die Energiezufuhr wird so eingestellt, daß der Genalt der Flüssigkeit an gelöstem Sauerstoff über 0,5 mg/1 liegt.

Die gemischte Flüssigkeit 21 wird aus der Begasungszone 10 in die zweite Begasungszone 19 geführt, z. B. durch eine öffnung in dem Leitblech 20, die vorzugsweise entfernt von der Einführungsstelle des Abwassers vorgesehen ist. Gleichzeitig sammelt sich über der Flüssigkeit in der Begasungszone 10 unter einem Deckel ein Gas mit verringertem Sauerstoffgehalt an, von wo es abgezogen werden kann.

Ein wenigstens 35% Sauerstoff enthaltendes Gas

wird in die zweite Bcgasungszorx 19 durch eine Leitung 23 mit einem Regler 24 eingeführt. Bei einer bevorzugten Ausführungsfurm kann dieses Gas das Abgas aus der ersten Begasungszone 10 sein, das nicht verbrauchten Sauerstoff und inerte Gase, wie Kohlendioxyd, Stickstoff, Argon und Wasserdampf, enthält. Man kann aber auch das nicht verbrauchten Sauerstoff enthaltende Gas ans der ersten Begasungszone 10 abziehen und für andere Zwecke verwenden. Bei einer weiteren Ausführungsform kann ein Teil dieses Gases in die zweite Begasungszone 19 durch die Leitung 23 geführt werden, und ein anderer Teil wird durch eine nicht abgebildete Leitung abgezogen.

Der suspendierte belebte Schlamm und das Sauerstoff enthaltende Gas weiden in der zweiten Begasungszone 19 durch die Vorrichtungen 18 gemischt. Die in der zweiter: Bcga3üng5;:or:c J9 verwendete Verrichtung kann ähnlich oder gjleich sein der Vorrichtung 18 der ersten Begasungszone 10. Nicht abgebildete Regelvorrichtungen können vorgesehen sein, um den Fluß des belebten Schlamms aus der Begasungszone 10 in die Begasungszone 19 zu regeln. Man kann beispielsweise das Gemisch aus der Begasungszone 10 durch eine Leitung in die Begasungszone 19 führen, wobei diese Leitung ein Ventil enthalten kann.

Die Zufuhr von Fnergie für das Mischen nnH/odcr die Zufuhr von Sauerstoff enthaltendem Gas durch den Regler 24 kann dadurch geregelt werden, daß man diesen Regler 24 so einstellt, daß der Gehalt an gelöstem Sauerstoff in der Begasungszone 19 über 0,5 mg/1 und über dem Gehalt in der Begasungszone 10 liegt.

Der in der zweiten Begasungs/one 19 gebildete, an biochemisch oxydierbaren Bestandteilen verarmte belebte Schlamm 25 wird in die dritte Begasungszone 26 abgelassen, die von der Begasungszone 19 durch ein Leitblech 27 getrennt ist. Gleichzeitig führt man ein wenigstens 35 Volumprozent Sauerstoff enthaltendes Gas durch eine Leitung 23a mit einem Regelventil 24a in die dritte Begasungszone 26 ein. Dieses Gas wird mit dem Schlamm 25 ir der dritten Begasungszone 26 in einer solchen Menge und mit einer solchen Energie gemischt, daß der Gehalt der Mischung an gelöstem Sauerstoff über 5 mg/1, vorzugsweise bei 10 bis 15 mg/1 liegt.

In der dritten Begasungszone 26 können zusätzliche Leitbleche, dargestellt durch eine gestrichelte Linie, vorgesehen sein.

Der autoxydierte Schlamm wird aus der dritten Begasungszone 26 durch eine Leitung 28 abgezogen und in das Klärgefäß 29 geführt. Das nicht verbrauchten Sauerstoff enthaltende Gas wird aus der Begasungszone 26 durch eine Leitung 29a abgezogen. In dem Klärgefäß 29 setzt sich der autoxydierte Schlamm am unteren Ende ab und wird durch eine Leitung 30 abgezogen. Ein Teil oder der gesamte autoxydierte Schlamm wird durch die Rückführleitung 16 in die erste Begasungszone 10 zurückgeführt. Restlicher Schlamm wird durch die Leitung 30 abgezogen. Geklärtes Wasser wird durch eine Leitung 31 abgeführt und kann beispielsweise in die Vorflut gelangen.

Bei einer anderen Ausführungsform wird ein Teil des Sauerstoff enthaltenden Gases aus dem Behälter 13 durch eine Leitung 32 mit einem Regelventil 33 in den Behälter 34 geführt, um dort mit wenigstens einem Teil des zurückgeführten belebten Schlamms aus einer Leitung 35, die von der Rückführleitung 16 abzweigt, gemischt zu werden. Gewünschtenfalls kann die Leitung 35 ein Regelventil 35a enthalten. Das Gemisch aus dem Behälter 34 wird durch eine Leitung 37 in die erste Begasungszone 10 geführt und dort mit dem Abwasser gemischt. Bei einer anderen Ausführungsform kann das gesamte Sauerstoff enthaltende Gas mit dem zurückgeführten belebten Schlamm in dem Behälter 34 gemischt werden, so daß überhaupt kein Sauerstoff enthaltendes Gas direkt durch die Leitung 14 in die erste Begasungszone 10 geführt wird. Bei allen diesen Ausführungsformen müssen natürlich in der Reysimg-,-zone 10 die obenerwähnten Bedingungen eingehalten werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig 2 ist das Klärgefäß 29 stromaufwärts vor der dritten Begasungszone 26 anstatt stromabwärts gemäß Fig. I angeordnet. Gegebenenfalls kann das Klärgefäß 2*1 noch weiter stromaufwärts vor der zweiten Begasungszone 1^C sri^scrdriel CfIJn₁ Γ);£ zweite Bt^uäS'jn^CTszonc \Q ·^ς! iⁿ zwei Abteile oder Stufen unterteilt, wobei sich das erste Abteil vor dem Klärgefäß 29 und das zweite Abteil 41 hinter dem Klärgefäß 29 befindet.

Der Vorteil einer Ausführungsform nach Fig. 2 besteht darin, daß nur oin kleineres Volumen an kc.-!/.entriertem belebtem Schlamm in den Zonen stromabwärts des Klärgefäßes 29 behandelt wird. Das Abwasser kann in Jen Begasungszonen 10 und 19 mit Sauers»- ^rf enthaltendem Gas und belebtem Schlamm so lange gemischt werden, daß die biochemisch oxydierbaren Bestandteile von den Schlammflocken absorbiert und assimiliert werden, wobei po-pinigtes Wasser abgezogen wird. Diese Behandluig^uu kann zwischen beispielsweise 15 und 45 Minuten liegen, wenn vor der Klärung nur die Belüftung durchgefühlt wird. Die Suspension des belebten Schlamms wird durch eine Leitung 39 aus der Begasungszone 19 in das Klärgefäß 29 geführt, wo die überstehende Flüssigkeit abgetrennt und durch die Leitung 31 abgezogen wird.

Der konzentrierte belebte Schlamm gelangt aus dem Klärgefäß 29 in eine Leitung 40. Dann führt man den Schlamm in das zweite Abteil 41 der Begasungszone 19. Dort wird Sauerstoff enthaltendes Gas durch die Leitung 23a eingeführt. Der hierbei entstehende Schlamm 25 gelangt in die dritte Begasungszone 26. Ein wenigstens 35% Sauerstoff enthaltendes Gas wird mit dem stabilisierten Schlamm in der Begasungszone 26 gemischt. Bei diesem Gehalt an Sauerstoff kann das Abgas, das aus dem Abteil 41 durch eins Leitung 42 abgezogen wird, wenigstens einen Teil des Gases enthalten, das in die dritte Begasungszone 26 eingeführt wird. Nach der F i g. 2 strömt das Sauerstoff entht'.ende Gas stufenweise durch die erste, die beider zweiten und die dritte Zone.

Nach Fig. 3 wird das unverbrauchten Sauerstoff, Umsetzungsprodukte und inerte Verdünnungsgase enthaltende Gasgemisch aus der zweiten Begasungszone 19 durch eine Leitung 44 abgezogen. Ein zweites Sauerstoff enthaltendes Gas aus beispielsweise einem Behälter 50 wird durch eine Leitung 51 mit einem Regelventil 52 in das zweite Abteil 41 der Begasungszone 19 eingeführt.

Der unverbrauchte Sauerstoff, Umsetzungsprodukte und inerte verdünnende Gase werden aus dem letzten Abteil der dritten Begasungszone 26 durch eine Leitung 54 abgezogen.

Nach Fig.3 geschieht das Abziehen des Schlamms aus dem in der Mitte angeordneten zweiten Abteil 41 durch die Rückführleitung 16 und eine Zuruckführung desselben in die erste Begasungszone 10 als belebter Schlamm. Dieser Schlamm ist in dem Abteil 41 an

biochemisch oxydierbaren Bestandteilen verarmt, ist aber nicht einer intensiven Autoxydation in der Begasungszoiie 26 unterworfen gewesen. Ein Vorteil dieser Ausfuhiuiigsform oesteht darin, daß die Bakterien in dem zurückgeführten Schlamm aktiver sind als bei Ai.i"ührungsformen nach Fig. I und 2, wo der zurückgerührte Schlamm intensiv autoxydiert v,ir-J. Aktivere Bakterien beschleunigen auch die Assimilation in der ersten Begasungszone 10 und in der üegasungszone 19.

Die F i g. 4 stellt eine Abänderung einer Ausführungsform nach F i g 1 dar. In einem Behälter 61 befinden sich vk:t getrennte Kammern 60a, 60b, 60c ιιηΊ 60f/ für stufenweise Behandlung mit Sauerstoff. Ein gemeinsamer Deckel 62 ist für alle Kammern vorgesehen, die einen Gasraum zwischen dem Deckel über der

und der zweiten Kammer 60a und 60b sind durch eine Wand 63a-b voneinander getrennt, die vom Deckel 62 bis zum bouci, des Behälters 61 reicht und mit diesen Wandteilen flüssigkeitsdicht verbunden ist. Entsprechende Wände 63b-cbzw. 63c-d trennen die zweite und die dritte Kammer 60b und 60cund die dritte und vierte Kammer 60c und 60cf Das Gemisch von Flüssigkeit und Feststoffen strömt durch die Öffnungen 64 in der Wand 63a-b. vorzugsweise in der Nähe des Bodens, durch die Öffnung 65 vorzugsweise im oberen Teil der Wand 63b-c und die Öffnung 66 vorzugsweise in der Nähe des Boder. der Wand 63c-c/, von einer Kammer in die andere. Im oberen Teil der Wände 63a-b, 63b-c, 63c-f/ befinden sich über dem Flüssigkeitsspiegel Löcher 67 zum Überführen des Gases von einer Kammer in die nachfolgende. Diese Löcher 67 können so klein sein, daß ein Rückrnischen des Sauerstoff enthaltenden Gases oder der mit Sauerstoff behandelten Flüssigkeit vermieden wird, wenn ein Druckunterschied zwischen den Kammern aufrechterhalten wird. Das Gas und die Flüssigkeit bewegen sich im Gleichstrom von einer in die andere Kammer. Hierbei werden die größtmöglichen Mengen Sauerstoff absorbiert und assimiliert, und für eine gegebene Behandlungszeit wird die höchste Wirksamkeit erreicht.

Nach der Fig.4 wird das Abwasser in die erste Kammer 60a durch die Leitung 11 eingeführt. Das Gas tritt durch die Leitung 14 ein. Zum Mischen werden ein untergetauchter Gasverteiler 68 und ein Propeller 69 verwendet, der vorzugsweise unmittelbar über dem Gasverteiler angeordnet ist. Die von dem Gasverteiler 68 aufsteigenden kleinen Gasblasen werden in der ganzen Kammer 60a in inniger Berührung mit der Suspension der Feststoffe in der Flüssigkeit durch den Propeller 69 verteilt. Sie steigen bis zur Flüssigkeitsoberfläche auf, von wo sie mit den bei der Reaktion entstandenen Gasen und den inerten Verdünnungsgasen in den Gasraum gelangen. Zum Erhalt des notwendigen Druckes für das kontinuierliche Umwälzen des Gases ist die Saugseite eines Gebläses 70 in Verbindung mit dem Gasraum der Kammer 60a, und die Druckseite ist durch eine Leitung 71 mit dem Gasverteiler 68 verbunden.

Wie schon gesagt, strömen die Suspension der Feststoffe in der Flüssigkeit und das Gas stufenweise aus der ersten Kammer 60a durch die Kammern 60b, 60c und 6Of/. Die Strömungsgeschwindigkeiten und die Energie zum Mischen können so geregelt werden, daß die oben beschriebene Belüftung in der ersten Kammer 60a durchgeführt wird, und der autoxydierte Schlamm aus der vierten Kammer 60c/ durch eine Leitung 72 in das Klärgefäß 73 geführt wird, wo das Gemisch zu gereinigtem Wasser und konzentriertem autoxydierten Schlamm aufgeteilt wird. Die Stabilisierung des Schlamms geschieht wenigstens in der zweiten Kammer 60b und vielleicht auch in der dritten Kammer 60c.

Im unteren Teil des Klärgefäßes 73 ist ein langsam rotierender Rechen 74 vorgesehen, um ein Absetzen des Schlamms zu verhindern. Der belebte Schlamm wird am Boden durch eine Leitung 75 abgezogen. Ein Teil dieses konzentrierten belebten Schlamms wird mittels einer Pumpe 76 in die erste Kammer 60a zurückgeführt, wo er mit dem Abwasser und dem Gas gemischt wird. Die Geschwindigkeit der Rückführung des Schlamms kann geregell werden durch Änderung der Fördergeschwuidigkeit der Pumpe 76, die der Zuflußgeschwindigkeit des Abwassers angepaßt werden kann. Gereinigtes crtr πηΙοηπΙ

Leitung 77.

Die Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung werden nachfolgend an Hand von Versuchsergebnissen gezeigt, bei denen eine Ausführungsform entsprechend der F i g. 4 und unter Zufuhr von städtischem Abwasser verwendet wurde. In einem rechtwinkligen bedeckten Behälter mit einer Länge von 4,26 m, einer Breite von 1,53 m und einer Höhe von 1,22 m waren vier Kammern mit einem Fassungsvermögen von je 1730 1 angeordnet. Diese Kammern waren durch senkrechte Wände, die von oben bis unten reichten, voneinander getrennt. Das Klärgefäß war zylindrisch mit einem kegelförmigen Boden, hatte einen Durchmesser von 2,44 m und in der Mitte eine Höhe von 1,37 m. Am Boden rotierte ein Rechen mit vier Umdrehungen je Stunde. Der autoxydierte Schlamm aus der vierten Kammer wurde in ein mittiges konzentrisches Leitblech am oberen Ende des Klärgefäßes eingeführt. Der konzentrierte Schlamm wurde am Boden des Klärgefäßes abgezogen.

Zum Mischen in jeder Kammer wurde ein von einem Motor von 73 kW angetriebener Propeller mit einem Durchmesser von 15,24 cm verwendet, der das aus einem fest darunter angeordneten Gasverteiler direkt entweichende Gas verteilte. Der Gasverteiler bestand aus einem Rohr mit einem Durchmesser von 1.27 cm mit sechzehn in Abständen von 1,59 mm angeordneten Löchern. Ein mit verschiedener Geschwindigkeit betreibbarcr Flügelkompressor wurde verwendet, um das Gas aus dem Gasraum jeder Kammer im Kreislauf zu dem Gasverteiler zurückzuführen. Die Geschwindigkeit der Umwälzung des Gases innerhalb jeder Kammer und die Mischgeschwindigkeit wurden einzeln und unauhängig voneinander geregelt.

Es wurde ein Gas mit 99,5% Sauerstoff zugeführt. Vor der Einführung in die Kammern wurde das Gas mit Wasser gesättigt. Das unverbrauchten Sauerstoff und inerte Gase und gasförmige Umsetzungsprodukte enthaltende Abgas wurde von der einen zur anderen Kammer durch Leitungen von 61 bis 70 cm Länge und 5 cm Durchmesser geführt, deren Öffnungen durch die Decken von je zwei benachbarten Kammern führten. Die Druckdifferenz für diese Gasführung von einer Kammer zur anderen betrug etwa 0,22 cm H2O. Die Suspension der Feststoffe in der Flüssigkeit strömte in der in Fig.4 mit Pfeilen angegebenen Richtung. Dk-Öffnungen 64, 65 und 66 bestanden jeweils aus achi Löchern mit Durchmessern von 5.1 cm. Dabei wurde ein gesamter Durchflußquerschnitt zwischen zwei benachbarten Kammern von etwa 160 cm² erreicht.

Die nachstehende Tabelle enthält Mittelwerte, die bei kontinuierlichem Arbeiten während 14 Tagen erhalten

ίο

wurden. Die Zufuhr von rohem Abwasser wurde konstant bei 37,9 I je Minute und die Rückführung des Schlamms konstant bei 6,1 I je Minute gehalten. Die anderen Betriebsbedingungen wurden so gleichmäßig wie möglich gehalten. Die hauptsächlichen Schwankungen beruhten auf den täglichen Änderungen der Konzentration an biochemisch oxydierbaren Bestandteilen in dem Abwasser. Dadurch schwankte der Gehalt an gelöstem Sauerstoff in der ersten Kammer zwischen ulwii 0.5 mg/1 während des Tages und etwa 3.0 mg/1 während der Nacht, wobei der Mittelwert während 24 Stunden bei etwa 0,8 mg/1 lag. Alle Messungen, deren Ergebnisse in der Tabelle enthalten sind, wurden durchgeführt gemäß den »Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater Including Bottom Sediments and Sludges«, herausgegeben von der »American Public Health Association, Inc.«, 11. Auflage (i 962).

Tabelle

Zugeführte Menge Abwasser (l/Min.) 37,9

Temperatur des Abwassers ("C) 20,25

Suspendierte Feststoffe im Abwasser (mg/1) 150

Biochemisch oxydierbare Bestandteile im Abwasser (mg BSB5/I) 225

Verweilzeit der Flüssigkeit in jeder Kammer (Min.) 39

Mittlerer Gehalt an suspendierten Gesamtfeststoffen in allen vier Kammern (mg/1) 5500

Mittlerer Gehalt an suspendierten flüchtigen Feststoffen in allen vier Kam mern(mg/l) 3800

Zurückgeführte Schlammenge (l/Min.) 6.1

Verhältnis des zurückgeführten Schlammes zur Menge des Abwassers 0,16:1

Konzentration des zurückgeführten Schlammes an suspendierten Gesamtfeststoffen (mg/1) ^i> 500

Konzentration des zurückgeführten Schlamms an suspendierten flüchtigen Feststoffen (mg/1) 25 500

Gehalt des abfließenden Wassers an biologisch oxydierbaren Bestandteilen (mg BSBs/l)*) 22

Mittlere Konzentration des behandelten Wassers an suspendierten Gesamtfeststoffen (mg/1) 20

Mittlere Absetzgeschwindigkeit der

Flüssigkeit (m/Std.) ~ 2,0

Mittlerer Flüssigkeitsschlammvolumen· index 50

Verhältnis der Nährstoffe zum belebten Schlamm kg BSB5 je kg flüchtige suspendierte Feststoffe und Tag*") 0,5

Gehalt an gelöstem Sauerstoff in

Kammer 1 (mg/1) 0,8

Kammer 2 (mg/1) 3

Kammer 3 (mg/1) 4

Kammer 4 (mg/1) 7

Gehalt an biochemisch oxydierbaren Bestandteilen in

Kammer 1 (mg BSB5/I) 50

Kammer 2 (mg BSB5/I) 33

Kammer 3 (mg BSB5/I) 30

Kammer4(mgBSB5/l) 25

Sauerstoffgehalt des eingeführten Gases in
Kammer 1 (Volumprozent)
Kammer 2 (Volumprozent)
Kammer 3 (Volumprozent)
Kammer 4 (Volumprozent)

Sauerstoffgehalt des aus Kammer 4 abgezogenen Gases. Volumprozent

99.5
90")
85**)
77**)

65**)

*) Die Destimmungen wurden durchgeführt an der überstehenden Flüssigkeit mich 30 Minuten Absetzen, sie umfaßt auch nicht abfiltrierte suspendierte Feststoffe.
**) Geschätzte Werte.

***) Be/icht sich auf eine Messung eines Musters nach 5tägigem Stehen.

Während der gesamten Betriebs/.eit wurde kein Schlamm aus dem System abgezogen. Der gesamte im Klärgefäß anfallende Schlamm wurde in die erste Kammer zurückgeführt. Eine gewisse Schiammenge sammelte sich allerdings in dem Klärgefäß an. Diese Ansammlung betrug aber nur 35 bis 60% der Menge, die bei den bekannten Verfahren unter Verwendung der Werte ;) und b nach den bekannten nachstehenden Gleichungen vorausgesagt werden konnte:

AS= aAL- bVSS
Hierin bedeutet

AS Schlammproduktion in kg täglich,
a Ausbeutekoeffizient der Zellen, kg erzeugter Schlamm je kg BSBi entfernter biochemisch oxydierbarer Bestandteile.
J/. kg täglich entfernter BSBi.

b endogener Respirationskoeffizient,
VSS kg mit Sauerstoff behandelte suspendierte flüchtige Feststoffe.

Die Zunahme des Bestandes an Schlamm lag bei 36,9 kg, während bei den bekannten Verfahren eine Zunahme von 56,0 bis 87.5 kg zu erwarten gewesen wäre. Der Wert von 56,0 kg ist errechnet bei Zugrundelegung eines Wertes für a von 0,534 ; nd eines Wertes für b von 0.015. Der Wert 87.5 kg ist errechnet unter Zugrundelegung eines Wertes für a von 0,729 und für b von 0,003. Hierzu wird verwiesen auf Jenkins, D. and Menar, A. B., »The Fate of Phosphorous in Sewage Treatment Processes - Part I«. Report Nr. 67-6. Sanitary Engineering Research Laboratory, University of California. Berkeley. Mai 1967.

Es sei bemerkt, daß der mittlere Wert für das Verhältnis von Nährstoffen zur Biomasse nach der Tabelle (0.5 kg BSB5 je kg suspendierte flüchtige Feststoffe und Tag) errechnet ist unter Zugrundelegung der gesamten flüchtigen suspendierten Feststoffe in allen Begasungszonen, einschließlich der dritten Begasungszone. Dieser Mittelwert paßt auch zu einem vollständig durchgemischten Gemisch gemäß dem Stand der Technik, gibt aber den Wert für das stufenweise Verfahren gemäß der Erfindung nur unvollständig wieder. Bei dem Verfahren nach der Erfindung sind die biochemisch oxydierbaren Bestandteile nicht gleichmäßig in allen Begasungszonen des Systems enthalten, sondern befinden sich vorzugsweise in den Begasungszonen, wo die Belüftung stattfindet. Bei dem Vierstufensystem nach der Tabelle kommen die t »,chemisch oxydierbaren Bestandteile anfänglich in Berührung nur mit einem Viertel des gesamten belebten Schlamms. Das Mengenverhältnis von Nährstoffen zu belebtem Schlamm in der ersten Begasungszone ist viermal höher als der Mittelwert von 2,0. Der reiche

(ichalt an Nährstoffen in dieser Begasungszone, die erhältnismätiig hohe Konzentration an flüchtigen suspendierten Feststoffen und die reichliche Zufuhr von gelöstem Sauerstoff fördern eine schnelle Absorption und Assimilation der biochemisch oxydierbaren Be- ί standtcile. Infolgedessen ist die dritte Begasungszone an diesen verarmt, und das Verhältnis von Nährstoffen zum belebten Schlamm liegt bei nur etwa 0,2 oder einem Zehntel des Verhältnisses in der ersten Zone. Bei den Bedingungen der letzten Zone und einem hohen Gehall m an gelöstem Sauerstoff werden das Auflösen der Zellen und die Autoxydation beschleunigt.

Die Verringerung des überflüssigen Schlamms um 18.9 kg in IJ Betriebstagen in der Versuchsanlage bedeutet eine erhebliche Ersparnis von Kosten für die '' Anlage und den Betrieb. Wenn man annimmt, daß der

überschüssige Schlamm mit einer typischen Konzentration von 30 000 mg/1 abgeführt wird, so müßten 18,9 kg trockener Feststoffe etwa 630 I entsprechen. Berechnet man die entsprechenden Werte für eine Anlass r.iit der täglichen Behandlung von 18 900 m³ städtischem Abwasser, so würden in 13 Tagen 218 m³ Schlamm weniger anfallen. Die Menge für die anaerobe Behandlung von Schlamm mit 30 000 mg/1 kann noch höher sein als die oben angegebene Zahl, wenn man den Schlamm bei der anacroben Behandlung üblicherweise 15 bis "50 Tagelang verbleiben läßt. Die Größe der Anlage kann also in diesem Fall um rund 1000 m· verringert werden. Andere bei der Behandlung des Schlamms entstehende Kosten wurden ebenfalls verringert werden, die beispielsweise beim Entwässern und Veraschen entstehen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Behandeln von biochemisch oxydierbare Bestandteile enthaltendem Abwasser in mehr als einer Begasungszone in Gegenwart von belebtem Schlamm, bei dem das Abwasser und der belebte Schlamm von einer Begasungszone in eine andere übergeführt werden, bei dem der ersten Begasungszone ein im Verhältnis zu Luft an Sauerstoff angereichertes Gas zugeführt wird, bei dem in jeder Begasungszone die Flüssigkeit zur Aufrechterhaltung einer Suspension unter Mischen begast wird und bei dem der Gehalt der Flüssigkeit an gelöstem Sauerstoff in der ersten Begasungszone bei mehr als 0,5 mg/1 gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung des Abwassers i^p drei getrennten Begasungszonen durchgeführt wird, daß der ersten Begasungszone ein Gas mit mehr als 50 Volumprozent Sauerstoff zugeführt wird, daß in der ersten Begasungszone der Gehalt an flüchtigen suspendierten Feststoffen bei wenigstens 3000 mg/1 gehalten wird, daß der zweiten Begasungszone ein Gas mit mehr als 35 Volumprozent Sauerstoff zugeführt wird, uaß die Verweilzeit der in der aus dem Abwasser und dem belebten Schlamm bestehenden Flüssigkeit enthaltenen Feststoffe in den ersten beiden Zonen zusammen bei 20 bis 90 Minuten gehalten wird, daß der dritten Begasungszone ein wenigstens 35 Volumprozent Sauerstoff enthaltendes Gas zugeführt wird und daß der Gehalt der Flüssigkeit an gelöstem Sauerstoff in der dritten Begasungszone bei · enigstens 5 mg/1 und die Verweilzeit der in der Flüssigkeit enthaltenen Feststoffe in der dritten Begasungszone bei 30 bis 210 Minuten gehalten werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit der in der Flüssigkeit enthaltenen Feststoffe in der ersten Begasungszone bei wenigstens 5 Minuten gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an in der Flüssigkeit gelöstem Sauerstoff in der dritten Begasungszone bei 10 bis 15 mg/1 gehalten wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an in der Flüssigkeit gelöstem Sauerstoff in der ersten und in der zweiten Begasungszone bei 2 bis 5 mg/1 gehalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das unverbrauchten Sauerstoff enthaltende Abgas aus der ersten Begasungszone in die zweite Begasungszone, das unverbrauchten Sauerstoff enthaltende Abgas aus der zweiten Begasungszone in die dritte Begasungszone geführt werden und aus dieser ein Abgas mit einem Gehalt von mehr als 21 Volumprozent Sauerstoff abgezogen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die erste Begasungszone ein Gas mit wenigstens 90 Volumprozent Sauerstoff eingeführt wird, aus dieser ein Abgas mit wenigstens 70 Volumprozent Sauerstoff in die zweite Begasungszone abgezogen wird, aus dieser letzteren ein Abgas mit wenigstens 55 Volumprozent Sauerstoff in die dritte Begasungszone übergeführt wird und der dritten Begasungszone ein Abgas mit wenigstens 30 Volumprozent Sauerstoff entnommen wird.

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7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man das Verhältnis der Konzentration der Feststoffe in der dritten Begasungszone zu der Konzentration der Feststoffe in der ersten Begasungszone bei wenigstens 3 :1 und das Volumenverhältnis des in die erste Begasungszone zurückgeführten Schlamms zu dem in diese Zone eingeführten Abwasser bei weniger als 0,5 :1 hält.