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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur Nitrifizierung von Abwässern
aufweisend ein Belebungsbecken, in dem das Abwasser in Gegenwart eines
Belebtschlammes begast wird und das dazu mit einer Gaseintragseinrichtung
versehen ist, und ein Absetzbecken, das mit dem Belebungsbecken über
einen Ablauf in Strömungsverbindung steht und in dem eine
Nachklärung des aus dem Belebungsbecken übertretenden
Abwassers erfolgt.
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Die
Nitrifikation ist ein Prozess mit einem hohen Sauerstoffbedarf,
der extern zugeführt werden muss. Aeroben Bakterien nutzen
den Sauerstoff, um Ammoniak bzw. Ammonium zunächst in Nitrit
und dann in Nitrat umzuwandeln. Damit der Prozess optimal abläuft,
müssen bestimmte Parameter möglichst genau eingehalten
werden: So sollte die Konzentration des gelösten Sauerstoffs
größer als 2 mg/l sein und der pH-Wert bei 7,7
bis 8,3 liegen. Außerdem ist eine genügend große
Kontaktzeit zwischen dem nitrifizierenden Belebtschlamm und dem
Abwasser zu gewährleisten. Diese ist besonders wichtig,
da die nitrifizierenden Bakterien nur eine geringe Vermehrungsrate
aufweisen; die Generationszeit liegt bei ca. 12 Stunden. Es darf
daher nur wenig Belebtschlamm aus dem Belebungsbecken ausgetragen
werden, um eine hinreichend hohe Population von nitrifizierenden Bakterien
im Belebungsbecken sicherzustellen.
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Eine
Anlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1
ist zum Beispiel in der
DE 36
01 669 beschrieben. Die Gaseintragseinrichtung, mit der
Luft und/oder reiner Sauerstoff in das Belebungsbecken eingebracht
wird, befindet sich am Boden des Belebungsbeckens in dessen Zentrum.
Der Ablauf ist als Überlauf am oberen Rand des Belebungsbeckens ausgeführt.
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Eine
solche Anordnung hat den Nachteil, dass das nach oben strömende
und an der Oberfläche des Abwassers austretende Gas nicht
alle Bereiche des Abwassers erreicht. Insbesondere die bodennahen
Schichten des Abwassers seitlich der Gaseintragseinrichtung und
die Bereiche nahe den Wänden des Belebungsbeckens werden
nicht vom Gasstrom erfasst, so dass dort nur eine unzureichende
Nitrifizierung stattfindet. Die Anordnung des Überlaufs
am oberen Beckenrand hat zudem den Nachteil, dass ein Teil des Belebtschlammes,
der mit dem Gasstrom zur Wasseroberfläche transportiert
wird und sich dort sammelt, durch den Überlauf abfließt. Ein
anderer Teil des Belebtschlammes sammelt sich in den von dem Gas
nicht durchströmten bodennahen Schichten. Somit wird das
Volumen des Belebungsbeckens nur unzureichend für die Nitrifizierung genutzt.
Die Nitrifizierung erfolgt nur in einem Teilbereich, nämlich
in dem zentralen, sich nach oben trichterförmig erweiternden
Bereich des Beckens.
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Die
Erfindung beruht somit auf der Aufgabe, eine Anlage der genannten
Art zu schaffen, bei dem das Volumen des Belebungsbeckens für
die Nitrifizierung besser genutzt wird und bei der die für
ein nitrifizierendes Milieu wichtigen Parameter besser eingehalten
werden können.
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Zur
Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, dass die Gaseintragseinrichtung
so im Belebungsbecken angeordnet ist, dass in dem Belebungsbecken durch
den Gaseintrag eine Strömung in Form einer liegenden Strömungswalze
induziert wird und dass der Eingang zum Ablauf sich oberhalb des
Bodens des Belebungsbeckens befindet.
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Von
der induzierten Strömungswalze wird das gesamte Volumen
des Belebungsbeckens erfasst, so dass sich der Belebtschlamm gleichmäßig im
Belebungsbecken verteilt. Auch das Gas selbst wird von der einmal
induzierten Strömungswalze mitgerissen, so dass ein erheblicher
Teil der Gasmenge zurück zum Boden geführt wird
und nicht an der Wasseroberfläche austritt. Es kommt somit
zu einer gleichmäßigen Verteilung sowohl des Belebtschlammes
als auch des Gases im gesamten Belebungsbecken, was die Nitrifizierung
nachhaltig befördert, auch ohne dass unbedingt – wie
in der
DE 36 01 669 beschrieben – Stoffteilchen
als Träger für Mikroorganismen in stückiger
oder granulierter Form eingebracht werden müssten.
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Durch
die überall gleichmäßige Verteilung des
Gases, nämlich Sauerstoff, werden die aeroben Bakterien
des Belebtschlammes gut damit versorgt, so dass die Nitrifizierung
in allen Bereichen des Belebungsbeckens optimal ablaufen kann.
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Da
bei einer solchen Anordnung, das Abwasser überall in ähnlich
gereinigter Form vorliegt, kann der Ablauf des Abwassers auch bodennah
erfolgen, was zudem den Vorteil hat, dass dabei nur wenig Belebtschlamm
mit ausgetragen wird.
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Um
den Austrag von Belebtschlamm durch den Ablauf möglichst
gering zu halten und um die Strömungswalze durch den Abfluss
des Abwassers nicht zu stören, ist vorgesehen, dass der
Eingang zum Ablauf gegen die Strömungsrichtung ausgerichtet
ist. Die gerichteten Strömungslinien der Strömungswalze
verlaufen somit nicht in den Eingang zum Ablauf hinein, sondern
weisen von diesem weg.
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Die
Gaseintragseinrichtung besteht vorzugsweise aus einem ausgedehnten,
knapp oberhalb des Bodens des Belebungs beckens angeordneten Belüfterfeld,
das in einer horizontalen Ebene eine Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen
aufweist. Ein solches Belüfterfeld ermöglicht
es, die Menge von Gas bzw. Luft austreten zu lassen, die benötigt
wird, um die Strömungswalze zu induzieren. Die flache Anordnung des
Belüfterfeldes knapp oberhalb des Bodens des Belebungsbeckens
vermeidet außerdem die Induzierung von Turbulenzen in die
Strömungswalze.
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Einen
einfachen Aufbau des Belüfterfeldes erhält man,
wenn das Belüfterfeld aus mehreren parallel zueinander
angeordneten Hauptrohren besteht, von denen seitlich Nebenrohre
abzweigen.
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Typischerweise
besteht das Belebungsbecken aus einem rechteckigen, vorzugsweise
nahezu quadratischen Boden und vier Seitenwänden. Bei einer
solchen Konstruktion ist das Belüfterfeld in einer Bodenhälfte
angeordnet, die sich zwischen einer der Seitenwände und
einer zu dieser Seitenwand parallel verlaufenden Mittelebene des
Belebungsbeckens erstreckt. Der Ablauf befindet sich in der dieser
Seitenwand gegenüberliegenden Seitenwand und ist parallel
zu der Mittelebene ausgedehnt. Bei dieser Konstellation entsteht
eine aufsteigende Strömung oberhalb des Belüfterfeldes
und eine absteigende Strömung in der anderen Hälfte
des Beckens jenseits der Mittelebene. Die beiden Strömungen
vereinigen sich zu einer Strömungswalze mit einer bodennahen
Strömung in Richtung auf das Belüfterfeld und
einer oberflächennahen Strömung in umgekehrter
Richtung. Da der Eingang zum Ablauf sich strömungaufwärts der
bodennahen Strömung befindet, bewegt sich das Wasser vom
Eingang weg, so dass allenfalls der hydrostatische Druck im Abwasserbecken
für den Eintritt von Wasser in den Eingang sorgt.
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Der
Ablauf besteht vorzugsweise aus einem Wanddurchtritt und einem Zulauf,
der von einer an der Seitenwand oberhalb des Wanddurchtritts befestigten
und von der Seitenwand nach unten abstehenden Haube gebildet wird,
wobei die Haube zur Bildung des Eingangs zum Ablauf oberhalb des
Beckenbodens endet.
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Die
Haube bildet gleichzeitig eine Leitfläche, um die Ausbildung
der Strömungswalze zu unterstützen. Außerdem
wird auf diese Art ein Siphon gebildet, durch dessen Höhe
die Fließgeschwindigkeit im Ablauf bestimmt wird. Man ist
bestrebt, die Strömungsgeschwindigkeit im Ablauf möglichst
gering zu halten.
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Die
Höhe des Ablaufs richtet sich auch nach der Ausgestaltung
des Absetzbeckens. Ein Absetzbecken ist in seinem unteren Bereich
in der Regel zu einem Trichter geformt, aus dessen Spitze der sich absetzende
Schlamm leicht abgesaugt werden kann. Vorzugsweise mündet
der Ablauf oberhalb des Trichters in das Absetzbecken.
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Zur
Führung der Strömungswalze werden an den oberen
Rändern der Seitenwände des Belebungsbeckens,
die parallel zur Achse der Strömungswalze verlaufen, gekrümmte
Leitbleche zur Formung der Strömungswalze in Abstand zu
den Seitenwänden angebracht. Durch die Einhaltung eines Abstandes
kann das Wasser auch hinter den Leitblechen herfließen,
so dass kein Totraum entsteht.
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Im
Folgenden soll anhand eines Ausführungsbeispieles die Erfindung
näher erläutert werden. Dazu zeigen:
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1 einen
Querschnitt durch eine Kläranlage,
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2 eine
Draufsicht auf eine Kläranlage gemäß 1,
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3 einen
Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Belebungsbecken
und durch ein sich daran anschließendes Absetzbecken,
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4 eine
Draufsicht auf ein Belebungsbecken und ein sich daran anschließendes
Absetzbecken gemäß 3,
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5 eine
schematische Darstellung einer modularen Anordnung von mehreren
erfindungsgemäßen Belebungsbecken und sich daran
anschließenden Absetzbecken.
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Es
wird zunächst auf die 1 und 2 Bezug
genommen. Diese zeigen eine typische Kläranlage. Hauptbestandteil
einer solchen Kläranlage ist ein rundes Klärbecken 1,
das der Denitrifikation/Nitrifikation und des Pufferns von Abwässern
und von Rücklaufschlamm dient. In dem Klärbecken 1 wird
durch eine zentral angebrachte propellerartige Schraube 2 das
Abwasser umgewälzt und dabei mit dem Rücklaufschlamm
gemischt. Im Zentrum des Klärbeckens 1 bildet
sich dabei eine aufsteigende Strömung und an den Beckenwänden
eine absteigende Strömung aus. Im Gegenstrom zu der absteigenden
Strömung wird Luft in das Klärbecken 1 geleitet.
Der Sauerstoffgehalt im Klärbecken 1 wird computergesteuert
und soll in einem Bereich von 0 bis 0,1 mg/l liegen. Die Zufuhr
des Abwassers in das Klärbecken 1 erfolgt über
einen Sandfang 3 und eine Rechenanlage 4, die
hier beide nur schematisch dargestellt sind.
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Seitlich
und unterhalb des Klärbeckens 1 befindet sich
ein Belebungsbecken 5 und ein sich daran anschließendes
Absetzbecken 6. Über einen Zulauf 5' aus
dem Klärbecken 1 wird das Belebungsbecken 5 gefüllt
und in einem vollen Zustand gehalten. Das Belebungsbecken 5 und
das Absetzbe cken 6 bestehen aus einem aus Beton hergestellten
quadratischen Trog, in dem sich eine Trennwand 7 befindet, die
die beiden Becken 5, 6 voneinander trennt. Das Belebungsbecken 5 ist
durch eine parallel zur Trennwand 7 liegenden Mittelebene 8 gedanklich
in zwei Hälften geteilt. In der von der Trennwand 7 entfernten Hälfte
befindet sich auf dem Boden des Belebungsbeckens ein Belüfterfeld 9,
das als Gaseintragseinrichtung dient. Es erstreckt sich über
die gesamte Bodenhälfte.
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Oberhalb
dieser Hälfte des Belebungsbeckens befindet sich eine Kammer
zur Aufnahme von Schlamm, auf der Gebläse 10, 11 angeordnet
sind, von denen ein Gebläse 10 mit dem Belüfterfeld 9 verbunden
ist.
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In
der Trennwand 7 befindet sich ein sich über die
horizontale Breite der Trennwand 7 erstreckender Wanddurchtritt 12 zum
Absetzbecken 6.
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In
dem Absetzbecken 6 sind parallel zur Trennwand 7 nebeneinander
drei Trichter 13 angeordnet, in deren unteren Spitzen sich
je eine Tauchpumpe 14 zum Absaugen des sich dort sammelnden Belebtschlammes
bildet. Das geklärte Wasser läuft über
einen Überlauf 15 aus dem Absetzbecken 6 ab.
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Die 3 und 4 zeigen
das Belebungsbecken 5 und das Absetzbecken 6 im
Detail. Das Belüfterfeld 9 besteht aus drei parallel
zueinander verlaufenden Hauptrohren 16, von denen zu beiden
Seiten Nebenrohre 16' senkrecht abstehen. An der Oberseite
dieser Nebenrohre 16' befindet sich eine Vielzahl von Luftaustrittsöffnungen,
die einen feinblasigen Luftsprudel erzeugen. Die Hauptrohre 16 sind mit
dem einen Gebläse 10 verbunden, so dass Luft durch
die Hauptrohre 16 zu den Nebenrohren 16' gepumpt
wird und aus den Luftaustrittsöffnungen austritt. Die Luft
strömt im Was ser des Belebungsbeckens nach oben und reißt
dabei das Wasser mit. Dieses strömt über die Breite
des Bodens nach, so dass letztlich eine Strömung in Form
einer Strömungswalze 18 entsteht, deren Achse
horizontal, in halber Höhe des Belebungsbeckens 5 und
parallel zur Trennwand 7 verläuft. Die Ausformung
der Strömungswalze 18 wird unterstützt
durch Leitbleche 17 an den Rändern der Seitenwände
des Belebungsbeckens 5, die parallel zur Walzenachse verlaufen.
Die Strömungswalze 18 wiederum nimmt die Luftblasen mit
und hält sie gefangen, so dass der Luftaustrag an der Wasseroberfläche
minimiert ist.
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Über
dem Wanddurchtritt 12 befindet sich eine über
die Breite der Trennwand 7 sich erstreckende Haube 19,
deren oberer Rand oberhalb des Wanddurchtritts 12 an der
Trennwand 7 beginnt und die bis kurz über den
Boden geführt ist. Der dort verbleibende Spalt dient als
Eingang 20 zu einem von der Haube 19 abgedeckten
Schacht 22, der zum Wanddurchtritt 12 führt.
Der Schacht 22 und der Wanddurchtritt 12 bilden
einen Ablauf 21 zum Absetzbecken 6. Das Abwasser
läuft somit in Gegenrichtung zur Strömungswalze 18 durch
den Schacht 22 ab. Dieser wird so dimensioniert, dass die
Fließgeschwindigkeit darin sehr langsam ist, so dass nur wenig
Belebtschlamm mitgenommen wird.
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Auch
auf der Seite des Wanddurchtritts 12 zum Absetzbecken 6 ist
eine haubenartige Abdeckung 23 vorgesehen, die das Wasser
aus dem Ablauf 21 unmittelbar in den jeweiligen Trichter 13 führt, so
dass die Sedimentation unmittelbar in der Trichterspitze erfolgt.
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In
der Ecke zwischen Trennwand 7 und dem Boden des Belebungsbeckens 5 befindet
sich unterhalb der Haube 19 ein weiteres Leitblech 24,
um das durch den Schacht 22 fließende Abwasser
verwirbelungsfrei zu halten.
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Der
Schlamm wird mittels der in der Trichterspitze angeordneten Tauchpumpen 14 abgesaugt und
in einen (nicht gezeigten) Stapelbehälter oder in das Klärbecken 1 zurückgeleitet.
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Die 5 zeigt
eine modulare Anordnung von Belebungsbecken 5. Diese sind
in zwei Doppelreihen angeordnet, wobei in jeder Reihe die sich jeweils
anschließenden Absetzbecken 6 an den einander
zugewandten Seiten der Belebungsbecken 5 angeordnet sind.
Zwischen den Absetzbecken 6 befindet sich ein gemeinsamer
Rücklauf 25 für den aus den Absetzbecken 6 abgepumpten
Schlamm.
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Die
Anlage wird mit Hilfe von in 1 gezeigten
Sensoren 26 mittels eines Computers gesteuert, die den
Sauerstoff sowie den Schlammgehalt im Wasser des Belebungsbeckens 5 messen.
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- 1
- Klärbecken
- 2
- Schraube
- 3
- Sandfang
- 4
- Rechenanlage
- 5
- Belebungsbecken
- 5'
- Zulauf
- 6
- Absetzbecken
- 7
- Trennwand
- 8
- Mittelebene
- 9
- Belüfterfeld
- 10
- Gebläse
- 11
- Gebläse
- 12
- Wanddurchtritt
- 13
- Trichter
- 14
- Tauchpumpe
- 15
- Überlauf
- 16
- Hauptrohre
- 16'
- Nebenrohre
- 17
- Leitbleche
- 18
- Strömungswalze
- 19
- Haube
- 20
- Eingang
- 21
- Ablauf
- 22
- Schacht
- 23
- Abdeckung
- 24
- Leitblech
- 25
- Rücklauf
- 26
- Sensoren
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3601669 [0003, 0007]