DE2239158B2 - Vorrichtung zur biologischen reinigung von abwaessern nach den belebtschlammverfahren - Google Patents

Description

Länge 9 Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind durch die außer Luft wahlweise zusätzhch reiner Sauerstoff eingeblasen wird.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur biologi- ul Rpiniiune von häuslichen und industriellen SwässeTSdem Belebtschlammverfahren, bei der ^mindest ein Vorklärbecken, ein hegend angeordnetes, Ruchesbelüftungsbecken sowie ein Nachklärbecken Schlammabscheidung vom Abwasser durchflossen

Durchmesser bzw. Breite

Des Belüftungsbeckens (BB) gleich oder größer ist als der Wert "-- und der Wert von Pe (Pecletsche

Zahl) zwischen 0,1 und 10 liegt und nach der Formel ■ρ- abhängig ist von der Strömungsgeschwindigkeit

(v) des Abwassers in dem Belüftungsbecken, von dem Durchmesser (d) des Belüftungsbeckens bzw. der dem Durchmesser (d) entsprechenden Breite bei etwa rechteckigem Querschnitt, und von dem die Vermischung der Flüssigkeitsteilchen in Richtung der Rohrachsenströmung kennzeichnenden Dispersions-Koeffizienten (D).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die Belüftungsbecken (BB) als geschlossene Räume ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungseinrichtungen als Strahldüsen ausgebildet sind, die in Fließrichtung des Abwassers in dem Belüftungsbecken gestellt sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Belüftungsbecken hintereinander angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Belüftungsbecken parallel zueinander angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die an der tiefsten Stelle des Endquerschnittes des einen Belüftungsraumes (R 1) angeordnete Abflußöffnung mit der in Höhe des Flüssigkeitsspiegels (FSp) liegenden Stelle des Anfangsquerschnittes des nächsten Belüftungsraumes (R 2) verbunden ist und daß in der Verbindungsleitung in Strömungsrichtung eine Belüftungseinrichtung (BE) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungsräume außer an sich bekannten Belüftungseinrichtungen für das Abwasser zusätzliche Einrichtungen (K 1) aufweisen, durch die der Luftdruck in den Belüftungsräumen über dem Abwasser gegenüber dem Umgebungsdruck wahlweise erhöht werden kann.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, durch die anstelle von Luft reiner Sauerstoff eingeblasen Beieiner bekannten derartigen Vorrichtung (vgl. DT OS 20 32 440, Fig. 10) enthält das liegend angeordnete längliche Belüftungsbecken entlang der Längsachse des Beckens mehrere untergetauchte Ruhrer und diesen Rührern jeweils zugeordnete Gasverteiler. Das das Belüftungsbecken durchströmende Abwasser wird dabei in einer Reihe von allerdings nicht physikalisch voneinander getrennten Stufen mit Sauerstoff behandelt Durch die Rührer werden w.e be. einem Ruhrkessel die Bestandteile des Abwassers innig miteinander gemischt, so daß es ständig zu einer Ruckverm.schung, H h zu einer Durchmischung (Vermischung) bereits zum Teil abreagierter Abwassermengen mit noch nicht bzw. weniger abreagierten Abwassermengen kommt Durch den Effekt der »Rückvermischung« von bere.ts behandeltem Abwasser wird ein großes Belüftungsvolumen benötigt, um den geforderten Abbaugrad des Abwassers zu erreichen. Außerdem stellen die Ruhrer m ihrem Aufbau und Betrieb einen großen Aufwand dar

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde den gewünschten Abbaugrad des Abwassers in einer We.se zu erreichen die nicht nur baulich, sondern auch betrieblich und wirtschaftlich einfacher ist als bisher.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch iielöst daß die Form des Belüftungsbeckens sowie die Strömungsgeschwindigkeit und die Art der Belüftung des Abwassers in dem Belüftungsbecken derart gewählt ist daß das Abwasser das Belüftungsbecken praktisch in Pfropfenströmung (Kolbenströmung), d. h. in Längsströmung ohne oder mit höchstens geringer Rückvermischung durchfließt, wobei die Bemessung derart ist, daß das Verhältnis

Länge

Durchmesser bzw. Breite

des Belüftungsbeckens gleich oder größer ist als dei und der Wert von P_c (Pecletsche ZahF

Wert

zwischen 0,1 und 10 liegt und nach der Forme "~ abhängig ist von der Strömungsgeschwindigkeii

des Abwassers in dem Belüftungsbecken, von den Durchmesser des Belüftungsbeckens bzw. der den Durchmesser entsprechenden Breite bei etwa rechtecki gern Querschnitt, und von dem die Vermischung de Flüssigkeitsteilchen in Richtung der Rohrachsenströ mung kennzeichnenden Dispersions-Koeffizienten.

Eine derartige Maßnahme ist durch die eingang genannte Vorrichtung weder bekannt noch nahegelegt denn durch die stufenartig in dem Belüftungsbeckei hintereinander angeordneten Rührer, die durch ihr kreisende Bewegung ^;mmer wieder die verschiede

behandelten Abwassermengen vermischen, kann es gar nicht zu der von der Erfindung erstrebten Pfropfenströmung kommen, bei der praktisch keine, d. h. höchstens eine geringe Rückvermischung erfolgt

Die Anwendung der Pfropfenströmung hat gegenüber Vorrichtungen, in welchen mehr oder weniger Rückvermischung auftritt, eine Verringerung des Belüftungsvolumens um das 10- bis 20fache, je nach dem erforderlichen Substratabbau, zur Folge. Die Verringerung des Belüftungsbeckenvolumens ist die Folge einer höheren Abbaugeschwindigkeit des Substrats in einem Becken mit Pfropfenströmung, da in diesem die mittlere Konzentration höher ist als in einem Becken mit Rückvermischung. Die Anordnung der Belüftungsaggregate soll daher so eingerichtet werden, daß im ersten Teil des Belüftungssystems durch eine genügend große Anzahl von Aggregaten der Hauptabbau des Substrats raschest erfolgen kann (mit max. Abbaugeschwindigkeit), während in den weiteren Teilen des Belüftungssystems der Restabbau des Abwassers bis zur vollständigen Reinigung vorgenommen wird. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß der erste Abbau des Substrats unter den Bedingungen der max. Abbaugeschwindigkeit vor sich geht, wenn dafür gesorgt ist, daß zu allen Zeiten und an allen Stellen des Belüftungssystems Sauerstoff in gelöster Form im Wasser in genügender Menge anwesend ist. Ist diese Phase des Substratabbaus beendet, so erfolgt der Restabbau mit einem gerade genügenden Sauerstoffüberschuß im Abwasser. Die Strömungsgeschwindigkeit des Abwassers in allen Teilen des Belüftungssystems muß jadoch so groß sein, daß ein Absetzen des Schlammes am Boden vermieden wird. Dies wird erreicht, wenn diese ca. 15 cm/sec nicht wesentlich unterschreitet.

Um ein Absitzen des Schlammes zu vermeiden, ist außerdem eine Düsenanordnung zu wählen, welche den Schlamm vom Boden wegblasen kann. Auch in den Boden eingelassene Düsen sind hierzu möglich.

Die Vorrichtung kann ferner so gestaltet werden, daß ein Betrieb unter erhöhtem Druck erfolgen kann. Dies hat den außerordentlichen Vorteil, daß im Wasser eine höhere Sauerstoffkonzentration auftritt, wodurch eine wesentlich erhöhte Substratabbaugeschwindigkeit bewirkt wird. So kann z. B. die Sauerstoffkonzentration im Wasser, welche bei Normaldruck und Zimmertemperatür ca. 8 mg/pro Liter O2 im Sättigungszustand beträgt, durch Erhöhung des Druckes auf 5 Atmosphären auf 40 mg/1 erhöht werden. Die gleiche Erhöhung kann erzielt werden, wenn an Stelle von Luft mit reinem Sauerstoff gearbeitet wird.

Die Vorrichtung kann so ausgeführt werden, daß im 1. Teil des Belüftungssystems unbehandeites Abwasser zugeführt wird. Dies hat den wesentlichen Vorteil, daß die Substratkonzentration, welche im Vergleich zu Systemen, welche Rückvermischung zeigen, schon wesentlich höher liegt, noch höher gemacht wird, um ein möglichst rasches Bakterienwachstum zu bewirken und damit die Schlammkonzentration, welche wesentlich die Geschwindigkeit des Substratabbaus bewirkt, zu erhöhen. f'O

Die Vorrichtung kann auch so ausgeführt werden, daß mehrere Belüftungssysteme nacheinander angeordnet werden. Dies hat den besonderen Vorteil, daß einerseits die Durchführung der besonders starken Belüftung, wie eben beschrieben, in einem separaten Becken bzw. Rohr ft? durchgeführt werden kann, andererseits wird dadurch die Wirkung des Pfropfenströmungsmechanismus noch verbessert. Außerdem ist eine räumliche Unterteilung der Belüftungssysteme auch für die bauliche Anordnungsweise der Vorrichtung von Vorteil. Es kann sich auch als vorteilhaft erweisen. Belüftungsbecken, die hintereinandergeschaltet sind, mit verschiedenen Mikrourganismenstämmen zu behandeln, um den Abbau verschiedener Substrate zu ermöglichen. Um dies zu erreichen, ist es notwendig, jeweils ein gesondertes Schlammabsitzbecken nach den Belüftungsbecken anzuordnen und außerdem die erwähnten Desinfektionsbzw. Sterilisationsbecken zwischen den Belüftungsräumen vorzusehen, um zu gewährleisten, daß die Mikroorganismenstämme nicht vermischt werden.

Es kann sich aber auch als notwendig erweisen, eine Kapazitätserweiterung der Anlage durch Nebeneinanderschaltung von Belüftungsbecken durchzuführen. Auf diese Weise wird die Kapazität der Anlage proportional der Zahl der parallel angeordneten Belüftungsbecken vergrößert.

Die Belüftungssysteme in länglich rechteckiger bzw. röhrenförmiger Ausführung sollen bestimmte geometrische Abmessungsverhältnisse haben. So soll das Verhältnis der Länge zur Breite bzw. dem Durchmesser in den Grenzen 500 zu 1 bis 30 zu 1, vornehmlich aber im Bereich 50 zu 1 bis 150 zu 1 liegen, d.h. zum Beispiel, Rohrdurchmesser d=tm, Rohrlänge L = 50 m. Für Becken mit rechteckigem Querschnitt soll das Verhältnis der Breite zur Tiefe in den Grenzen 10 zu 1 bis 1 zu 5, vornehmlich jedoch im Bereich 1 zu 1 bis 1 zu 2 liegen. Diese geometrischen Verhältnisse gewährleisten das Eintreten der erwünschten Pfropfenströmung.

Die Übertragung des Sauerstoffes aus der Luft in das Wasser kann durch den Zusatz von bestimmten chemischen Substanzen, welche eine oberflächenaktive Wirkung haben, verbessert werden. Dies bewirkt eine Verbesserung des Leistungsbedarfes, welcher notwendig ist, um den zum Abbau des Abwassers benötigten Sauerstoff in das Abwasser zu bringen.

In manchen Fällen ist es notwendig, um das Wachstum der Bakterien im ersten Stadium des Wachstums zu befördern, dem Abwasser Zusätze von Stickstoff oder Phosphat-Verbindungen zuzugeben. Hierdurch kann eine Verbesserung der Substratabbaugeschwindigkeit erreicht werden.

Als Belüftungsaggregate können am besten Lochdüsen bzw. Strahldüsenaggregate einzeln oder in mehrfacher horizontaler oder vertikaler Form angeordnei werden. Die einzutragende Luft bzw. O2 (Sauerstoff) soll das Abwasser in der gewünschten Richtung beweger und die Einblasung so erfolgen, daß eine möglichsi geringe »Rückvermischung« auftritt. Dies wird in" Prinzip durch horizontal oder vertikal in einer Richtung parallel angeordnete Belüftungsaggregate bewirkt Durch das Einblasen von Luft wird zugleich eine stark« Turbulenz hervorgerufen, die eine gute lokale Durchmi schung des Abwassers mit Luft und eine gut« Durchmischung aller Volumenelemente bewirkt. Dami wird auch vermieden, daß sogenannte »Totzonen«, da: sind Gebiete mit Sauerstoffmangel, auftreten, in denet Bakterien bzw. Protozoen absterben. Besonders Strahl düsen, welche eine innige Durchmischung der Luft mi dem Wasser im Strahlrohr bewirken, zeichnen siel durch eine höhere Sauerstoffübertragungsleistung voi ca. 2-3 kg CVKWh im Vergleich zu üblichei Belüftungsaggregaten aus, welche Sauerstoffübertra gungsleistungen von nur 0,5—1,5kg ChKWh zeiger Durch die Kombination einer Belüftungsanordnunf weiche Pfropfenströmung ermöglicht, mit einem Belül tungsaggregat, welches im Vergleich zu andere

Belüftungsaggregaten wirtschaftlicher arbeitet, wird im gesamten ein besonders wirtschaftlich arbeitendes Abwasserreinigungsverfahren geschaffen, wenn zusätzlich, wie bereits beschrieben, die optimalen Bakterienwachstumsbedingungen eingestellt werden können. Die Belüftungsräume können aus Stahl bzw. kunststoffbekleidetem Stahl, Beton, Kunststoff bzw. Kunststoff-Faser-Gebilden oder aus über Sand bzw. Lehm gelegten Kunststoffolien oder auch mit Bitumen oder ähnlichen Stoffen ausgekleideten Gräben bzw. Röhren hergestellt werden. Der besondere Vorteil einer Fertigung aus Stahl, Beton oder Kunststoff besteht in diesem Fall darin, daß die Fertigung aus Bauelementen in Fertigbauweise möglich ist. Die Größenverhältnisse der Belüftungsräume können außerdem den Anforderungen der zu behandelnden Abwassermenge angepaßt werden, so daß das System sowohl für kleinere Gemeinden als auch Großstädte Verwendung finden kann.

Die Anpassung des Belüftungssystems ist daher besonders flexibel, da sowohl die Abmessungen als auch die Zahl der einzelnen Belüftungsaggregate bzw. die Länge derselben variiert werden kann. Auch einfache Vergrößerung durch weiteren Zubau von Röhren ist möglich.

Es ist selbstverständlich, daß mehrere dieser Systeme parallel angeordnet werden können.

Urn den Ablauf der biochemischen Reaktionen bei optimalen Temperaturen durchführen zu können, kann im Bedarfsfall eine Wärmeisolierung der Belüftungsbekken bzw. Rohre vorgesehen werden.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der F.rfindung werden bei der Erläuterung der Ausführungsbeispiele erörtert. Es zeigt

F i g. 1 den schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 schematisch das Äußere eines erfindungsgemäßen Belüftungsbeckens,

F i g. 3 schematisch das Fließbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit vollautomatischer Regelung,

Fig.4 schematisch das Regelsystem für Luft bzw. Sauerstoff,

Fig. 5 schematisch das Regelsystem für die Wasserströme,

F i g. 6 die Verbindung zwischen zwei hintereinandergeschalteten Rohren,

F i g. 7 ein Schaubild über den Verlauf der Abwasserkonzentration bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 8 bis 10 schematische Darstellung der verschiedenen Belüftungsanordnungen,

F i g. 11 Schema einer Röhrenanordnung.

F i g. 1 zeigt schematisch den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das zugeführte Abwasser gelangt zunächst zu einem Vorklärbecken VB und dann zu einem oder mehreren hintereinandergeschalteten Belüftungsbecken 1,2 ... n. An diese schließt sich ein Schlammabsitzbecken SAB an, aus dem einerseits das gereinigte Abwasser abläuft, andererseits der abgeschiedene Schlamm zum Eingang des 1. Belüftungsbekkens I zurückgelangt, sofern er nicht abgelassen wird.

In Fig.2 ist ein Belüftungsbecken (Rohrreaktor, Pfropfenströmungsreaktor) schematisch ohne alle zugehörigen Einzelheiten dargestellt um dessen Länge L und Durchmesser d bzw. Breite b bei quadratischem Querschnitt bzw. entsprechende Breite b und Höhe h bei rechteckigem oder etwa rechteckigem Querschnitt zu zeigen.

Aus Fig.3 ist schematisch das Fließbild einer

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gesamten Vorrichtung mit automatischer Regelung ersichtlich. Der Abwasserzulauf erfolgt in das Vorklärbecken VB.

Aus diesem fördert eine über LCi auf Niveau geregelte Pumpe P2 in das Belüftungsbecken BB. Außerdem wird in diesem Vorklärbecken Vßmit einem Meßgerät BSBder flSß₅(biologischer Sauerstoffbedarf) gemessen, welches einerseits über einen Mengenregler FC2 die Schlammrücklaufmenge, andererseits über einen Druckregler PC 1 den Druck der Anlage regelt.

Die Luft- bzw. Sauerstoffzuführung für das Belüftungsbecken wird von dem Sauerstoffmeßgerät O₂/l über den Mengenregler FC3 geregelt. Die Regelung der Luftmenge erfolgt über einen Umlauf über den Umlaufkompressor K 2.

Die Luftabfuhrleitung führt die Luft entweder über eine COrEntfernungskolonne CE oder direkt zum Umlaufkompressor Kl zurück, je nachdem, wie der Sauerstoffgehalt in der Abluft steigt oder sinkt. Würde der Sauerstoffgehalt sinken (dementsprechend der CO₂-Gehalt zunehmen), so wird über den Mengenregler FC4 die Menge Luft (bzw. Sauerstoff, falls reiner Sauerstoff verwendet wird), welche direkt zum Umlaufkompressor geht, verringert und die Menge über die CO₂-Kolonne vergrößert. In dieser Leitung ist auch ein Druckregelgerät PCX vorgesehen, welches einerseits durch das ßSfis-Meßgerät und einen Mengenregler FCl geregelt wird, andererseits von sich aus die Luftzufuhr über den Kompressor K 1 regelt.

Die Regelung des Druckes über BSB und FC 1 kann man sich folgendermaßen vorstellen: Da die Kapazität des Belüftungsbeckens mit zunehmendem Druck größer werden wird, kann eine Zunahme der Konzentration an Substrat im Vorklärbecken durch eine Erhöhung des Druckes abgefangen werden.

Außerdem würde eine Erhöhung oder Verminderung der Abwasserzulaufmenge von dem Mengenregler FCl festgestellt werden und kann zur Einstellung des Druckes über PCI verwendet werden. Gleichzeitig kann auch die Schlammrücklaufmenge verändert werden, je nach der Menge des Abwasserzulaufs, die von FCl festgestellt wird. FCl regelt dann über FC2 den Schlammrücklauf.

Die Abwassermenge aus dem Belüftungsbecken BB wird durch LC2 auf Niveau im Belüftungsbecken geregelt und tritt in das Schlammabsitzbecken SAB, wo LC3 den Schlammüberschuß SÜ, welcher aus dem Schlammbelüftungsbecken SBB über Pumpe P1 abgepumpt wird, geregelt.

Das Schlammbelüftungsbecken SBB hat einerseits den Zweck, einen Schlammvorrat zur Steuerung der Abbaureaktion vorrätig zu haben; andererseits kann in diesem die Schlammkonzentration gemessen werden, welche wesentlich die Belüftungsbecken-Abbauleistung beeinflußt

Es wird also auch mit dem Schlammkonzentrationsmesser (Dichtemesser) ρ 1 die Schlammrücklaufmenge gesteuert Ist die Konzentration des Schlammes vom Schlammabsitzbecken SAB gering, so muß eine größere Schlammenge (Schlammrücklaufmenge) verwendet werden, ist die Konzentration des Schlammes von SAB höher, kann eine geringere Schlammrücklaufmenge verwendet werden. Der überschüssige Schlamm kann über SÜabfließen.

In der Fig.4 ist das Regelsystem für Luft bzw. Sauerstoff im einzelnen herausgezeichnet

Die Sauerstoffkonzentration der in das Belüftungsbecken BB eintretenden Luft bzw. des Sauerstoffes wird

über ein Sauerstoffmeßgerät O2/I gemessen und durch die Umlaufregelung, welche von FC3 gesteuert wird, geregelt. Der Umlaufkompressor K 2 hat die Luft- bzw. Sauerstoffmenge für das Belüftungsbecken umzuwälzen, was den Vorteil hat, daß die Ausnützung im geschlossenen Kreislauf größer ist, als wenn die Luft dauernd in die Atmosphäre abgeblasen wird. Bs wird nur diejenige Menge an Sauerstoff, welche verbraucht ist, über den Kompressor K 1 neu zugeführt. Dies wird vom Druckregler PCX gesteuert in der Weise, daß bei Abfallen des Druckes der Kompressor K1 eingeschaltet wird. PC X regelt ebenfalls die Menge an Luft bzw. Sauerstoff, die zur Atmosphäre abgeblasen wird.

Außerdem wird aus dem System das anfallende CO2 entfernt Dies erfolgt in einer CO2-Entfernungskolonne CE, über welche jedoch nicht die ganze Luftmenge zirkuliert, sondern nur so viel, wie zur Aufrechterhaltung eines genügend niedrigen CO₂-Partialdruckes im Belüftungsbecken BB notwendig ist. Die Steuerung der Menge, welche über die CO₂-Entfernungskolonne CE geht, erfolgt durch den Regler FC4, welcher vom Sauerstoffmeßgerät O₂/2 geregelt wird in der Weise, daß bei sinkendem CO2-Gehalt der Regler schließt, so daß mehr Luft bzw. Sauerstoff über die CC>2-Entfernungskolonne CE geschickt wird. Genügt diese Regelung nicht, so muß außerdem noch von Hand eine Anreicherung von Stickstoff vermieden werden, indem über PCX Kreislauf-Luft abgeblasen wird. (Diese Regelung ist nur notwendig bei Verwendung von Luft, da bei Verwendung von Sauerstoff die Anreicherung von Stickstoff ja kein Problem darstellt).

Fig.5 zeigt im einzelnen das Regelsystem für die Wasserströme. Wie schon erwähnt, wird der Wasserzulauf im Vorklärbecken VB auf sein; Konzentration untersucht. Aus dem Vorklärbecken V 3 wird durch die Pumpe P 2 das Abwasser dem Belüftungsbecken BB zugeführt Mengenschwankungen werden vom Regler FCl festgestellt; dieser regelt einerseits die Schlammrücklaufmenge über FC 2 und andererseits den Druck im System über PC X (vgl. F i g. 3).

Der Niveauregler LC2, welcher das Niveau in dem Belüftungsbecken BB konstant hält, regelt die Ablaufmenge aus dem Belüftungsbecken. Im Schlammabsitzbecken SAB wird das Niveau von LC3 geregelt, welcher den Schlammüberschuß aus dem System bestimmt. Die Schlammrücklaufmenge wird von einem Dichtemesser ρ 1, welcher im Schlammbelüftungsbekken SBB angeordnet ist, über FC 2 geregelt

Auf diese Weise können im Abwasser-Zulauf auftretende Mengenschwankungen und Konzentrationsschwankungen vollautomatisch geregelt und abgefangen werden, so daß die Argumente der schlechten Stabilität von Längsbecken beseitigt sind.

Zu bemerken ist, daß die hier in Fi g. 3,4,5 gezeigte Regelung nur beispielhaft zu sehen ist, d. h., nicht alle Regelvorrichtungen müssen gleichzeitig vorgesehen werden. Es genügt, auch Teile aus diesem System zu verwenden.

Die Verbindung von zwei hintereinandergeschalteten Rohren ist aus Fig.6 ersichtlich. Dabei ist die an der tiefsten Stelle des Endquerschnitts des einen Rohres (Belüftungsraumes) R1 angeordnete Abflußöffnung mit der in Höhe des Flüssigkeitsspiegels FSp liegenden Stelle des Anfangsquerschnitts des nächsten Rohres (Belüftungsraumes) R2 verbunden. In Strömungsrichtung ist in dieser Verbindungsleitung VL noch eine Belüftungseinrichtung BE vorgesehen, damit der Schlamm, welcher sich an der Unterseite des einen Belüftungsbeckens befindet, in das nächste gefördert werden kann.

Wie sich die Konzentratfon des Abwassers beim Durchgang durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ändert, geht aus F i g. 7 hervor. Das Abwasser fließt mit einer Konzentration 50 in ein den Belüftungsräumen BB vorgeschaltetes belüftetes Mischbecken MB, in dem die Konzentration auf den Wert 51 sinkt Innerhalb des belüfteten Mischbeckens MB bleibt dann die Konzentration des Substrats gleich jener, welche am Austritt vorhanden ist, d. h, die mittlere Konzentration im Mischbecken ist gleich der Austrittskonzentration, also sehr niedrig. Beim Durchströmen des eigentlichen Belüftungsraumes BB sinkt dann die Konzentration stetig auf den Wert 52. Dabej ist eine Rückvermischung von bereits abreagierten Volumenelementen nicht gegeben. Es muß jedoch für eine gute lokale Durchmischung gesorgt werden, damit die Sauerstoffkonzentration im Pfropfenströmungsreaktor hoch bleibt, d.h., es soll zu allen Zeiten, an allen Stellen genügend Sauerstoff für die Reaktion vorhanden sein.

Die in F i g. 7 gezeigte Möglichkeit einer Kombination eines Mischbeckens mit einem Röhrenreaktor hat unter Umständen Vorteile in bezug auf das Auffangen von Stoßbelastungen im Wasserzulauf, da sowohl Konzentrations- als auch Mengenschwankungen im Zulauf bereits im Mischbecken weitgehend ausgeglichen werden.

Die Fig.8 bis 10 zeigen schematisch verschiedene Ausführungen für die Belüftungsaggregate. Es hat sich überraschend ergeben, daß durch das Lufteinblasen in ein Längsbecken die Durchmischung der Flüssigkeit im Becken verringert wird. (Das heißt die Dispersionszahl nimmt ab, so daß die Peclet-Zahl erhöht wird.) Dies ist aber von wesentlichem Vorteil für die Bmessung des Reaktors, da dieser nun, wenn die Pecletsche Zahl größer wird, einer größeren Zahl von Rührkesseln entspricht, nämlich zufolge der Formel

Wird also die Pe-Zahl größer, so wird auch die Anzahl der äquivalenten Reaktoren größer. Der Wert von Pe (als reine Zahl) ist nach der Formel

» ■ A

Pe =

abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit de: Abwassers in den Belüftungsräumen, von dem Durch messer d bzw. der Breite der Belüftungsräume und vor dem die Vermischung der Flüssigkeitsteilchen ii Richtung der Rohrachsenströmung kennzeichnende! Dispersionskoeffizienten D; dieser Koeffizient liegt hl die Pfropfenströmung bei Werten von ν (zwischen 0, und 1 m/sec), d(z. B. von 1 m) und von Pe (zwischen 0, und 10) zwischen 0,01 und 10 m²/sec.

Es ist also festzustellen, daß durch gerichtet Belüftung die Zahl N' vergrößert wird, die Belüftun] muß daher mit gerichteten Belüftungsaggregater welche ein besonderes Strömungsverhalten im Belüi tungsbecken bewirken, ausgeführt werden. Als Beispie für die Ausführungsform von gerichteten Belüftungsag gregaten sind vor allem Ejektoren (Strahldüsen) ζ erwähnen. Es gibt nun zwei Möglichkeiten, dies anzuordnen, und zwar wie in Fig.8 gezeigt, daß dies nach oben fördern, oder, wie in F i g. 9 gezeigt, daß dies seitwärts fördern.

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Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Belüftungsaggregate BA aus dem Inneren des Reaktors ansaugen zu lassen (Fig. 10). Hierdurch kann sich eine wesentliche Betriebskostenersparnis ergeben. Dabei muß nämlich die Flüssigkeit mitgepumpt werden und nicht s das Gas. Besonders beim Arbeiten mit reinem Sauerstoff ist dies von Vorteil, ebenso beim Arbeiten unter Druck. Zu diesem Zweck wird Flüssigkeit aus dem Belüftungsraum mittels einer Pumpe P3 an die verschiedenen Belüftungsaggregate BA geführt. In den ι ο Belüftungsaggregaten wird die Flüssigkeit als treibendes Medium verwendet, so daß die im Belüftungsraum anwesende Atmosphäre (Luft bzw. Sauerstoff) vom Wasser angesaugt und im Belüftungsaggregat innig vermischt wird. Hierdurch wird die Sauerstoffaufnahme im Wasser gefördert. Das Luft- bzw. Sauerstoff-Wasser-Gemisch tritt dann in die wäßrige Phase (Abwasser) ein und bewirkt dort sowohl eine Vermischung als auch eine weitere Sauerstoffaufnahme der wäßrigen Phase.

Auf diese Weise wird die Luft bzw. Sauerstoffatmosphäre optimal ausgenützt, da ja die zugeführte Luft bzw. der zugeführte Sauerstoff nochmals verwendet werden.

In F i g. 11 ist dargestellt, wie längliche Belüftungsgräben oder-röhren BGso nebeneinanderliegend angeordnet werden können, daß sich in Zusammenbau und Platzbedarf große Vorteile bei einfachster Bauweise ergeben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nicht nur zur biologischen Reinigung von Abwässern nach dem Belebtschlammverfahren geeignet, sondern kann in entsprechender Weise auch bei anderen biochemischen Prozessen, z. B. bei der Fabrikation von Eiweiß aus Erdöl, Anwendung finden.

7 Blatt Zc ich nun neu

Claims (1)

Patentansprüche: 22 39 158

1. Vorrichtung zur biologischen Reinigung von häuslichen und industriellen Abwässern nach dem Belebtschlammverfahren, bei der zumindest ein Vorklärbecken, ein liegend angeordnetes, längliches Belüftungsbecken sowie ein Nachklärbecken mit Schlammabscheidung von Abwasser durchflossen werden,dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Belüftungsbeckens (BB) sowie die Strömungsgeschwindigkeit und die Art der Belüftung des Abwassers in dem Belüftungsbecken (BB) derart gewählt ist, daß das Abwasser das Belüftungsbecken (BB) praktisch in Pfropfenströmung (KoI-benströmung), d. h. in Längsströmung ohne ode.- mit höchstens geringer Rückvermischung durchfließt, wobei die Bemessung derart ist, daß das Verhältnis