DE2310978B2

DE2310978B2 - Belüftungsbecken für eine biologische Kläranlage

Info

Publication number: DE2310978B2
Application number: DE2310978A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing. 7305 Altbach Poersch
Original assignee: Menzel & Co 7000 Stuttgart GmbH
Current assignee: Menzel & Co 7000 Stuttgart GmbH
Priority date: 1973-03-06
Filing date: 1973-03-06
Publication date: 1979-09-13
Also published as: DE2310978A1; DE2310978C3

Description

Die Erfindung betrifft ein für eine biologische KlUranlage bestimmtes Belüftungsbecken nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein bekanntes Belüftungsbecken dieser Art (DE-AS 1 130377) ist durch eirie besondere Ausbildung des Beckenbodens und eine spezielle Anordung der Druckluftbehälter in drei funktionell voneinander getrennte, konzentrische Zonen unterteilt. Die mittlere Zone wird mit dem Abwasser beschickt, die äußere Zone dient ausschließlich als Beschickungszone für Rücklaufschlamm und Rücklaufwasser und dte innere Zone ist eine Nachreinigungszone. Die Kreisströmung

im Becken wird durch tangentiale Einspeisung von Rücklaufwasser und Rücklaufschlamm in Verbindung mit dem zentralen Abfluß erzeugt, während eine vertikale Umwälzung dadurch eintreten soll, daß die Luftverteiler ringförmig und konzentrisch zueinander oberhalb des profilierten Beckenbodens angeordnet sind. Das Prinzip des bekannten Belüftungsbeckens besteht also darin, innerhalb jeder Beschickungszone eine Spiralströmung mit vertikaler Umwälzung zu erzeugen, wobei das Abwasser von der mittleren Zone aus das System bis zum zentralen Ablauf langsam durchwandert.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vollständige Durchmischung des Bekkeninhalts bei optimalen Sauerstoffertragswerten zu erreichen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspraches 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist von der bekannten Erscheinung ausgegangen worden, daß die in einem polygonalen oder kreisrunden Behälter erzeugte Kreisströmung zu einem Anstieg des Flüssigkeitsspiegels von der Beckenachse gegen den Beckenrand führt, wodurch dort eine relativer Überdruck entsteht, der eine Querströmung am Beckenboden entlang in Richtung zum Beckenzentrum verursacht. Es ist an sich bei einem Kreisringbecken bekannt (DE-OS 1784501), eine Kreisströmung durch ein Paddelwerk zu erzwingen und damit eine der Kreisströmung überlagerte Querströmung zu erzeugen, so daß die Druckluftbelüfter ausschließlich nach dem gewünschten Lufteintrag dimensioniert werden können. Bei diesem bekannten Becken umgibt der kreisringförmige Behälter ein zentral angeordnetes Nachklärbecken, welches einen im Verhältnis zu dem ringförmigen Belüftungsbecken großen Durchmesser hat. Die durch die Kreisströmung verursachte Querströmung ist daher nicht ausreichend g^roß, um eine intensive Umwälzbewegung zu erzeugen. Demgegenüber beruht die erfindungsgemäße Anordnung auf der Überlegung, daß die aus der erzwungenen Kreisströmung resultierende Querströmung durch den Lufteintrag unterstützt werden kann, ohne die Sauerstoffertragswerte merklich zu verringern, wenn die vom Beckenrand in Richtung zum Beckenzentrum abnehmende Umlaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit be· rücksichtigt wird. Da nämlich bei einem Becken mit freiem radialen Querschnitt die Geschwindigkeit der im Bereich des Beckenrandes erzeugten horizontalen Kreisbewegung in der Mittelachse des Beckens gleich Null ist, ergibt sich ein zentraler Bereich, in dem die am Beckenboden vorhandene zum Zentrum gerichtete Querströmung stärker ist als die Horizontalströmung. Die erfindungsgemäße Anordnung eines Strömungsumlenkkegels im Beckenzentrum ergibt in Verbindung mit der radialen Erstreckung der Druckluftbelüfter die gewünschte völlige Durchmischung der Flüssigkeit, weil die im zentralen Bereich aufsteigende Luft in Verbindung mit der Mantelfläche des Kegels die Vertikale Bewegungskomponenfc der Querströmung vergrößert, die ihrerseits durch die im Randbereich des Beckens befindliche tangential fördernde Turbine verursacht wird. Der im Bereich des Strömungsumlenkkegels erzeugte Sog unterstützt in erheblichem Maß die Querströmung, die der horizontalen Kreisströmung in Richtung zur Behältermitte zunehmend überlagert ist. Bei der dadurch erreichten

völligen Durchmischung der Flüssigkeit werden die Faserpartikel in der Schwebe gehalten, und eine Ablagerung solcher Partikel am Behälterboden ist praktisch ausgeschlossen. Diese völlig intensive Durchmischung des gesamten Beckeninhalts ist von wesentlicher Bedeutung für den Wirkungsgrad des biologischen Reinigungsprozesses, der von verschiedenen Faktoren beeinflußt wird, z. B. vom Konzentrationsausgleich, der Kontaktflächenerneuerung, Pufferung und Schonung der Belebtschlammflocken bei toxischen Abwasserzuflüssen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein als Kreisstrom-Mischbecken ausgebildetes Belüftungsbecken gemäß der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Mischbecken in einem vertikal geführten Diametralschnitt, und

Fig. 2 in der Draufsicht von oben.

Das dargestellte Kreisstrom-Mischbecken dient zum Beirieb einer im übrigen nicht näher dargestellten Kläranlage und arbeitet mit mechanische.': Umwälzung des Schlamm-Wasser-Gemisches, das zur Klärung in das runde Becken 1 eingebracht ist. Dieses weist eine zylindrische Beckenwand 2 und einen ebenen, horizontal verlaufenden Boden 3 auf. Um eine zur vertikal stehenden Achse A des Beckens konzentrische Kreisströmung des eingebrachten, zu klärenden Schlamm-Wasser-Gemisches 4 zu erzeugen und über längere Zeitdauer aufrechtzuerhalten, ist in unmittelbarer Nähe der Beckenwand 2 eine Turbine 5, die als Rohrturbine ausgebildet ist, angeordnet, deren Propeller 6 elektromotorisch angetrieben wird und in ein zylindrisches Rohrstück 7 eingebaut ist. Dieses Rohrstück weist einen Durchmesser von etwa 3 mm auf. Die konzentrisch zum Rohrstück 7 anliegende Drehachse 8 des Propellers 6 verläuft in der dargestellten Weise tangential zur Beckenwand 2. Die Turbine 5 läuft mit einer sehr niedrigen Drehzahl von etwa 15 bis 35 U/min. Das Rohabwasser wird über eine Dükerleitung 27 in Fließrichtung dem Belüftungsbecken zugeführt, welche vor der Rohrturbine endet. Hierdurch wird kurzfristig innerhalb der Turbinenstrecke eine weitestgehend vollständige Durchmischung des Rohabwassers mit dem Schlamm-Wasser-Gemisdi erreicht. Nach Durchströmung eines Zentrierwinkels von etwa 300° kann das biologisch aufbereitete Abwasser über eine Überlaufschwelle 28 dem Belüftungsbecken entnommen und dem weiteren Verfahrensprozeß zugu'eitet werden. Hinter der Rohrturbine befinden sich - in Schubrichtung gesehen - Leitwänds 11,12,13 und 14, welche die Ausbildung der durch Pfeile 15 angedeuteten Kreisströmung begünstigen und gleichzeitig der Ausbildung von Wirbeln hinter der Propellernabe entgegenwirken. Gleichzeitig setzen sie die Strömungsverluste herab. Da außerdem durch das Rohrstück 7 die an den Blättern des Propellers 6 entstehenden Wirbelverluste weitgehend abgebaut werden, kann die Kreisströmung mit einem sehr geringen Energieaufwand aufrechterhalten werden.

Infolge der Kreisströmung entsteht an der der Bekkenwand 2 unmittelbar benachbarten Ringzone ein geringfügig größerer Massendruck als in der Nähe der Beckenachse A. Dieser Überdruck hat zur Folge, daß sich eine entlang dem Beckenboden 3 verlaufende und gegen die Beckenaihse A gerichtete Querströmunß ausbildet. Diese wird durch einen konzentrisch

zur Beckenachse A angeordneten Strömungsumlenkkegel 16 zu einer aufsteigenden Strömung umgelenkt, wie dies durch die Pfeile 17 angedeutet ist. Hierdurch bildet sich eine durch den Pfeil 18 angedeutete, walzenförmige Bewegung aus, welche der durch den Pfeil 15 angedeuteten Kreisströmung überlagert ist und die Eintragung von Sauerstoff begünstigt.

Für die Sauerstoffeintragung in das Schlamm-Wasser-Gemisch sind über den Umfang des Beckens gleichmäßig verteilt vier Gruppen 21 bis 24 von im wesentlichen radial gerichteten Druckluftbehältern vorgesehen. Jede dieser Rohr- und Belüftergruppen umfaßt einen von dem Strömungsumlenkkegel 16 bis nahe an den Beckenrand reichenden Druckluftbelüfter 25, dem mehrere parallel verlaufende und ebenfalls dicht über dem Beckenboden 3 angeordnete Druckluftbelüfter 26 zugeordnet sind. Während in unmittelbarer Nähe des Strömungsumlenkkegels 16 nur ein solcher Druckluftbelüfter 26 einem Druckluftbelüfter 25 zugeordnet und mit diesem durch ein gemeinsames Verbindungsstück an eine nicht dargestellte Versorgungsleitung angeschlossen ist, sind in der mittleren Ringzone des Beckens zwei Druckluftbelüfter 26 und an der Randzone des Beckens sogar drei Druckluftbelüfter 26 vorgesehen.

Jeder der Druckluftbelüfter 26 hat eine Anzahl von über die Rohrlänge gleichmäßig verteilten Austrittsöffnungen für die Druckluft. Hierdurch ergibt sich ein Luftmengeneintrag, welcher ebenso wie die Stramungsgeschwindigkeit des Belebtschlammes von der Achse A gegen den Beckenrand zunimmt.

Aufgrund der erzwungenen Kreisströmung - Pfeile 15 - dieser überlagerten Umwälzbewegung - Pfeile 18 - ergeben sich sehr günstige Sauerstoffertragswerte, wobei die Belüftung in optimaler Weise wirtschaftlich dem schwankenden Sauerstoffbedarf der Belebtschlammflocke angepaßt werden kann.

Die Wirtschaftlichkeit der Belüftung kann darüber hinaus noch dadurch' gesteigert werden, daß die Druckluft den Druckbelüftern 25,26 mit unterschiedlicher Beaufschlagung zugeführt wird oder daß die Druckluftzufuhr nur intermittierend erfolgt.

Darüber hinaus kann durch geeignete Meß- und Regeleinrichtungen der Sauerstoffeintrag sowohl bei kontinuierlichem Betrieb, als auch bei intermittierendem Betrieb an der unteren Grenze gesteuert gehalten werden, wobei der Sauerstoffeintrag stets dem Bedarf optimal angepaßt werden kann. Eine solche Möglichkeit der Anpassung des Sauerstoffeintrages mit Hilfe von Meß- und Regeleinrichtungen hat für die ersten Betriebsjahre einer kommunalen Kläranlage eine besondere Bedeutung, da in der Regel entsprechend den für die Zukunft angenommenen Bemessungsgrundlage ii derartige Anlagen am Anfang ihrer Benutzung überdimensioniert und somit unterbelastet sind.

Durch den gesteuerten Sauerstoffeintrag an der unteren Bedarfsgrenze ergeben sich weitere betriebliche Vorteile, wie

- bessere Schla-nmeigenschaften, d. h. günstigeres Sedimentationsverhalten,

- Nitrifikatiöfl Und Denitrifikation der Belebtschlammflocke, wodurch Effekte einer dritten Reinigungsstufe erzielt werden können,

- durch die periodisch vergrößerte anaerobe Zone in der BelebtscMammflocke - besonders bei intermittierender Belüftung - kann ein periodisches Auftreten von kurzzeitig anaerob »aufgeschlossenem« Material auftreten, welches hei

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ausschließlicher aerober Behandlung nicht auf- schaftlichkeit ergibt. Durch das erfindungsgemäße

geschlossen werden kann, Verfahren und das erfindungsgemäß ausgebildete Be-

- im ersteren Teil der verstärkten Belüftungsphase lüftungsbecken wird nicht nur ein optimaler Sauer-

- besonders jedoch bei intermittierender Belüf- Stoffeintrag, sondern auch eine intensive Durchmitung. > schung des Schlamm-Wasser-Gemisches erzielt, wo-

ergibt sich eine bessere Ausnutzung des Sauerstoffes durch eine optimale Pufferung von Giftstößen oder

aus der in das Schlamm-Wasser-Gemisch eingetrage- hoher BSB₅-Zulaufkonzentration und ein biochemi-

nen Luft, wodurch sich insgesamt eine über den Wer- scher Sauerstoffbedarf innerhalb 5 Tagen erreicht

ten von PASVEER und SWEERIS liegende Wirt- werden.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Für eine biologische Kläranlage bestimmtes Belüftungsbecken, das einen vom Zentrum bis zur kreisrund oder polygonal ausgebildeten Beckenwand ununterbrochenen Querschnitt aufweist, und an dessen horizontalem Boden Druckluftbelüfter angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Zentrum des mit ebenem Boden (3) ausgebildeten Belüftungsbeckens ein Strömungsumlenkkegel (16) angeordnet ist, von dem aus die Druckluftbelüfter (25, 26) etwa radial bis in die Nähe der Beckenwand (2) verlaufen, und daß im Randbereich des Belüftungsbeckens in an sich bekannter Weise eine tangential fördernde Turbine (5) od. dgl. angeordnet ist.

2. Belüftungsbecken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (8) der Turbine (5) sowohl sähe an der Beckenwand (2), als auch nahe dem Seckenboden (3) angeordnet ist.

3. Belüftungsbecken nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Druckluft bestimmten Austrittsquerschnitte an den Druckluftbelüftern (25,26) von der Achse des Beckens gegen die Beckenwand (2) zunehmen.

4. Belüftungsbecken nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Dnickluftbelüf Jer (26) für die Zufuhr von Druckluft zum Sauerstoffeintrag vorgesehen sind, deren Zahl mit zunehmendem Abstand von der Achse (A) des Beckens (1) gegen die Beckenwand (2) zunimmt.

5. Belüftungsbecken nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzei hnet, daß mindestens zwei Gruppen (21, 22, 23, 24) von Druckluftbelüftern (25,26) vorgesehen sind, von denen jede Gruppe mindestens zwei Druckluftbelüiiter (25,26) enthält, die beide bis nahe an die Beckenwand (2) des Beckens (1) reichen, jedoch eine unterschiedliche Länge aufweisen.

6. Belüftungsbecken nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der zu einer Gruppe (21, 22, 23, 24) gehörenden Druckluftbelüfter (25, 26) mit zunehmendem Abstand von der Achse (A) des Beckens (1) zunimmt.

7. Belüftungsbecken nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe einer Dükerleitung (27) das Ronabwasser, in Strömungsrichtung gesehen, vor der Turbine (5) abgeleitet wird.