DE2353316A1

DE2353316A1 - Abwasserreinigungsanlage

Info

Publication number: DE2353316A1
Application number: DE19732353316
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl Ing Bott
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-10-24
Filing date: 1973-10-24
Publication date: 1975-06-19
Also published as: AT334301B; ATA849574A

Description

PATENTANWALT
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Rudolf Bott, Niefern-Öschelbronn, Schönblick 36

Abwasserreinigungsanlage

Die Erfindung betrifft eine Anlage, in der eine Flüssigkeit durch eine Ümwälzeinrichtung gleichzeitig mit einem Gas durchmischt und im Umlauf gehalten wird/ insbesondere eine Abwasserreinigungsanlage nach dem Belebtschlammverfahren, in der das Abwasser in einem in sich geschlossenen Grabensystem umläuft, in der dem Abwasser mittels eines Belüfters, der gleichzeitig das Abwasser in umlauf hält, Sauerstoff zugesetzt wird, und in der in der Nähe des Belüfters eine Trennwand vorgesehen ist.

Bei dem Belebtschlammverfahren werden die in dem Abwasser enthaltenen Verunreinigungen durch Organismen biologisch abgebaut, die im Abwasser flockenartige freischwebende Kolonien, nämlich den belebten Schlamm bilden. Die Eintragung von Sauerstoff durch Belüftung ist bei dem Belebtschlammverfahren erforderlich, um den im Abwasser vorhandenen lebenden Organismen durch Lebensvorgänge, deren Ablauf an die Gegenwart von Sauerstoff gebunden ist, den Abbau organischer Verunreinigungen und damit die sogenannte biologische Reinigung des Abwassers zu ermöglichen.

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Der Umlauf in dem Grabensystem ist bei den genannten Abwasserreinigungsanlagen erforderlich, einmal um eine gleichmäßige Vermischung des Zulaufs des frischen Abwassers mit dem Umlaufwasser zu erreichen, weiter um durch ausreichende Turbulenz das Absitzen von Schwebstoffen zu verhindern und eine innige Durchmischung des mit Sauerstoff angereicherten Wassers mit belebter Substanz herzustellen und schließlich um jeweils zwischen zwei Perioden des Sauerstoffeintrags einen genügend langen Zeitabschnitt zu ermöglichen, in dem ein ruhiger wirkungsvoller Sauerstoffverbrauch unter Abbau der Verunreinigungen erfolgt.

Die Aufnahmefähigkeit für frischen Sauerstoff ist größer, wenn der vorhandene Sauerstoffgehalt gerade noch für die biologischen Prozesse ausreichend ist und sich nicht ständig an der Grenze der Sättigung bewegt, wenn also das Sauerstoffgefälle zwischen dem der Belüftungszone zufließenden Abwasser und dem Wasser im Bereich der Belüftungseinrichtungen größer ist.

Diese Arbeitsweise begründet einen besonders hohen Wirkungsgrad der biologischen Verwertung des eingetragenen Sauerstoffs durch die Bakterienflora. Dieser Wirkungsgrad errechnet sich als das Verhältnis der zum gewünschten Abbau theoretisch erforderlichen Sauerstoffmenge zu der tatsächlichen aufgewendeten Sauerstoffmenge. Die erforderliche Menge wird nach einem bekannten und genormten Verfahren als biologischer Sauerstoffbedarf (BSB) ermittelt. In der Praxis wird der Kehrwert dieses Wirkungsgrades als "O-C-load" verwendet. Er gibt an, wieviel Sauerstoff (0~) pro Einheit BSB zum Abbau erforderlich ist.

Die laufenden Betriebskosten einer derartigen Abwasserreinigungsanlage ergeben sich im wesentlichen aus dem Aufwand an elektrischer Energie für den Umlauf und die Turbulenz des Wassers und für den Eintrag des Sauerstoffs, insgesamt also aus dem Aufwand an Kilowattstunden pro Kilogramm Abbauleistung ausgedrückt in BSB.

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Wenn man davon ausgeht, daß verfahrensmäßig, d. h. von den Anlagedimensionen und den zeitlichen Abläufen her, hier eine Optimierung erfolgt ist, können weitere Einsparungen sowohl in der Anlagengröße als auch in den Energiebedarfskojsten nur noch über die Auswahl und den richtigen Einsatz der Belüftungseinrichtungen erfolgen.

Aufgabe.der Erfindung ist es * wesentliche Einsparungen an Investitions- und Betriebskosten zu ermöglichen und damit den Betrieb von insbesondere sehr großen Anlagen wirtschaftlich zu machen.

Es wurden bereits umfangreiche Versuche unternommen/ Abwasserreinigungsanlagen nach dem Belebtschlammverfahren durch entsprechende konstruktive Ausgestaltung wirtschaftlich vorteilhafter zu gestalten. Sb ist in der NL-PS 87 500 zu diesem Zweck ein bekannter bürsteriförmiger Rotor mit horizontaler Welle als geeignet beschrieben worden.

In jüngerer Zeit wurde gemäß der CH-PS 471 749 der Einsatz von bekannten Oberflächenbelüftern mit vertikaler Welle - sogenannten Kreiselbelüftern - empfohlen, wobei die Trennwand· zwischen zwei Teilen des Grabensystems als Wasserscheide zwischen den Grabenteilen vor dem Belüfter mit ihrer vertikalen Kante bis nahe an den Beiüfter herangeführt wird. Der Fortschritt dieser Arbeitsweise ist von J. Zeper und A. de Man auf dem 5. Kongreß der International Association of Water Pollution Research im Juli 1970 in San Franzisco beschrieben und diskutiert worden und wird im wesentlichen darin gesehen, daß sich die Leistungsfähigkeit einer Anlage, gemessen beispielsweisein Einwohner-Gleichwerten (EWG) für ein bestimmtes Bau-(Investitions)-Volumen erheblich steigern laßt.

Gleichzeitig aber erhöhen sich", wie die Autoren berichten, die Betriebskosten, so daß sich jgerade bei solchen großen Anlagen nicht die vom Verfahren her zu erwartende Rentabilität ergibt,

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weil der Leistungsaufwand an elektrischer Energie, bezogen auf die Abbauleistung nach dem bekannten Verfahren, wonach der Sauerstoffeintrag und die Umwälzung durch einen Oberflächenbelüfter mit vertikaler Welle gleichzeitig erfolgen, wesentlich größer ist als der Leistungsaufwand mit dem gleichen Belüfter ohne gleichzeitige Umwälzung. Der Unterschied beträgt bis zu 30 % und mehr.

Die Gründe für die nach dem bekannten Verfahren verminderte Ertragsleistung sind die folgenden:

1. Der Sauerstoffeintrag erfolgt bei einem um eine vertikale Welle umlaufenden Oberflächenbelüfter dadurch, daß eine rasche und intensive Grenzflächenerneuerung zur Bildung von Luftbläschen im Wasser führt und daß diese Luftbläschen in einer an der Oberfläche vorwiegend radialen Zirkulationsströmung mitgeführt und mit dem Gesamtinhalt des Grabensystems vermischt werden. Ein Großteil des vorwiegend radial abströmenden Wassers wird in einer flachen Wurfparabel über die Wasseroberfläche geschleudert. Beim Wiedereinfall der zerstäubten Wassermassen in die Wasseroberfläche werden große Mengen Luft mit eingerissen und besonders fein verperlt. Gegen eine feste Oberfläche geschleudert wird jedoch die im Wasser in Form von Gasbläschen enthaltene Luft wieder ausgetrieben. Nach dem bekannten Arbeitsverfahren wird also auf der in Drehrichtung der Zirkulationsströmung angeströmten Seite der über die Wasseroberfläche hinaus ragenden Trennwand ein beträchtlicher Teil des bereits belüfteten Wassers weitgehend entlüftet. Gleichzeitig entfällt für diese Menge das Einreißen von Luft bei dem Wiedereinfall in die Wasseroberfläche. Auf der anderen Seite der Trennwand kommt eine entsprechende Wurfströmung erst wieder nach einem gewissen Winkel zustande. Dieser Winkel wird durch Radial- und Umfangsgeschwindigkeit der Wurfströmung bestimmt und ist ein Maß für die Minderung der Sauerstoffeintragsleistung bei Anwendung der bekannten Arbeitsweise.

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2. Der Impuls für die Entstehung und Aufrechterhaltung der Umlaufströmung kommt nach dem bekannten Verfahren dadurch zustande , daß sich um den um eine vertikale Drehachse rotierenden Belüfer außer der gewollten möglichst ungerichteten, aber im Arbeitsraum gleichmäßig wirksamen Turbulenz eine ungewollte Zirkulationsströmung in Drehrichtung aufbaut und daß der entstehende Wirbel durch die bis nahe an den Belüfter herangerückte Trennwand sekundär in eine' Strömung umgelenkt wird, die der Flußrichtung im Graben entspricht.

Aufgabe der Erfindung ist es, somit diese Nachteile der. bekannten Abwasserreinigungsanlage nach dem Belebtschlammverfahren zu überwinden und eine Anlage bereitzustellen', die sehr viel geringere Investitions- und Betriebskosten erfordert.

Diese Aufgabe wird nun erfindungsgemäß durch eine Abwasserreinigungsanlage nach dem Belebtschlammverfahren gelöst, in der das Abwasser in einem in sich geschlossenen Grabensystem umläuft und in welcher dem Abwasser Sauerstoff mittels eines um eine vertikale Achse rotierenden Oberflächenbelüfter^ zugesetzt wird und in der Nähe des Belüfters eine Trennwand vorgesehen ist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß eine senkrechte Trennwand, die zwei Grabenteile mit entgegengesetzter Strömungsrichtung voneinander trennt, vorgesehen ist, die sich unterhalb der Drehachse des Oberflächenbelüfters vom Boden des Grabens bis unmittelbar unter den Oberflächenbelüfter erstreckt und im Bereich des Wurfkreises des Oberflächenbelüfters unterhalb der Wasser·^ oberfläche verläuft.

Vorzugsweise entspricht der Abstand zwischen der Oberkante der Trennwand und der Wasseroberfläche am Rande des Oberflächenbelüfters etwa dem Ein- bis Zweifachen der Eintauchtiefe der Schaufelblätter des Oberflächenbelüfters und im Bereich des Wurfkreises etwa der erkennbaren Eintauchtiefe des mit Luftbläschen vermischten Wassers in die Wasseroberfläche.

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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bildet die Trennwand in der Drehachse des Oberflächenbelüfters einen Winkel zwiischen 180° und 360°.

Bei dem "Wurfkreis" handelt es sich um den Kreis, der sich um den Oberflächenbelüfter herum erstreckt, innerhalb dem das in Form einer flachen Wurfparabel über die Wasseroberfläche geschleuderten Wasser wieder in die Wasseroberfläche eintritt. Bei der erfindungsgemäßen Anlage wird somit der Oberflächenbelüfter mit vertikaler Welle beispielsweise ein Kreiselbelüfter, mit seiner Drehachse über der Trennwand, die zwei Grabenteile mit entgegengesetzter Strömungsrichtung voneinander trennt, derart angeordnet, daß die Trennwand sich vom Boden des Grabens bis unmittelbar unter den Belüfter erstreckt; Der Abstand zwischen dem Oberflächenbelüfter und der Trennwand soll einen ungehinderten Betrieb ermöglichen. Dazu soll der Abstand den baulichen und maschinentechnischen Erfordernissen entsprechend so gering wie möglich, aber groß genug sein, um Verstopfungen durch Verunreinigungen im Abwasser zu vermeiden.

Außerhalb des Bereiches des eigentlichen Oberflächenbelüfters bleibt die Oberkante der Trennwand soweit unterhalb der Wasseroberfläche, daß sich die Sauerstoff eintragende Wirkung im Bereich des Wurfkreises ungestört entfalten kann. Der Abstand von der Oberfläche beträgt dazu je nach Größe, Bauart und Umfangsgeschwindigkeit des Oberflächenbelüfters in der Nähe des Belüfters das Ein- bis Zweifache der Eintauchtiefe des Oberflächenbelüfters, während er am Rande des Wurfkreises etwa der erkennbaren Eintauchtiefe des mit Luftbläschen vermischten Wassers in die Wasseroberfläche entspricht. Diese Tiefe ist an bestehenden Belüftungsanlagen leicht zu ermitteln.

Die erfindunsgemäße Anordnung der Trennwand unter dem Oberflächenbelüfter bringt durch einen unmittelbaren Impulsaustausch

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zwischen den abströmenden Wirbelzöpfen und dem Wasser im Grabenstück eine Strömung in Drehrichtung zustande und erhält sie aufrecht, ohne daß primär eine Zirkulationsströmung aufgebaut werden muß. Diese Energieübertragung ist deshalb möglich, weil die vertikale Ausdehnung der aus dem Oberflächenbelüfter abströmenden Impulswirbel im Bereich^:des Belüfters im wesentlichen den entsprechenden-Abmessungen des Belüfters entspricht und der Zuström zu dem Oberflächenbelüfter im wesentlichen sich auf einen begrenzten Zentralbereich und auf eine StrÖmungsrichturig von unten nach oben beschränkt_o Damit erfolgt die Energieübertragung iirt wesentlichen über Wassermengen, die aus einem Grabenteil kommen und in dem gleichen; Grabenteil verbleiben, direkt durch die Summation der in Flußrichtung liegenden Komponenten der Strömungsimpulse.

Anhand der in den beigefügten Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsformen sei die Erfindung im folgenden beispielsweise näher erläutert;

Figur 1 zeigt in schematischer Ansicht eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Anlage",· bei der die beiden Grabenabschnitte parallel verlaufen;

Figur 2 ist ein Schnitt durch die in der Figur ί dargestellte Anlage längs der Linie A-B;

Figur 3 zeigt in Draufsicht in-schematischer Weise eine erfindungsgemäßeι Anlage, bei der die Strömung in den Grabenteilen um 90° umgelenkt wird;

Figur 4 zeigt die Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Anlage mit Strömungsümkehr, d.h. eine Anlage, bei der die Trennwand in der Drehachse des Oberflächenbelüfters einen Winkel von 360^ö bildet; und

Figur 5 zeigt in schematischer Weise die Anlage gemäß Figur im Schnitt längs der Linie C-D; diese Darstellung ist sinngemäß auch auf die Figur 4 anwendbar.

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Vertiefungen der Grabensohle im Bereich des Oberflächenbelüfter oder auch Leitwände im Grabensystem, insbesondere an den Umlenkstellen, können bei in gewissen Konstruktionen von Oberflächenbelüftern oder auch zum Ausgleich ungünstiger Abmessungen aufgrund bekannter Erfahrungen von Vorteil sein, so daß diese Maßnahmen auch im Rahmen der erfindungsgemäßen Lehre angewandt werden können.

Anhand der Darstellungen sei der Verfahrensablauf in der erfindungsgemäßen Anlage wie folgt beschrieben:

Der Oberflächenbelüfter 3, beispielsweise ein konischer Kreisel mit offenen Schaufelkanälen, dreht sich mit Hilfe eines nichtdargestellten Antriebs, der an einer ebenfalls nicht eingezeichneten Halterung befestigt ist, um die Welle 2, beispielsweise im Uhrzeigersinn, und überstreicht dabei die gegenläufigen Grabenabschnitte 5 und 6.

Die Trennwand 1 zwischen den beiden Grabenabschnitten ist im Bereich des Wurfkreises 4 (soweit) abgesenkt, daß ein ungestörter Sauerstoffeintrag erfolgen kann. Im Bereich des Kreisels ist die Oberkante der Trennwand des bis nahe an den Kreisel herangeführt. Für die Darstellung ist beispielsweise über die ganze Länge der Absenkung eine gleichbleibende Höhe gewählt. Durch die Umdrehung des Kreisels 3 wird an seinen Schaufeln ein rascher Grenzflächenwechsel und damit ein Eintrag von Luft bzw. Sauerstoff in das Wasser in Form von feinen und feinsten Bläschen bewirkt. Gleichzeitig entsteht durch eine zentrale aufwärts gerichtete Anströmung und eine periphere verwirbelte Abströmung ein beträchtlicher Wassertransprot, wodurch ein ständiger Austausch des bereits mit Luft bzw. Sauerstoff angereicherten Wassers erfolgt. Ein Teil des peripher abströmenden Wassers wird über die Wasseroberfläche geworfen, dabei mehr oder minder fein verteilt und nimmt aus der Luft weiteren

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Sauerstoff auf und reißt ihn bei dem Einfall in die Wasseroberfläche in feinstverteilter Form mit« Der größte Teil des Wassers wird erfindungsgemäß unter der Oberfläche umgewälzt.

In Form von nach außen unten gerichteten Wirbelzöpfen strömt das Wasser aus dem peripheren Bereich des Kreisels ab. Die Wirbel vergrößern sich mit zunehmender Entfernung von dem Kreisel und geben dabei durch'Impulsaustausch ihre Energie an das Wasser in dem Graben ab. Die Summe aller Komponenten in Fließrichtung erzeugt unmittelbar einen resultierenden Impulsstrom, dessen Richtung durch den Drehsinn bestimmt ist. Das gilt für den Geradeausstrom und für Richtungsänderungen.

Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Abwassereinigungsanlage nach dem Belebtschlammverfahren, wobei der Belüfter Sauerstoff einträgt und zugleich für den Umlauf sorgt, wird im Gegensatz zu den vorbekannten Verfahren die volle Sauerstoffleistung, die der Kreisel normalerweise in einem stehenden Becken mit passenden Abmessungen zu erbringen in der Lage ist, erhalten, und es wird für die Umwälzung somit keine zusätzliche Energie benötigt. Es ergeben sich also erfindungsgemäß erhebliche Vorteile, worunter auch der Vorteil zu sehen ist, daß der Flüssigkeitsaustausch zwischen den beiden Grabenabschnitten sehr gering bleibt.

An einem Beispiel sei der Erfolg der erfindungsgemäßen Anlage ' erläutert:

Eine in herkömmlicher Weise aufgebaute Großanlage benötigt beispielsweise 110 Oberflächenbelüfter mit einer Arbeitsleistung von je 250 kW, aufgeteilt in 5 Umwälzsysteme und verbraucht im Jahr ca. 250 Millionen kWh. Nach der erfindungsgemäßen Anordnung sind nur vier Umwälzsysteme erforderlich, die im Jahr ca. 60 Millionen kWh weniger verbrauchen. Es ist ersichtlich, daß sich nach der erfindungsgemäßen "Lehre eine erhebliche Investitions- und

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Betriebskostenersparnis erzielen läßt. So benötigt beispielsweise eine Anlage gemäß der Erfindung für 33 000 Einwohner nur soviel Energie, wie eine Anlage der herkömmlichen Art für 25 000 Einwohner verbraucht.

Es ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Anordnung einer zwei Grabenteile mit entgegengesetzter Strömungsrichtung voneinander trennenderL Trennwand unterhalb eines Oberflächenbelüfters mit vertikaler Achse auch für beliebige andere Anwendungszwecke, bei denen mit Hilfe einer einzigen Einrichtung eine gleichzeitige Gaseinmischung und umwälzung erreicht werden soll, geeignet ist.

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Claims

Paten ta η s ρ r ü c he

Iy Abwasserreinigungsanlage nach dem Belebtschlammverfahren, in der das Abwasser in einem lh sich geschlossenen -Grabensystem umläuft und in welcher dem Abwasser Sauerstoff mittels eines um eine vertikale Achse rotierenden-Oberflächenbelüfters zugesetzt wird und in der in der Nähe des Belüfters eine Trennwand vorgesehen ist, gekennzeichnet durch eine senkrechte Trennwand (l) ,die zwei Grabenteile mit entgegengesetzter Strömungsrichtung voneinander trennt, die sich unterhalb der Drehachse (2) des Oberflächenbelüfters (3) vom Boden des Grabens bis unmittelbar unter den Oberflächenbelüfter (3) erstreckt und im Bereich des Wurfkreises (4) des Oberflächenbelüfters (3) unterhalb der Wasseroberfläche verläuft.
2. Abwasserreinigungsanlage gemäß Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Oberkante der Trennwand (1) und der .Wasseroberfläche am Rande des Oberflächenbelüfters (3) etwa dem Ein- bis Zweifachen der Eintauchtiefe der Schaufelblätter des Oberflächenbelüfters (3) und im Bereich des Wurfkreises (4) etwa der erkennbaren Eintauchtiefe des mit Luftbläschen vermischten Wassers in die Wasseroberfläche entspricht. :
3. Abwasserreinigungsanlage gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (1) in der Drehachse des Oberflächenbelüfters (3) einen Winkel zwischen 180° und 360° bildet. .-

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