DE2407423B2 - Vorrichtung fuer die biologische abwasserbehandlung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die biologische Abwasserbehandlung, mit einem Behälter, in dem zu behandelndes Abwasser kontinuierlich eingespeist werden kann und der einen Flüssigkeitsauslaß sowie eine Einrichtung aufweist, um das Abwasser im Behälter auf einen bestimmten Pegel zu halten, und mit um eine horizontale Achse sich drehenden, als Bewuchsträger für biologischen Rasen dienenden Kontaktelementen, die im Behälter so angeordnet sind, daß sie teilweise in das Abwasser im Behälter eintauchen.

Eine derartige, z. B. aus der Zeitschrift »WWT«, 1966, H. 10, S. 333 bis 338 entnehmbare Vorrichtung arbeitet kontinuierlich. Ihr Wirkungsgrad hängt von einer Anzahl von Variablen ab, wie z. B. der hydraulischen Belastung des durch die Vorrichtung laufenden Abwassers, der Temperatur, bei der die Behandlung erfolgt, und der Verweilzeit des Abwassers in der Vorrichtung. Die hydraulische Belastung ist hierbei der Abwasserdurchsatz im Bchandlungsbehälter, üblicherweise ausgedrückt als Gallonen/Tag bzw. Kubikmeter/Tag, bezogen auf die Oberflächengröße der sich drehenden Kontaktelemente, die mit dem Abwasser im Behälter in Berührung kommen.

Man hat bisher geglaubt, daß der Wirkungsgrad der Behandlung um so größer ist, je langer bei vorgegebener hydraulischer Belastung das Abwasser im Behälter verbleibt, wo es mit den sich drehenden Kontaktelementen in Berührung treten kann. Diese längere Verweilzeit läßt sich beispielsweise erreichen, indem man den Abstand zwischen den Scheiben vergrößert, um die wirksame Oberflächengröße zu verringern, oder indem man die Bchältergrößc erhöht. Beide Maßnahmen haben den Effekt, daß das im Behälter vorgehaltene Abwasservolumen im Verhältnis 7U der für den Wuchs von Baktcrienschleim verfügbaren Oberfläche der Kontaktclemente und so der bauliche Aufwand vergrößert wird.

Der spezielle Parameter, um den es bei der Bemessung hierbei geht, ist das Verhältnis des tatsächlichen Flüssiükcitsvolumcns im Behälter pro wirksame Oberfläche der Kontaktelcmente. Dieser Parameter wird in Kubikmeter pro Quadratmeter (Gallone pro Quadratfuß) ausgedrückt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß unter normalen Betriebsbedingungen ein optimaler Wirkungsgrad erzielbar ist, jedoch der bauliche Aufwand möglichst gering bleibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verhältnis des tatsächlichen Flüssigkeitsvolumens des Behälters zur wirksamen Oberfläche der Kontaktelemente, d. h. derjenigen Oberfläche der Kontaktelemente, die durch das Abwasser läuft und mit biologischem Rasen besetzt ist, etwa 0,0049 rn'Vm², jedoch nicht unter 0,0049 nvVm² beträgt.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß bei Zunahme des Verhältnisses des tatsächlichen Flüssigkeitsvolumens zur wirksamen Oberfläche der Wirkunusgrad der Vorrichtung entsprechend zunimmt, aber nur bis zu einem optimalen Volumen-Flächenverhältnis von 0,0049 m-'Vm². Danach tritt unter normalen Betriebsbedingungen auch bei weiter zunehmendem Verhältnis keine weitere Zunahme des Wirkungsgrades der Vorrichtung auf. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mithin einen optimalen Wirkungsgrad bei weitgehend optimal geringem baulichen Aufwand auf.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und Diagramme, aus denen sich der obengenannte optimale Wert ergibt, sind in der Zeichnung dargestellt, die nachstehend näher erläutert wird. Es zeigt

Fig. 1 eine teilgeschnittene Ansicht eines Behandlungsbchälters, mit sich drehenden Kontaktelemcnten in Form von auf Abstand liegenden Scheiben,

F i g. 2 einen Vertikalschnitt entlang der Linie 2-2 der F i g. 1 und

F i g. 3, 4 und 5 Diagramme, die die Resultate von Tests zeigen, die bei verschiedenen hydraulischen Belastungen durchgeführt wurden, um die Anteile des BSB, der suspendierten Feststoffe und des entfernten AmmoniaksauerstofTs in Vorrichtungen nach den Fig. 1 und 2, aber mit verschiedenen Verhältnissen des Volumens zur Oberflächengröße zu bestimmen.

Die F i g. 1 und 2 zeigen eine typische Form einet Vorrichtung der in Frage stehenden Art mit sich drehenden Kontaktelementen in einem Behälter, der allgemein mit 10 bezeichnet ist, sowie vier Stufen identischer Kontaktelementenvorrichtungen 11 auf einei gemeinsamen Welle 12. Jede Kontaktelementenvorrichtungll besteht aus einer Vielzahl von Kontaktelementen in Form von flachen Scheiben 14, die au! Abstand entlang der Welle 12 angeordnet sind unc aus geblähten Polystyrolpeilen bestehen.

Der Behälter 10 ist halbzylindrisch gestaltet unc hat ein Paar Auflager 14, auf denen er auf einer geeigneten Fläche ruht. Die Enden des Behälters K sind durch die ein- und ausflußseitigen Querwand!

15 bzw. 16 gebildet, und der Behälter 10 ist durct eine Reihe identischer innerer Trennwände 17 in vie:

identische Betriebsstufen unterteilt. Die Welle 12 lauf in Lagern 18 auf den Querwänden 15, 16 und 17.

Eine Einlauflcitung 19 verläuft durch die Quer wand 15 und speist Abwasser in den Behälter 10 ein Am entgegengesetzten Ende des Behälters 10 weis die Querwand 16 einen Überlauf auf. der auf eine Sehe des Lagers 18 angeordnet ist und das Innere de:

Behälters von der Ausflußwanne 21 trennt, die zu einer Ausflußleitung 22 führt. Die Welle 12 und auch die Kontaktelementenvorrichtung 11 werden durch geeignete Antriebe — beispielsweise den Elektromotor 23 über einen Kettenantrieb 24 — gedreht; vgl. Fig. 1. In jeder der Querwände 17 liegt unter dem Abwasserspiegel eine Öffnung 25, damit die Flüssigkeit von e-ner Stufe zur nächsten strömen kann: die Gesamtströmung des Abwassers durch die Vorrichtung vollzieht sich im allgemeinen parallel zur Achse derWclle 12.

Das Abwasser aus der Primärbehandlungsstufe wird auf bekannte Weise mit gesteuerter Geschwindigkeit durch die Einlaufleitung 19 in den Behälter 10 eingebracht. Die Kontaktelementenvorrichtungen 11 werden mit fester Geschwindigkeit durch das Abwasser im Behälter 10 gedreht; diejenigen Vorrichtungen 11, die dem Einflußende am nächsten liegen, entwikkeln auf ihren Oberflächen einen Wuchs aerober Bakterien in Form eines Schleims. Beim Drehen der Vorrichtungen 11 tragen die Kontaktelementc einen Abwasserfilm in die Luft, von wo er auf die Abwasscroberfläche zurücktropft, während er Luflsauerstoff aufnimmt.

Die Organismen im Schleim entfernen sowohl den gelösten Sauerstoff als auch organische Stoffe aus dem Abwassertilm. Bei fortgesetzter Drehung der Kontaktelemente durch das Abwasser im Behälter findet eine weitere Entfernung gelösten Sauerstoffs und organischer Stoffe statt. Der ungenutzte gelöste Sauerstoff im Abwasserfilm mischt siHi _mit dem Inhalt der Mischflüssigkeit und erhält dort die Konzentration gelösten Sauerstoffs aufrecht.

Beim Lauf des Abwassers von Stufe /u Stufe wird es in einem allmählich zunehmenden Grad der Be-Handlung durch spezifische biologische Kulturen unterzogen, die sich in jeder Stufe dem sich verändernden Abwasser anpassen. Werden mehrere Stufen eingerichtet, erscheinen bei abnehmender Konzentration organischer Stoffe in den späteren Stufen des Tanks nitrifizierendc Bakterien, die Ammoniakstickstoff oxidieren. In sämtlichen Stufen wird während der Erzeugung zusätzlichen Schleims überschüssiger Schleim durch die vom Abwasser ausgeübten Scherkräfte von den Oberflächen der sich drehenden Kontaktanordnungen abgezogen. Die Mischwirkung der sich drehenden Kontaktelementenvorrichtungen 11 hält die abgezogenen Feststoffe in Suspension, bis die Strömung des behandelten Abwassers sie aus dem Behälter 10 herausführt, wo sie abgetrennt und entfernt werden können.

Das behandelte Abwasser und die suspendierten Feststoffe fließen über den Überlauf 20 und durch die Ausflußleitung 22 ab. Der Überlauf 20 hält das Abwasser im Behälter auf einem bestimmten Pegel 26. Der Pegel 26 des Abwassers im Behälter 10 liegt etwas höher als die Oberkante des Überlaufs 20, da ein gewisser hydraulischer Druck erforderlich ist. damit das behandelte Abwasser über den Ablauf 20 fließen kann.

Das tatsächliche Abwasservolumen, das vom Behälter 10 aufgenommen werden kann, hängt vom Pegel 26 unter Abzug aller von den Trennwänden 17 beanspruchten Volumina und des von den Scheiben 13 und dem Schleimbelag verdrängtΐη Wassers ab. Die wirksame Oberflächengröße der Scheiben ist derjenige Teil der Scheiben, der jeweils durch das Abwnsser im Behälter 10 läuft. In F ία. 2 würden diejenigen Teile der Scheiben die wirksame Oberflächengröße der Scheiben ausmachen, die zwischen dem Umfang und einem Kreis 27 liegen, der konzentrisch mit der Welle verläuft und den der Pegel 26 tangiert.

Es hat sich erwiesen, daß bei der Behandlung von Hausabwässern unter normalen Temperaturbedingungen ein optimaler Zusammenhang zwischen dem Abwasservolumen im Behälter 10 und der wirksamen Oberflächengröße der Kontaktelementenvorrichtungen 11 besteht, bei dem sich ein maximaler Wirkungsgrad einstellt; eine weitere Zunahme dieses Verhälnisses von Volumen zu Oberflächengröße ergibt keine Zunahme des Wirkungsgrades. Das optimale Volumen-Oberflächen-Verhältnis betraut im wesentlichen 0,0049 nvVm² (0,12 gal./sq. ft.)

Die F i g. 3 bis 5 zeigen die Ergebnisse von Tests, die an einer den F i g. 1 und 2 entsprechenden Abwasserbehandlungsvorrichtung durchgeführt wurden, und zwar bei vier verschiedenen Volumen-Oberflächen-Verhältnissen im Bereich von 0.0027 nV>, m-(0,067 gal./sq. ft.) bis 0,013 m ¹ZnV- (0.32 «al. sq. ft.). Die Prüfung für das Verhältnis von 0.0027 m^:! 11V-wurde ,nit Scheiben eines Durchmessers von 1,83 m (6 ft.) durchgeführt, alle anderen mit Scheiben von 0,61 m (2 ft.) Durchmesser. Die Verhältnisse wurden durch Andern des Scheibenabsiandes eingestellt. Die Scheibenanordnungen wurden mit einem 0,1-HP-Elektromotor mit 11 U min gedreht, so daß sich eine Umfangsgeschwindigkeit von 20.13 m see (66 ft. see) einstellte.

Im Fall der mit Scheiben eines Durchmessers von 0,61 m versehenen Einheilen wurde das Abwasservolumen des Behälters 10 durch Ablassen des Behälterinhalts bestimmt; bei den Einheiten mit Scheiben mit 1.83 m Durchmesser unter Annahme einer Dicke der Schleimschicht von 2,5 mm (0,1 inch) berechnet.

Vier versetzte Proben des Ein- und des Ausflusses wurden über eine 24stündige Periode aus jeder 0,61-m-Einheit genommen, 30 min absetzen gelassen und analysiert. Im Fall der 1.83-m-Einheit waren die Ein- und Ausflußproben 24stündige Proben. Die Testeinheiten wurden unter jeder Betriebsbedingung eine bis zwei Wochen betrieben und die Resultate gemittelt.

Fig. 3 zeigt eine Kurve der Testergebnisse, und zwar hinsichtlich des bei verschiedenen hydraulischen Belastungen entfernten BSBs. Die Kurve 28 ist an die Meßwerte der Einheit mit 0,0027 nVL'nV- (0.067 gal./ sq.ft.) angepaßt, die Kurve 29 an die Meßergebnisse der Einheit mit 0,0049 nVVnV² (0,12 gal./sq. ft.).

In das Diagramm der F i g. 3 sind auch in Form der Kurve 30 die Ergebnisse von Tests von H. Hartmann mit einer Einheit mit 3.05 m großen Scheiben und einem Volumen-Oberflächen-Verhältnis von 0,0035 mVm'- (0,085 gai./sq. ft.) eingetragen, die im Aufsatz »Der Tauchtropfkörper« in Österreichische Wasserwirtschaft, Bd. Π. Nr. 11/12, 1965, S. 264 bis 269 veröffentlicht wurden.

Wie aus den Daten der F i g. 3 ersichtlich, nimmt bei einer Erhöhung des Volumen-Oberflächen-Verhällnisscs von 0.0027 nvVm² (0,067 gal. sq. ft.) über 0.003 nv'/m² (0,074 gal./sq. ft.) und 0.0035 m^:1 m-(0.085 gal.'sq. ft.) auf 0.049 m^:1 nV- (0,12 gal./sq. ft.) der Wirkungsgrad, gemessen als Anteil des entfernten BSBs, zu.

Zunahmen über 0.0049m^:1/m² (0,12 gal./sq. ft.) ergeben jedoch keine weitere Steigung des Wirkungsgra-

des. Die Zunahme des Wirkungsgrades, gemessen als BSB-Entfernung, ist bei höherer hydraulischer Belastung besonders erheblich. Jedoch gilt auch bei höherer hydraulischer Belastung die gleiche Be-/ichung. d.h.. bei mehr als 0,049 m^: in"-¹ (0.12 »al/ sq.ft.) tritt keine weitere Zunahme des Wirkungsgrades auf.

Der gleiche Effekt des Volumen-Obcrflüchen-Verhältnisses zeigt sich in F i g. 4 für die suspendierten Feststoffe. In der F i g. 4 sind die Kurven 31, 32 und m 33 den Ergebnissen der Tests mit Volumcn-OberiUichen-Verhältnisscn vein 0.254 Liter pro Tau (O.Od7 gal. Tag) über 0.28 Id (0,074 gal. Tag) auf 0.45 i d~(0.12 gal. Tag) angepaßt.

1-1 höht man das Volumcn-Obcrflächen-Verhältnis von 0.0027 m^:l,m- (0,007 gal., sq. fl.) über 0.003 nv¹' 111- (0.074 gal. sq. ft.) auf 0,0049 nv^! m- (012 gal., sq.ft.). treibt sich eine zunehmende Fcststoffentfernung. Fine weitere Erhöhung des Volumcn-Obcr-Ilächen-Verhältnisscs auf 0.013 m-, m^:1 (0,32 gal./ sq.ft.) bei einer hydraulischen Belastung von 0.205 m^:i m- (5 gal. sq.ft.) pro Tag ergabt keine weitere Zunahme der Entfernung von Feststoffen.

Fig. 5 zeigt den entfernten Ammoniakstickstoffanteil als Funktion der hydraulischen Belastung für =5 die vier überprüften Volumen-Oberllächen-Verhältnisse. Auch diese Ergebnisse zeigen, daß 0,0049 m^:l/ 111- (0.1 2 gal. sq.ft.) das optimale Verhältnis des Volumens zur Oberfläche für die Nitrifizierung ist.

Yolumen-Obcrflächen-Verhähnisse von weniger als 0.0049 nr m² (0.12 gal. sq.ft.) ergeben geringere Anteile des ausgezogenen Stickstoffs. Verhältnisse von mehr als 0.0049 m^:l m- (0.12 gal. sq. ft.) keine weitere Zunahme des ausoczoccncn Ammoniakstickstoffanteils. Die Kurve 34 in F i g. 5 ist den Ergebnissen des Tests mit 0.0027 nv; m² (0.067 gal. sqj't.). die Kurve 35 den Ergebnissen mit 0.0(14'» m'· m-(0.1 2 gal. sq.ft.) angepaßt.

Es hat sich also erwiesen, daß ein Optimum für das Volunien-Oberlla'diciiverhältnis bestellt, bei dem die sich drehenden K.ontakt.clemente betrieben werden sollten.

Dieses Verhältnis ist mit Sicherheit höher als 0.0035 mim- (0.00t<5 gal. sq.ft.), nicht höher als 0.0049 nv'm² (0,1 2 gal., sq. ft.) und scheint im wesentlichen bei 0.0049 m¹ in- (0,12 gal.,sq. ft.) zu liegen. Dieses optimale Volumen-Oberllachenverhahnis ist ein gültiger Parameter für die normalen Bedingungen, die bei der Bchandlura von i lausabwässcrn aulireten.

Der Ausdruck »Hausabwässcr« soll hierbei Abwässer bezeichnen. c:.e eine BSB-Konz.entration bis zu etwa 350 mg. 1 aufweisen. Der Optimalwert des Vohimcn-Oberflächeiiverhältnisscs gilt für sämtliche Abwasserbehandlungslcmperaluren über 12.8 C (55 F). Wie bei allci biologischen Vorgängen kann angenommen werden, daß der Wirkungsgrad der Behandlung mit rotierenden Kontaktclcmcntcn bei Abwasserlemperaturen von weniger als 12.8 C (55 F) abnimmt.

Vorläufige Tests licuten jedoch darauf hin. daß ein Volumen-Ober lächcn-Verhällnis von etwa 0.0049 m^:i. m² (0.12 gal. sq.ft.) auch das Optimum für niedrigere Abwassertcmperaturen darstellt. Das optimale Verhältnis lieut mit Sicherheit nicht unter 0.0049 nv'.-m² (0.1 2 gill.'sq. it.).

Die Tests wurden zwar mit Kontaktelemenienvorrichtungen aus auf Abstand stehenden !lachen Scheiben durchgeführt. Das optimale Volumen-Oberflächenverhältnis bär it jedoch nicht von der Art der Oberfläche der KonUiktelemcntc ab. Der gleiche Zusammenhang gilt also auch für andere Formen und Gestaltungen der Kontaktclcmentc. Weiterhin ist auch gleichgültig, ob die Strömung der Flüssickeit durch die Vorrichtung parallel zur Drehachse der sich drehenden KontaktcleiT L-nte. wie in den Rcsieinheiien. oder zu diese rechtwinklig stattfindet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung für die biologische Abwasserbehandlung, mit einem Behälter, in dem zu behandelndes Abwasser kontinuierlich eingespeist werden kann und der einen Flüssigkeitsauslaß sowie eine Einrichtung aufweist, um das Abwasser im Behälter auf einem bestimmten Pegel zu halten, und mit um eine horizontale Achse sich drehenden, als Bewuchsträger für biologischen Rasen dienenden Kontaktelementen, die im Behälter so angeordnet sind, daß sie teilweise in das Abwasser im Behälter eintauchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des tatsächlichen Flüssigkeitsvolumens des Behälters zur wirksamen Oberfläche der Kontakrelemenie, d. h. derjenigen Oberfläche eier Kontaktelemente, die durch das Abwasser läuft und mit biologischem Rasen besetzt ist, etwa 0.0049 nr'/'mA jedoch nicht unter 0,0049 nvVm- beträgt.