DE2420745A1

DE2420745A1 - Vorrichtung zum klaeren von abwasser

Info

Publication number: DE2420745A1
Application number: DE2420745A
Authority: DE
Inventors: Ittshu Yokota
Original assignee: Ishigaki Mechanical Industry Co Ltd
Current assignee: Ishigaki Mechanical Industry Co Ltd
Priority date: 1974-04-29
Filing date: 1974-04-29
Publication date: 1975-10-30
Also published as: DE2420745B2

Description

i3es chreibung zu der Patentanmeldung Vorrichtung zum Klären voll Abwasser Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zum Behandeln bzw. klären von Abwasser und betrifft insbesondere Vorrichtungen zum Klären von Abv:asser, das organische Stoffe enthält, wobei es die Vorrichtungen ermöglichen, diese organischen Stoffe dadurch zu beseitigen, daß sie durch die Wirkung von Mikroorganismen zersetzt werden.
Der Behandlung von Abwasser zum Zweck des Klärens oder Reinigens kommt eine ständig zunehmende Bedeutung zu, aa die Lebensfähigkeit von Lebewesen in der Umwelt weitgehend von der Reinheit des verfügbaren Wassers abhängt; dies gilt insbesondere bezüglich des einflusses, den Abwässer auf die Erzeugnisse des Fischereiwesens und der bandwirtschaft ausüben; ferner ist es wichtig, die erneute Verwendung von gebrauchtem Wasser zu ermöglichen. Im Hinblick hierauf ist es erwünscht, Verfahren und Vorrichtungen zu schaffen, die es auf wirtschaftliche Weise ermöglichen, bei Abwasser einen hohen Reinigungsgrad zu erzielen. Zu den leistungsfähigen Verfahren, die dieser Forderung entsprechen, gehört das bekannte Verfahren zum Klären von Abwasser, bei dem im Abwasser vorhandene Verunreinigungen durch l#ikroorganismen zersetzt werden, so daß die Verunreinigung beseitigt wird.
Mit anderen Worten, wenn in dem Abwasser organische Stoffe vorhanden sind, und wenn die richtigen Bedingungen bezüglich der Temperatur, des Nährwertes, des im Wasser gelösten Sauerstoffs und dergleichen erfüllt sind, pflanzen sich aerobe Mikroorganismen derart fort, daß sie die organischen Stoffe zersetzen und in unschädliche Stoffe wie Kohlendioxid; Wasser und dergleichen verwandeln; dies geschieht durch Enzymreaktionen, und hierbei entstehen ständig neue Zellen von Mikroorganismen, wobei die bei der Zersetzungsreaktion freiwerdende Energie ausgenutzt wird. Verfahren zum Klären von Abwasser, bei denen von dieser wirkung aerober Mikroorganismen Gebrauch gemacht wird, werden als Biooxidationsverfahren bezeichnet. Wird ein solches Biooxidationsverfahren durchgeführt, spielt sich eine hutooxidation eines Teils der organischen Stoffe im Abwasser ab, wobei im Abwasser gelöster Sauerstoff verbraucht wird, so daß die organischen Stoffe zersetzt und durch die ri'ätigkeit der Mikroorganismen einerseits und die genannte Autooxidation andererseits beseitigt werden. Ist der im Abwasser gelöste Sauerstoff von den aeroben Mikroorganismen verbraucht worden, spielt sich eine Fortpflanzung von anaeroben Mikroorganismen anstelle der aeroben Mikroorganismen ab, und diese anaeroben Mikroorganismen verbrauchen den Sauerstoff, der in den organischen Stoffen vorhanden ist, um ihre Lebensvorgänge aufrechtzuerhalten, und sie zersetzen die organischen Stoffe mit Hilfe verschiedener Enzyme, die von den anaeroben Mikroorganismen ausgeschieden werden, so daß die organischen Stoffe schließlich zu Kohlendioxid, Methan, Schwefelwasserstoff, Ammoniak und dergleichen zersetzt werden. Verfahren zum Klären von Abwasser, bei denen von dieser Tätigkeit der anaeroben Mikroorganismen Gebrauch gemacht wird, werden als anaerobische Zersetzung" bezeichnet.
Von diesen beiden Arten von Verfahren zum Klären von Abwasser, bei denen von Mikroorgaiiisnen Gebrauch gemacht wird, findet das Biooxidationsverfahren, bei dem mit aeroben Mikroorganismen gearbeitet wird, in besonders großem Umfang Anwendung. Als typische Beispiele für solche Biooxidationsverfahren können die drei nachstehend kurz geschilderten Verfahren gelten. Bei dem ersten Verfahren handelt es si-ch um das f:Belebtschlsmmverfahren:1, bei dem Abwasser, das einer Behandlung in einem ersten Absetzbehälter unterzogen worden ist, in einem Belüftungsbehälter erneut umgewälzt und belüftet wird, so daß sich in dem Belüftungsbehälter flockenähnliche aerobe Mikroorganismen fortpflanzen, wobei zahlreiche Flocken solcher aerober Aikroorganismen die organischen Stoffe im Abwasser adsorbieren oder durch eine sogenannte Biosorption bewirken, woraufhin die Stoffe durch die aeroben Mikroorganismen in den Flocken zersetzt werden. Bei der Durchführung dieses Belebtschlammverfahrens wird das zu klärende Ahwasser während einer ausreichenden Zeit in dem Belüftungsbehälter belassen und dann nach einer Absetzbehandlung in einem letzten Absetzbehälter abgeführt; hierbei wird ein Teil des abgesetzten oder sedimentierten Schlamms aus dem letzten Absetzbehälter als Belebtschlamm zu dem Belüftungsbehälter zurückgeleitet, um diesem Behälter weiter aerobe Mikroorganismen zuzuführen.
Bei dem zweiten Verfahren, das zur Gruppe der Biooxidationsverfahren gehört, handelt es sich um das sogenannte ~Riesel- und Filtrierverfahren", bei dem mit dem zu klärenden Abwasser ein Filterbett berieselt wird, das aus einer 2 bis 3 m hohen Schicht aus gebrochenem Gestein besteht, bei dem die Korngröße etwa 25 bis 80 mm beträgt; hierbei wird das geklärte Wasser aus dem unteren Teil des Filterbetts abgezogen. In diesem Fall vermehren sich die aeroben Mikroorganismen in Form eines Films auf der Oberfläche des gebrochenen Gesteins, und diese aeroben Mikroorganismen zersetzen im Abwasser vorhandene organische Stoffe, die in Berührung mit den aus Mikroorganismen bestehenden Filmen kommen, Bei der Durchführung dieses Berieselungs und Filtrierverfahrens wird häufig ein Teil des geklärten Wassers, das einer abschließenden Absetzbehandlung unterzogen worden ist, dem Filterbett erneut zugeführt, um den biochemischen Sauerstoffbedarf zu steigern. Bei dem dritten Verfahren, das zur Gruppe der Biooxidationsverfshren gehört, handelt es sich um das Verfahren, bei dem mit einer untergetauchten bzw. versenkten Packung oder#Füllung gearbeitet wird; hierbei ist eine ortsfeste Schicht aus unterschiedlichen Packungsmaterialien in einem Klärbehälter im Abwasser untergetaucht, und das Abwasser wird in dem Klärbehälter durch die Packungsschicht hindurch unter gleichzeitiger Belüftung umgewälzt, so daß sich aerobe Mikroorganismen auf der Oberfläche der Packungsteile in Form von Filmen fortpflanzen und organische Stoffe zersetzen, die mit den aus aeroben 0 kroorganismen bestehenden Filmen in Berührung kommen. Als Packungsmaterialien werden bei diesem Verfahren klotzähnliche iEllkörper der verschiedensten Art verwendet, ferner Bündel aus langen geraden Rohren, bei denen jeweils eine Anzahl langer gerader Rohre vorhanden sind, die z.B. einen sechseckigen Querschnitt haben und parallel zueinander angeordnet sind, so daß sie ein langgestrecktes Rohrbündel bilden; ferner verwendet man Packungen, die aus Bambuszweigen, Raschigringen ähnelnden Körpern oder dergleichen bestehen, welche regellos gelagert sind.
Den verschiedenen Belebtschlammverfahren und den Berieselungs- und Filtrierverfahren haften jedoch die nachstehend genannten Nachteile an. Erstens werden bei der Durchführung de s Belebtschlammverfahrens die aus aeroben Mikroorganismen bestehenden Flocken in dem Belüftungsbehälter zusammen mit dem Abwasser mit einer Geschwindigkeit umgewälzt, die im wesentlichen gleich der Strömungsgeschv#indigkeit des Abwassers ist, so daß das jede aus tEikroorganismen bestehende Flocke umgebende Abwasser nur selten ausgetauscht wird, was bedeutet, daß die Verunreinigungen bzw.
die organischen Stoffe nur schlecht in Berührung mit den Mikroorganismen kommen. Ferner ist es bei der Durchführung des Belebtschlammverfahrens sehr schwierig, die Handhabung des Schlamms in der richtigen Weise zu#regeln. Ujit anderen Worten, wenn das Belebtschlammverfahren unter Erzielung eines hohen Wirkungsgrades durchgeführt werden soll, ist es erforderlich, die Rückführungsgeschwindigkeit des Belebtschlamms und dergleichen zu regeln, und zwar durch über wachen der Sedimentierungsfähigkeit des Schlamms, der mittleren Verweilzeit des Abwassers im Belüftungsbehälter, der Schlammkonzentration und dergleichen. In der Praxis benutzt man zur Regelung der Handhabung des Schlamms bestimmte Eigenschaften oder Indexwerte für die Konzentration der Feststoffe im Abwasser, den Schlammvolumenindex, den Schlammdichteindex, das Alter des Schlamms und dergleichen.
Jedoch lassen sich diese Eingenschaften oder Indexwerte nur selten auf zuverlässige Weise messen, und es ist nicht note wendigerweise leicht, eine optimale Rückführungsgeschwindigkeit des Belebtschlamms und dergleichen aus einer Kombination zahlreicher Eigenschaften und Indexzahlen zu ermitteln.
Bezüglich des Berieselungs- und Filtrierverfahrens ist zu bemerken, daß dieses Verfahren zwar den Vorteil bietet, daß seine Betriebskosten niedriger sind als diejenigen des Belebtschlammverfahrene, daß jedoch die Anwendung des Berieselungs- und Filtrierverfahrens viel Raum beansprucht, daß sich hohe Anlagekosten ergeben, und daß bei der Durchführung des Verfahrens eine Geruchsbelästigung entsteht, daß sich zahlreiche Insekten ansiedeln, und daß ein hoher Verlust an Wasserdruck eintritt.
Bezüglich des Verfahrens, bei dem mit untergetauchten Packungen gearbeitet wird, ist zu bemerken, daß die Biooxidation in der Weise durchgeführt wird, daß ständig Mikroorganismen an den Packungen haften, so daß eine Regelung der Schlammumwälzung, die der beim Belebtschlamm angewendeten Schlammumwälzung entspricht, sehr leicht durchführbar ist. Ferner ist bei der Durchführung des Verfahrens mit untergetauchten Packungen die Konzentration der suspendierten Feststoffe in dem dem Klärbehälter entnommenen geklärten Wasser sehr gering, so daß das geklärte Wasser unmittelbar abgeführt werden kann, ohne einer abschließenden Absetzbehandlung unterzogen zu werden; es ist unschwer möglich, geklärtes Wasser zu erhalten, bei dem die onzentration der Verunreinigungen niedrig ist, wenn man die Verweilzeit des Abwassers im Klärbehälter entsprechend wählt.
Zu den Bedingungen, die erfüllt sein müssen, wenn das Verfahren mit untergetauchten Packungen mit hohem Wirkungsgrad ablaufen soll, gehören insbesondere die folgenden: Erstens muß das zu klärende Wasser im Klärbehälter, insbesondere innerhalb-der Packungsschichten, gleichmäßig strömen, ohne daß tote Zonen vorhanden sind, was bedeutet, daß Abwasser, das in Berührung mit der Oberfläche der einzelnen Packungen kommt, ständig bei im wesentlichen der gleichen Geschwindigkeit in allen Schichten der Packungen erneuert wird, damit alle Packungen gleichmäßig zur Wirkung kommen. Zweitens muß in dem Abwasser, das durch die Packungsschichten strömt, eine ausreichende Turbulenz oder Verwirbelung vorhanden sein, damit #edingungen bestehen, die für die Fortpflanzung der Mikroorganismen günstig sind. Bezüglich des Strömens des Abwassers durch die Packungsschichten ist zu bemerken, daß das die einzelnen Packunegn umgebende Wasser nur in einem geringen Ausmaß bewegt wird; dies ist auf den Widerstand zurückzuführen, der dem Strömen des Abwassers durch die Oberfläche der Packungen und die Viskosität des Wassers entgegengesetzt wird; dieser Widerstand führt zum Entstehen einer sogenannten laminaren Unter- oder Grenzschicht, und die organischen Stoffe, die von den Mikroorganismen als Nährstoffe verwertet werden, diffundieren durch diese laminare Grenzschicht hindurch aus der äußeren Strömung nach innen zu den flockenähnlichen Mikroorganismen auf den Packungen, so daß die Mikroorganismen ernährt werden und sich in der gewünschten Weise vermehren. Wenn die Turbulenz oder Verwirbelung der Strömung nicht so stark ist, daß die Mikroorganismen von der Oberfläche der Packungen abgeschwemmt worde abgestreift werden, so daß sich die Dicke der laminaren Grenzschicht verringert, können die organischen Stoffe leicht zu den Mikroorganismen auf den Packungen gelangen, um die Mikroorganismen zu ernähren und ihre Fortpflanzung anzuregen. Daher ist es wichtig, in dem die Packungsschichten durchströmenden Wasser eine ausreichende Turbulenz oder Verwirbelung hervorzurufen. Drittens müssen bestimmte Bedingungen erfüllt sein, um die Existenz und Fortpflanzung verschiedener Arten von Mikroorganismen zu ermöglichen. Bekanntlich können Mikroorganismen einer bestimmten Art unter bestimmten Bedingungen existieren und sich fortpflanzen, und diese Mikroorganismen können jeweils einen bestimmten Stoff zersetzen. Wenn in verschiedenen Teilen der Packungsschicht unterschiedliche Bedingungen herrschen, können daher verschiedene Arten von Mikroorganismen existieren, die befähigt sind, verschiedene Arten von Verunreinigungsstoffen zu zersetzen. Viertens muß eine große Menge von Flocken aus Mikroorganismen je Raumeinheit der Fackungsschicht vorhanden sein, damit die Mikroorganismen in einer entsprechenden Anzahl auf die organischen Stoffe im Abwasser wirken können. Fünften muß die Berührungsfläche zwischen den Mikroorganismen und dem Abwasser groß sein, und sie soll sich bei der Vermehrung der Mikroorganismen vergrößern. Sechstens muß es möglich sein, einen geeigneten Packungszustand in einer Packungsschicht herzustellen, und zwar unter Berücksichtigung des Verunrei# nigungsgrades des zu klärenden Abwassers und des gewünschten Klärungagrades; hierbei ist es erforderlich, die Höhe oder die Länge der Packungsschicht in der Strömungsrichtung des Abwassers so zu wählen, daß die Verringerung des Gehalts an gelöstem Sauerstoff berücksichtigt wird, dessen Menge sich in der Strömungsrichtung des Abwassers verringert.
Bei den bis jetzt bekannten Verfahren, bei denen untergetauchte Packungen benutzt werden, sind diese Forderungen nur selten erfüllt, so daß sich beim Klären von Abwasser kein hoher Wirkungsgrad erzielen läßt. Bei Packungen, die aus klotzähnlichen Körpern bestehen, ist die menge des Packungsmaterials bzw. die Oberfläche, die sich je Raumeinheit einer Packungsschicht unterbringen läßt, so klein, daß man ein größeres Volumen der Packungsschicht benötigt, was zu einer Verringerung der Klärungswirkung, zu einem größeren Raumbedarf und einem höheren Kostenaufwand für die Anlage führt. Außerdem tritt bei diesen Packungen aus klotzähnlichen Körpern ein hoher Druckverlust auf. Wenn zweitens Packungen benutzt werden, die Raschigringen ähnelnde Körper enthalten, sind die einzelnen Körper regellos gelagert, d.h. sie erstrecken sich im rechten Winkel zur Strömungsrichtung des Abwassers oder diagonal oder parallel dazu, so daß die Packungsschicht nicht gleichmäßig durch~ strömt wird, was zu einer ungleichmäßigen Strömungsverteilung des Abwassers innerhalb der Packungsschicht führt; dies bedeutet, daß die vorstehend an erster Stelle genannte Forderung unerfüllt bleibt. Ferner sammelt sich leicht Schlamm in den Packungen an, die sich parallel zur Strömungsrichtung erstrecken, und es besteht die Gefahr, daß dieser Schlamm in Fäulnis übergeht. Weiterhin bewirken die Flocken aus Mikroorganismen, die an den Innenflächen der ringförmigen Packungskörper haften, eine Verkleinerung der Benihrungsfläche zwischen den Mikroorganismen und dem Abwasser während des Wachstums der Flocken. Wenn drittens Packungen in Form von Bambuszweigen verwendet werden, wird die Packungsschicht nicht gleichmäßig von dem Abwasser durchströmt, so daß die vorstehend an erster Stelle genannte Forderung unerfüllt bleibt, und außerdem sind die Lengen von Mikroorganismen, die auf der Oberfläche solcher Packung gen festgehalten werden können, sehr klein, so daß kein hoher Wirkungsgrad des Klärungsvorgangs zu erwarten ist.
Bei dem in neuerer Zeit entwickelten Bündel aus langen geraden Bohren ist es schwierig, dafür zu sorgen, daß an sämtlichen Einlässen der zahlreichen einzelnen Rohre ein gleichmäßiger Druck herrscht, so daß in der Praxis die Strömungsgeschwindigkeiten in den verschiedenen Bohren in einem erheblichen Ausmaß variieren, was dazu führt, daß die genannte erste Forderung teilweise unerfüllt bleibt. Ferner besteht ein schwerwiegender Nachteil dieser Packung oder Füllung darin, daß sich das Strömen des Abwassers bei jedem der langen geraden Rohre nach dem Gesetz von Poiseuille richtet, und zwar nur mit Ausnahme der den Einlässen und Auslässen der Rohre benachbarten Bereiche, was bedeutet, daß die Dicke der laminaren Grenzschicht einen solchen Wert annimmt, daß in der Strömung keine Turbulenz oder Verwirbelung hervorgerufen wird, wie es für die gewünschte Fortpflanzung der Mikroorganismen erwünscht ist.
Ferner sind bei einer Strömung, für die das Gesetz von Poiseuille gilt, nur wenige der Bedingungen für die Existenz der Mikroorganismen erfüllt, so daß sich nur wenige Arten von Mikroorganismen fortpflanzen können, und daß daher die vorstehend genannte dritte Forderung unerfüllt bleibt.
Ferner führt das Entstehen von Flocken aus Mikroorganismen, die an den Innenwänden der verschiedenen geraden Rohre haften, zu einer Verringerung der lichten Weite bzw. des Innendurchmessers des Rohrs, während das Wachstum der Flocken zunimmt, so daß sich die Berührungsfläche zwischen den Mikroorganismen und dem Abwasser verkleinert.
Vorstehend wurde der Stand der Technik bezüglich der bekannten Biooxidationsverfahren behandelt; auch bei der anaeroben Zersetzung ergeben sich jedoch ähnliche Probleme, die gelöst werden müssen, da die Zersetzung der organischen Stoffe im Abwasser dadurch herbeigeführt wird, daß die organischen Stoffe in Berührung mit den Ii:ikroorganisnen gebracht werden; daher ist es auch erforderlich, die Berührung zwischen den organischen Stoffen und den anaeroben Mikroorganismen zu verbessern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen zum Klären von Abwasser zu schaffen, bei denen die vorstehend genannten Schwierigkeiten vermieden sind, die sich bei den bekannten Vorrichtungen ergeben, die es ermöglichen, beim Klären von Abwasser einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, die wenig Raum beanspruchen und mit geringen Kosten herstellbar sind, und bei denen sich der Ablauf der Klärungsbehandlung des Abwassers leicht regeln läßt.
Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Er findung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen schematischen senkrechten Schnitt durch eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Klären von Abwasser; Fig. 2 einen vergrößerten senkrechten Schnitt durch einen der Klärbehälter der Vorrichtung nach Fig. 1; Fig. 3 einen waagerechten Schnitt längs der Linie 111-111 in Fig. 2; Fig. 4 einen senkrechten Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 2; Fig. 5 einen vergrößerten senkrechten Teilschnitt durch ein Bündel aus geraden Rohren und einen Rahmen, die Bestandteile des Klärbehälters nach Fig. 2 bilden; Fig. 6 eine vergröPerte perspektivische Darstellung eines Abstandhalters, wie er bei dem Klärbehälter nach Fig. 2 verwendet wird; Fig. 7 eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines Teils eines Bündelgliedes, das zu dem Rohrbündel nach Fig. 5 gehört; Fig. 8 einen senkrechten Teilschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Klärbehälters; Fig. 9 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer Einrichtung zum Entfernen von Schlamm; Fig. 10 einen waagerechten Schnitt durch eine weitere Ausführungsform- eines Klärbehälters; Fig. 11 einen senkrechten Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Klärbehälters; Fig. 12 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Breite von aus Fig. 5 ersichtlichen Abständen von Querkanälen, die jeweils zwischen zwei benachbarten Rohrteilen eines Xohrbündels in einem Klärbehälter vorhanden sind; Fig. 13 eine perspektivische Teildarstellung einer weiteren Ausführungsform eines Bündels aus geraden Rohren für eine Klärvorrichtung; Fig. 14 einen waagerechten Schnitt längs der Linie XIV-XIV in Fig. 13; und Fig. 15 eine graphische Darstellung der Verringerung des chemischen Sauerstoffbedarfs, die sich bei einen Vergleichsversuch ergab, bei dem einerseits eine Vorrichtung nach der Erfindung und andererseits eine Vorrichtung bekannter Art benutzt wurde.
In Fig. 1 bis 7 ist eine Ausführungsforn einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Klären von Abwasser dargestellt. Diese Vorrichtung ist so ausgebildet, daß sie beim Klären von Abwasser mit einer relativ geringen Leistung arbeitet. Gemäß Fig. 1 gehören zu der Vorrichtung drei Klärbehälter, und zwar ein erster Behälter 20, ein zweiter Behälter 21 und ein dritter Behälter 22, die hintereinandergeschaltet sind. In den Behältern befinden sich Bündel 23, 24 und 25, die sich jeweils aus mehreren geraden Rohren zu sammensetzen, und auf deren Aufbau im folgenden näher ein gegangen wird. Ferner sind in den Klärbehältern Luftzuft#hrungsdüsen 26, 27 und 28 angeordnet, die als Belüftungseinrichtungen zur Wirkung kommen, um das Wasser in den drei Behältern mit gelöstem Sauerstoff anzureichern, und die gleichzeitig das Wasser in den Behältern gemäß Fig. 1 in Richtung der Pfeile umwälzen. Gemäß Fig. 1 ist ein primärer Absetzbehälter 29 vorhanden, der es ermöglicht, den schwereren Schlamm von dem zu klärenden Abwasser oder dergleichen durch Absetzen oder Sedimentieren zu trennen. Aus dem Absetzbehälter 29 wird Wasser dem ersten Klärbehälter 20 mittels einer Pumpe über eine Rohrleitung 31' zugeführt. Der erste Klärbehälter 20 gibt dann Wasser an den zweiten Klärbehälter 21 ab, das an einer Trennwand 32 zwischen dem ersten und dem zweiten Behälter überläuft. Entsprechend gibt der zweite Klärbehälter 21 Wasser an den dritten Klärbehälter 22 ab, das über eine Trennwand 33 zwischen diesen beiden letzteren Behältern überläuft. Schließlich wird das geklärte Wasser aus dem dritten Klärbehälter 22 über eine Rohrleitung 34 abgezogen.
In dem ersten Klärbehälter 20, der aus Beton besteht, befindet sich ein Rahmen 35 aus Beton, der einen rechteckigen Querschnitt hat, so'daß gemäß Fig. 2 in dem Behälter 20 ein Umwälzkanal 36 und ein Abgabekanal 37 vorhanden sind, die sich längs Außenflächen des Rahmens 35 erstrecken. Der Rahmen wird von dem Behälter 20 aus durch Tragarme 38 abgestützt, die gegenüber dem Rahmen nach außen ragen und von an den Innenwänden des Behälters 20 ausgebildeten Schultern getragen werden. Das untere Ende des Rahmens 55 weist nach innen ragende Ansätze auf, die Tragschultern 40 bilden, welche einen rechteckigen Querschnitt haben. Gemäß Fig. 2 bis 4 ist das Rohrbündel 23 in dem Rahmen 35 so angeordnet, daß es sich an den Tragschultern 40 abstützt. Auf der Oberseite des Rohrbündels 23 ist eine Halteeinrichtung 41 angeordnet, die eine rechteckige Öffnung 41a hat und gemäß Fig. 2 durch Befestigungseinrichtungen 42 mit dem Rahmen verbunden ist.
Gemäß Fig. 5 setzt sich das Rohrbündel 23 aus zahlreichen geraden Rohren 43 zusammen, die parallel angeordnet, zu einem Bündel vereinigt und mit den benachbarten. Rohren jeweils durch gemeinsame Wände verbunden sind. Gemäß Fig. 5 ist das Rohrbündel 25 aus den geraden Rohren 43 in bestimmten Längsabständen mit Ausschnitten oder Querkanälen 44 versehen, deren Höhea aus Fig. 5 ersichtlich ist. Somit ist das Rohrbündel 23 in mehrere Bündelteile 45 unterteilt, die gemäß Fig. 5 hintereinandergeschaltet und durch die genannten Abstände getrennt sind. Zwischen je zwei benachbarten Bündelteilen 45 sind jeweils mehrere Abstandhalter 46 aus Kunstharz angeordnet, die gemäß Fig. 6 als allgemein zylindrische Netzwerke ausEebildet sind. Diejenigen Abstandhalter 46, die jeweils eine senkrechte Reihe bilden, können miteinander durch einen Draht oder dergleichen verbunden sein. Gemäß Fig. 7 hat jedes Rohr bzw. jeder Rohrabschnitt jedes Bündelteils 45 einen sechseckigen Querschnitt. Die Rohre 43 bestehen aus einem Material, das gegen hydraulische Zerzetzung, biochemische Zersetzung und Korrosion widerstandsfähig ist und sich seinerseits für die Tätigkeit der Mikroorganismen als unschädlich erweist. Als Beispiele für geeignete Kunstharze seien Polyäthylen, Polypropylen, Polyamide, Polyvinylchlorid und dergleichen genannt. Jedes der Rohre 43 hat eine Öffnung, deren Querschnitt z.B. etwa 0,5 bis 1,5 cm2 beträgt. Die Höhe jedes Bündelteils 45 liegt z.B. zwischen etwa 50 und 150 mm. Die Hche der verschiedenen Bündelteile 45 ist so klein, daß sich die die Rohre 43 passierende Strömung im wesentlichen nicht nach dem Gesetz von Poiseuille richtet; vielmehr wird die Strömung an den Ein- und Auslässen der verschiedenen Rohre gestört. Der Abstand zwischen benachbarten Bündelteilen 45 kann z.B. etwa 15 bis 50 mm betragen.
Die Luftzuführungsdüsen 26 sind gemäß Fig. 2 im unteren Teil des Umwälzkanals 36 angeordnet und gemäß Fig. 3 durch gleichmäßige Längsabstände getrennt. Alle Düsen 26 sind an eine gemeinsame Rohrleitung 47 zum Zuführen von Luft angeschlossen, und diese Rohrleitung ist mit einem nicht dargestellten Gebläse verbunden. Unter dem Rohrbündel 23 sind mehrere weitere Luftzuführungsdüsen 48 angeordnet, die an eine gemeinsame Zuführungsleitung 49 angeschlossen sind, welche mit einem ebenfalls nicht gezeigten zweiten Gebläse oder einem Verdichter verbunden ist. über die Düsen 48 wird Luft intermittierend zugeführt, so daß diese Luft das Rohrbündel 23 von unten nach oben durchstremt, d.h. entgegen der normalen Strömungsrichtung des Miassers, damit erforderlichenfalls Schlamm aus den Cffnungen der Rohre 43 entfernt wird.
Der Boden des ersten Klärbehälters 20 ist gemäß Fig. 2 in Richtung auf eine zentral angeordnete Rinne 50 geneigt, in der ein endloses Förderband angeordnet ist, das dazu dient, den Schlamm auszutragen, der sich im unteren Teil des Behälters 20 sammelt. Das Förderband 51 wird gemäß Fig. 4 von Rollen 52, 53 und 54 getragen und mit Hilfe der Rolle 54 intermittierend oder ständig in Richtung der rfeile in Fig. 4 angetrieben, so daß es den angesammelten Schlamm in eine neben dem Behälter 20 angeordnete Abgabekammer 55 überführt. Aus der Abgabekammer 55 kann der Schlamm intermittierend mit Hilfe einer Saugpumpe 56 abgezogen werden.
Gemäß Fig. 2 ist am unteren Ende des Rohrbündels 23 auf einer Seite des Umwälzkanals 36 ein Durchflußmesser 57 angeordnet, der zum Fühlen eines Verstopfens oder Zusetzens des Rohrbündels 23 dient, da er geeignet ist, die Strömungsgeschwindigkeit des aus dem Rohrbündel 23 austretenden Wassers festzustellen. Der Durchflußmesser 5 kann einen festen Kontakt und einen federbelasteten beweglichen Kontakt haben, welch letzterer durch den kinetischen Druck des Wassers betätigt werden kann; daher ist es mit Hilfe des Durchflußmessers möglich, auf elektrischem Wege ein Verstopfen oder Zusetzen des Rohrbündels 23 durch Öffnen bzw.
Schließen der Kontakte anzuzeigen. Gemäß Fig. 2 ist ferner eine Schaumbeseitigungseinrichtung vorhanden, die eine Bürstenwelle 58 aufweist, welche über dem Umwälzkanal 36 angeordnet ist. Die Bürstenwelle 58 kann unbewegbar oder drehbar sein.
Die übrigen Klärbehälter 21 und 22 sind von ähnlicher Konstruktion wie der Klärbehälter 20. Gemäß Fig. 1 sind Luftzuführungsdüsen, die auf ähnliche Weise zur Wirkung kommen, wie die beschriebenen Düsen 58 vorhanden; in dem zweiten Behälter 21 befinden sich Düsen -59, während in dem dritten Behälter 22 Düsen 60 angeordnet sind; ferner gehört ren zu den beiden Behältern 21 und 22 Förderbänder 61 und 62, die auf ähnliche Weise arbeiten wie das beschriebene Förderband 51.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 bis 7 arbeitet in der nachstehend beschriebenen Weise. Das zu klärende Abwasser wird über die Rohrleitung 31 dem ersten Klärbehälter 20 zugeführt. Aus dem ersten Behälter wird geklärtes Wasser durch überlaufen dem zweiten Klärbehälter 21 zugeführt, aus dem wiederum geklärtes Wasser durch überlaufen zu dem dritten Klärbehälter 22 gelangt.
Das dem ersten Klärbehälter 21 zugeführte Abwasser wird durch Zuführen von Luft über die Düsen26 in dem Behälter 20 umgewälzt, so daß es durch den Umwälzkanal 36 nach oben strömt und dann das Rohrbündel 23 von oben nach unten passiert. Gleichzeitig wird das Abwasser durch Zufu~L-ren von Luft über die Düsen 26 mit gelöstem Sauerstoff angereichert. tber die Düsen 26 wird Luft z.B. in einer Menge von 3 ltr/min zugeführt, und die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers in dem Rohrbündel 23 beträgt etwa 1 bis 4 cm/sec.
In dem Rohrbündel 33haften aerobe hrikroorganismen, die im Abwasser existieren können, an jedem der geraden Rohre 43, und diese Mikroorganismen können sich vermehren, da sie die organischen Stoffe im Abwasser aufnehmen, die sie als Nährstoffe verwerten. Somit entstehen Flocken aus Mikroorganismen auf der Oberfläche sämtlicher geraden Rohre 43.
Diese Flocken nehmen weitere organische Stoffe auf, während das Abwasser umgewälzt wird, so daß das Abwasser allmählich geklärt wird. Wie im folgenden näher erläutert, spielt sich die Vermehrung der Mikroorganismen in dem Rohrbündel 23 und in allen seinen Teilen in einem sehr großen Ausmaß ab, und die Flocken aus Mikroorganismen können leicht organische Stoffe aus dem Abwasser aufnehmen, so daß diese Stoffe sehr schnell und weitgehend aus dem Abwasser entfernt werden.
Der über dem Umwälzkanal 36 entstehende Schaum strömt gegen die Bürsten auf der Bürstenwelle 58, so daß Pler sich leicht beseitigen läßt. Ein solcher Schaum entsteht dann in einem erheblichen Ausmaß, wenn das zu klärende Abwasser eine gewisse Menge an Detergentien enthält. Die in Fig. 2 gezeigte Einrichtung 58 zum Beseitigen des Schaums ist von sehr einfacher Konstruktion. Der Schlamm, der sich auf dem Boden des Behälters 20 abgesetzt hat, bewegt sich längs des geneigten Bodens zu dem Förderband 51 in der Rinne 50 und wird dadurch, daß das Förderband intermittierend oder kontinuierlich angetrieben wird, in die Abgabekammer 55 nach Fig. 4 überführt. Aus der Abgabekammer wird der gesammelte Schlamm intermittierend mit Hilfe der Saugpumpe 56 abgezogen. Wenn der Durchflußmesser 57 meldet, daß das Rohrbündel 23 mit Schlamm zugesetzt oder verstopft ist, wird die Zufuhr von Luft über die Rohrleitung 47 zu den Düsen 26 unterbrochen, und statt dessen wird Luft über die Rohrleitung 49 den Düsen 48 zugeführt, so daß die Luft von unten nach oben durch das Rohrbündel 23 strömt, um den die Rohröffnungen verstopfenden Schlamm zu entfernen. In der Praxis tritt ein solches Verstopfen oder Zusetzen des Rohrbündels 23 jedoch nur selten ein.
Der zweite Klärbehälter 21 und der dritte Klärbehälter 22 arbeiten auf ähnliche Weise, Das von dem ersten Behälter 20 abgegebene, vorgeklärte Wasser wird im zweiten Behälter weiter geklärt und dann von dem zweiten Behälter an den dritten Behälter 22 abgegeben. Da bei einem Klärbehälter mit geringem Fassungsvermögen gewöhnlich nur Abwasser verarbeitet wird, das einen niedrigen Gehalt an Verunreinigungen aufweist, können die verschiedenen hintereinw andergeschalteten Klärbehälter gemäß Fig. 1 nacheinander kleinere Abmessungen erhalten.
Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsforn einer Umwälzeinrichtung, zu der mehrere Propeller 63 gehören, die das Abwasser in dem Behälter 20 zwangsläufig umwälzen. silan kann solche gesonderte Umwälzeinrichtungen vorsehen, wenn sich mit Hilfe der Belüftungseinrichtungen 26 nicht die gewünschte Umwälzgeschwindigkeit erzielen läßt. sirenn das Abwasser schon vorher in einem nicht dargestellten Belüftungsbehälter mit gelösten Sauerstoff angereichert worden ist, ist es bei der Anordnung nach Fig. 8 möglich, die Belüftungseinrichtungen 26 fortzulassen.
Fig. 9 zeigt eine Abstreifeinrichtung, die dazu dient, Schlamm von der Oberseite des obersten Bündelteils 45 zu entfernen, auf dem sich der Schlamm besonders leicht ansammelt. Zu dieser Einrichtung gehört ein Abstreifnetz 64, das mit einem drehbaren Bauteil 65 durch eine Stange 66 verbunden ist, welche an einem Ende des Netzes 64 befestigt ist, sowie durch einen Arm 67, der durch Gelenkbolzen 68 und 69 mit der Stange 66 und dem drehbaren Bauteil 65 verbunden ist. Das Bauteil 65 wird durch einen Lrotox 70 beliebiger Art angetrieben. Da der Gelenkbolzen 69 auf dem drehbaren Bauteil 55 exzentrisch angeordnet ist, wird das Abstreifnetz 64 auf dem Bündel teil 45 hin- und hergeschwenkt, sobald sich das Bauteil 65 dreht, so daß der Schlamm von der Oberseite des obersten Bündelteils 45 abgestreift wird.
Die Einrichtung nach Fig. 9 wird intermittierend betätigt; sie ist von besonders einfacher Konstruktion.
Fig. 10 zeigt eine Ausfiihrungsform eines Klärbehälters 71 zum Klären großer Abwassermengen. In dem Behälter 71 befinden sich mehrere Rohrbündel 72, von denen sich jedes aus mehreren nicht im einzelnen dargestellten, in Abständen verteilten Bündelteilen zusammensetzt. Die Rohrbündel 72 sind in dem Behälter 71 parallel zueinander so angeordnet, daß zwischen je zwei benachbarten Rohrbündeln ein Kanal 73 vorhanden ist. Zu dem Klärbehälter 71 gehören ein Einlaß 74 für zu klärendes Abwasser und ein Auslaß ?5 für das geklärte Wasser. An den Einlaß 74 schließt sich ein Kanal 76 für das Abwasser an, der auf der einen Seite der Reihe von Rohrbündeln 72 angeordnet ist, und auf der entgegengesetzten Seite der Reihe von Rohrbündeln ist ein weiterer Kanal 77 für das geklärte Wasser vorhanden. Der Kanal 76 steht mit jedem zweiten Kanal 73 zwischen benachbarten Rohrbündeln 72 in Verbindung, und zwar über einen Strömungsverteiler 78 in Form einer gelochten Platte. Die übrigen Kanäle 73 zwischen benachbarten Rohrbündeln 72 sind gegenüber dem Abwasserkanal 76 durch fest eingebaute Wände 79 abgeschlossen.
Der Kanal 77 für das geklärte Wasser steht jeweiIs mit denjenigen Kanälen 73 in Verbindung, welche gegenüber dem Abwasserkanal 76 abgeschlossen sind. Die übrigen Kanäle 73 zwischen benachbarten Rohrbündeln 72 sind gegenüber dem Kanal 77 für das geklärte Wasser durch fest eingebaute ganze 80 abgeschlossen.
Bei dem Klärbehälter 71 nach Fig. 10 strömt das Wasser in Richtung der Pfeile jeweils durch beliebige Rohrbündel 72, so daß das geklärte Wasser aus dem Behälter über den Auslaß 75 entweichen kann. Die Anordnung nach Fig. 10 ermöglicht es, eine Kläranlage für große Abwassermengen auf kleinem Raum unterzubringen. In der Praxis würde man mehrere Klärbehälter von ähnlicher Konstruktion hintereinanderschalten.
Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Klärbehälters 171 zum Klären großer Abwassermengen. während bei der Ausführungsform nach Fig. 10 die Rohrbündel 72 in einer waagerechten Ebene angeordnet sind, sind bei der Ausführungsform nach Fig. 11 die Rohrbündel 172 senkrecht übereinander angeordnet. Im übrigen entspricht die Anordnung nach Fig. 11 derjenigen nach Fig. 10; in Fig. 11 sind die Teile, die aus Fig. 10 ersichtlichen Teilen entsprechen, jeweils mit den gleichen, jedoch um 100 erhöhten Bezugs zahlen bezeichnet, so daß sich eine nähere Erläuterung erübrigen dürfte.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen lassen sich natürlich die verschiedensten Abänderungen und Weiterbildungen vorsehen. Beispielsweise könnte man den Durchflußmesser 57 nach Fig. 2 fortlassen und dafür sorgen, daß ein Verstopfen oder Zusetzen der Rohrbündel mit Hilfe des Unterschiedes zwischen den Wasserdrücken am Einlaß und am Auslaß des Klärbehälters angezeigt wird. Statt die beschriebenen Düsen 48 zu benutzen, um die Bündel aus geraden Rohren von dem sie verstopfenden Schlamm zu befreien, könnte man auch Abwasser von unten nach oben durch das Rohrbündel leiten, d.h. entgegen der normalen Strömungsrichtung; zu diesem Zweck könnte man eine Pumpe, Propeller oder dergleichen vorsehen. Weiterhin könnte man über dem Bündel aus geraden Rohren einen Strömungsverteiler in Form einer gelochten Platte anordnen, die dazu dient, das Abwasser gleichmäßig auf alle Teile des Rohrbündels zu verteilen.
Eine weitere Ausführungsform eines Rohrbündels wird im folgenden anhand von Fig. 13 und 14 beschrieben.
Im folgenden wird die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Vorrichtungen beim Klären bzw. Reinigen von Abwasser näher erläutert.
Wenn das zu klärende Abwasser durch ein sich aus zahlreichen geraden Rohren zusammensetzendes Rohrbündel der beschriebenen Art strömt, und wenn gemäß Fig. 5 das Rohrbündel in bestimmten Längsabständen durch Quer- oder über strömkanäle 44 unterbrochen ist, kommen diese Querkanäle als Strömungsverteiler zur Wirkung, welche die Strömung geraderichten, die dem nächsten Bündelteil 45 zugeführt wird, denn das Wasser, das aus einem vorgeschalteten Bündelteil 45 ausgetreten ist, wird gleichmäßig über den ganzen Querschnitt des nächsten Bündelteils verteilt, so daß über den ganzen Querschnitt des aus geraden Rohren bestehenden Bündels eine annähernd gleichmäßige Strömungsverteilung erzielt wird.
Dies bedeutet, daß das Abwasser, das mit der Innenfläche jedes Rohrs 43 eines Bündelteils 45 in Berührung kommt, ständig annähernd gleichmäßig in allen Teilen des Rohrbündels erneuert wird. Somit können alle Flocken aus Mikroorganismen auf der Innenfläche der Rohre 43 stets gleichmäßig und ungehindert auf das Abwasser bzw. die darin enthaltenen organischen Stoffe wirken. Selbst wenn sich einige Rohre 43 eines Bündelteils 45 mit Schlamm zugesetzt haben, wird das Abwasser dem nächsten Bündel teil 45 erneut gleichmäßig zugeführt, da an dieser Stelle zwischen den benachbarten Eündelteilen ein überströmkanal 44 vorhanden ist, so daß sich praktisch keine toten Zonen ausbilden können, Infolgedessen kann man das Verhältnis zwischen dem Querschnitt des Bündels aus geraden Rohren und dem Querschnitt des nicht von dem Bündel eingenommenen Raums, d.h. des Umwälzkanals, vergrößeren, ohne daß die Gleichmäßigkeit der Strömungsver teilung beeinträchtigt wird, so daß es möglich ist, in einem Klärbehälter von gegebenen Abmessungen ein großes Rohrbündel unterzubringen, um so die Klärleistung zu steigern.
Bezüglich der gewünschten Turbulenz oder Verwirbelung des strömenden Abwassers ist zu bemerken, daß die Länge oder Höhe jedes Bündelteils-45 so gewählt ist, daß sich die Strömung in den verschiedenen Rohren 43 nicht nach dem Gesetz von Poiseuille richtet, denn die Strömung wird jedesmal beim Eintreten in ein Rohr 43 und beim Verlassen des Rohrs gestört. Mit anderen Worten, beim Eintreten von Wasser in ein Rohr 43 entsteht in dem Rohr eine Zone, in der die Strömung gestört ist, und beim Austreten des Wassers aus dem Rohr entsteht eine weitere Störungszone in dem Rohr; die Länge Jedes Rohrs ist gemäß der Erfindung so gewählt, daß sich die beiden genannten Arten von Zonen gestörter Strömung nahezu vollständig im Inneren des betreffenden Rohrs 43 ausbilden.
Infolgedessen wird eine ausreichende Turbulenz oder Verwirbelung des Abwassers erreicht, wenn das Wasser die Bündelteile 45 durchströmt, so daß die Dicke der laminaren Unter oder Grenzschicht an der Innenfläche jedes Rohrs 43 auf einem sehr kleinen Wert gehalten wird. Daher können die organischen Stoffe in dem Abwasser leicht zu den Flocken aus Mikroorganismen gelangen, die an der Innenfläche der Rohre haften, so daß die Mikroorganismen die organischen Stoffe leicht als Nährstoffe aufnehmen können, wodurch ein kräftiges Wachstum bzw. eine Vermehrung der Mikroorganismen gefördert wird. Ferner kann man die Turbulenz oder Verwirbelung des Abwasserstroms durch entsprechende Wahl der Durchsatzgeschwindigkeit des Abwassers auf ein so geringes Maß einstellen, daß ein Abspülen oder Abstreifen der rXiikroorganismen von der Innenfläche der Rohre 43 vermieden wird.
Mit anderen Worten, bei der Vorrichtung nach der Erfindung wird eine Strömung, die einer sogenannten turbulenten Strömung ähnelt, nicht dadurch erzielt, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Abwassers gesteigert wird, sondern durch eine entsprechende geometrische Gestaltung der Strömungswege derart, daß ein Fortspülen der Flocken aus Mikroorganismen vermieden wird.
Drittens ist die Verwirbelung oder Turbulenz der Strömung innerhalb eines kurzen Rohrs 43 nicht über die ganze Länge gleichmäßig, da die Bewegungen innerhalb der Strömung einerseits durch das Einstromen und andererseits durch das Ausströmen von Wasser herbeigeführt werden, und da die Störung der Strömung an den Endabschnitten des Innenraums jedes Rohrs stärker ist als im mittleren Teil des Innenraums. Gerade diese Ungleichmäß gkeit der Turbulenz oder Verwirbelung der Strömung in den Rohren 43 ermöglicht die Existenz verschiedener Arten von Mikroorganismen, so daß es mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich ist, verschiedene Arten von Verunreinigungsstoffen durch verschiedene Arten von Mikroorganismen beseitigen zu lassen.
Viertens ist bezüglich der Länge der Flocken aus X,rikroorganismen und der Größe der Berührungsfläche zwischen den Flocken und dem Abwasser festzustellen, daß die erwähnte starke Fortpflanzung der Mikroorganismen, die auf die beschriebene Turbulenz und die gleichmäßige Verteilung des Abwassers über den ganzen Querschnitt des~ohrbündels 23 zurückzuführen ist, zu einer sehr starken Vermehrung der Mikroorganismen in allen Teilen des Rohrbündels führen, und daß daher in dem aus geraden Rohren bestehenden Bündel sehr große Mengen von Mikroorganismen zur Verfügung stehen.
Die Flocken aus Mikroorganismen haften in stärkerem Maße an den Enden der einzelnen Rohre 43 als an den mittleren Teilen der Rohre. Die an den Enden der Rohre haftenden Flocken kommen an einer großen Fläche in Berührung mit dem Abwasser, da diese Flocken gegenüber den Rohren nach oben und unten ragen, so daß sie auch in Berührung mit dem Abwasser kommen, das sich in den tberströmkanälen 44 befindet. Zwar führen die Flocken auf der Innenfläche der Rohre zu einer Verkleinerung der Berührungsfläche, doch wird die Berührung zwischen den Flocken und dem Abwasser durch die beschriebene Turbulenz der Strömung verbessert. Somit kommen bei der Vorrichtung nach der Erfindung große Itlengen von Mikroorganismen in Form von Flocken zur Wirkung, so daß das Abwasser sehr weitgehend von den organischen Stoffen befreit wird.
Schließlich ist es gemäß der Erfindung unschwer möglich, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der die Einhaltung der erforderlichen Bedingungen zur Erzielung des gewünschten Ablaufs des Klärvorgangs gewährleistet ist. Um die gewünschten Bedingungen zu erhalten, kann man die Größe des Querschnitts jedes Rohrs 43 des Bündels 23 wählen, ferner die Länge bzw. Höhe Jedes Bündelteils 45, die Höhe Jedes tberströmkanals 44 und dergleichen, wobei es außerdem möglich ist, die zunehmende Verringerung des Gehalts des Abwassers an gelöstem Sauerstoff in der Strömungsrichtung zu berücksichtigen. Zur Verdeutlichung der Wahl der richtigen Bedingungen ist in Big. 12 die Beziehung zwischen den Abständen benachbarter Bündel teile 45 bzw. der Höhe der tberströmkanäle 44 und der Konzentration des biochemischen Sauerstoffbedarfs graphisch dargestellt. Die Kurven I, II und III gelten für Versuche, die unter Benutzung von drei verschiedenen Versuchsanlagen durchgeführt wurden, und bei denen die Höhe der tberströmkanäle 44 variiert wurde. Aus Fig, 12 ist ersichtlich, daß sich für Jede Versuchsanlage ein optimaler Abstand zwischen benachbarten Bündelteilen 45 ergibt.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäßen Vorrichtungen zum Klären von Abwasser alle sechs vorstehend genannten Forderungen erfüllen, die für Verfahren gelten, bei denen mit versenkten Packungen oder Füllungen gearbeitet wird. Außerdem bietet die Erfindung noch die schon vorhandenen Vorteile der genannten Verfahren und Vorrichtungen bekannter Art. Mit anderen Worten es ist bei den Vorrichtungen nach der Erfindung nicht erforderlich, die Handhabung des Schlamms auf komplizierte Weise zu regeln, wie es beim Belebtschlammverfahren notwendig ist, bei dem die Geschwindigkeit der Schlammrückführung dadurch ermittelt werden muß, daß man den Klärungszustand des Abwassers überwacht, so daß jeweils die richtige Schlammenge im richtigen Zeitpunkt aus dem letzten Absetzbehälter in den Belüftungsbehälter zurückgeleitet wird. Ferner enthält Abwasser# das mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Vorrichtung geklärt worden ist, nur eine so geringe enge an suspendierten Feststoffen, daß es aus der Xläranlage ún-' mittelbar abgeführt werden kann, ohne vorher einer letzten Absetzbehandlung unterzogen zu werden. Schließlich kann man die Verweilzeit des zu klärenden Wassers in dem Klärbehälter so wählen, daß in dem geklärten Wasser Verunreini#;ungsstoffe nur noch in einer sehr geringen Konzentration vorhanden sind. Natürlich entsteht beim Betrieb von Vorrichtungen nach der Erfindung keine Geruchsbelästigung, und auch die Ansiedelung unerwünschter Insekten wird vermieden, Mit Versuchsanlagen durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß dann, wenn Abwasser unter aeroben Bedingungen geklärt wird, verschiedene Arten von Mikroorganismen'existieren können, und zwar Schizomycetes wie Zooglea sp., Ciliates wie Volticella sp., Litonotus sp., Stenter sp. und Stylonychia sp., Flagellata wie Monas sp., Rhizopoda wie Euglypha sp., Arcella sp., Leptochlamys sp., Difllugia sp., Rotiferen wie Trichocerca sp. und Oolurella sp., Bacillariophyceae wie Melosira sp. und Nitzschia sp., Nematoden, Oligochaeta und Copepoda.
Um die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtungen weiter zu veranschaulichen, sind die Ergebnisse weiterer Versuche nachstehend beschrieben.
Versuch 1 Es wurde Abwasser aus der Abwasserkläranlage von Takamatsu (Japan) behandelt. Es wurde eine Versuchsanlage errichtet, die dem ersten Klärbehälter 20 nach Fig. 1 bis 4 entsprach. Die Höhe des Bündels 23 aus Rohren aus Polyäthylen betrug etwa 1000 mm, und Jedes Rohr 43 des Bündels hatte einen sechseckigen Querschnitt von etwa 0,7 cm². Zu dem Bündel 23 gehörten mehrere Bündelteile 45, von denen Jedes eine Länge bzw. Höhe von etwa 150 mm hatte. Der senkrechte Abstand zwischen je zwei benachbarten Bündelteilen 45, d.h. die Höhe jedes tberströmkanals 44, betrug etwa 20 mm.
Um einen Vergleich mit dem Verfahren zu ermöglichen, bei dem mit einem untergetauchten Rohrbündel bekannter Art aus geraden Rohren benutzt wurde, wurde ein Bündel aus geraden Rohren, das bezüglich seiner Form und Größe dem erfindungsgemäßen Rohrbündel 23 ähnelte, jedoch nicht mit tber3trömkanälen 44 versehen war, in einem zweiten Klärbehälter angeordnet, der bezüglich seiner Form und Größe dem Elärbehälter der Versuchsanlage ähnelte.
Durch die Klärvorrichtungen wurde Abwasser in einer Menge von etwa 14 lt-r/h geleitet. Belüftungsluft wurde in einer Menge von etwa 2,8 ltr/min zugeführt. Die Temperatur des Abwassers wurde zwischen 120 und 150 C gehalten. Die Versuchsdauer betrug acht Tage. Von dem geklärten Wasser aus jedem Klärbehälter wurden in bestimmten Zeitabständen Proben entnommen, und der biologische Sauerstoffbedarf und der chemische Sauerstoffbedarf wurde mit Hilfe der Standardverfahren der japanischen Abwassergesellschaft gemessen. In jedem Fall wurde der Il.rittelgjert aus mehreren gemessenen Werten bestimmt. Die Ergebnisse dieses Versuches sind in der folgenden Tabelle I zusammengestellt.
Tabelle I Probe Abwasser Geklärtes Was- Geklärtes Was-(Kanalisation) ser aus Klär- ser aus ;lärbehälter 1 * behälter 2 ** Biologischer Sauerstoff- 35 14,8 22,8 bedarf, ppm Chemischer Sauerstoff- 45 21,3 24,5 bedarf, ppm * In dem Klärbehälter 1 befand sich ein erfindungsgemäßes Rohrbündel mit Quer- oder überströmkanälen.
** In dem Klärbehälter 2 befand sich ein Rohrbündel bekannter Art, das keine quer oder überströmkanäle aufwies.
Aus der Tabelle I ist ersichtlich, daß die Wirksamkein der erfindungsgemäßen Vorrichtung bezüglich des Entfernens organischer Stoffe größer ist als bei der bekannten Vorrichtung mit einem Bündel aus zahlreichen langen geraden Rohren, bei dem keine überströmkanäle vorhanden sind.
Versuch II Unter Benutzung der beiden Bauarten von Klärbehältern entsprechend dem Versuch I wurde die Verringerung der Anzahl der coliformen Organismen bzw. der coliformen Gruppe von Bakterien untersucht. Hierbei wurde Abwasser in einer Menge von etwa 8,0 ltr/h durch die Klärbehälter geleitet, und Lelüftungsluft wurde in einer Renge von etwa 3,0 ltr/min zugeführt. Die Temperatur des Abwassers wurde auf etwa 130 C gehalten. Die Anzahl der coliformen Organismen je taumeinheit des Wassers wurde mit Hilfe des Defoxycholat-Kulturverfahrens ermittelt. Die ergebnisse dieser Versuche sind in der folgenden Tabelle II zusammengestellt.
Probe Abwasser Geklärtes Was- Geklärtes Was-(Kanalisation) ser aus Klär- ser aus Klärbehälter 1 * behälter 2 ** Mittlere Anzahl coliformer Organis- 4300 257 401 nen Je ml Wasser * Siehe Fußnote der Tabelle I Aus der Tabelle II ist ersichtlich, daß die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bezüglich des Entfernens der coliformen Organismen größer ist als bei der bekannten Vorrichtung mit einem Bündel aus zahlreichen langen geraden Rohren, das keine überströmkanäle aufweist.
Versuch III Unter Benutzung der beiden Klärbehälter entsprechend dem Versuch I wurde die Verringerung der suspendierten Feststoffe untersucht. Abwasser wurde in einer Menge von etwa 8,0 ltr/h durch die Klärbehälter geleitet, und es wurde Belüftungsluft in einer Menge von etwa 3,0 ltr/min zugeführt. Die Temperatur des Abwassers betrug etwa 130 G.
Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der folgenden Tabelle III zusammengestellt.
Tabelle III Probe Abwasser Geklärtes TUas- Geklärtes Was-(Kanalisation) ser aus Klär- ser aus Klärbehälter 1 * behälter 2 ** Suspendierte Feststoffe, 36,8 8,0 23,8 ppm * Siehe Fußnote in Tabelle 1 Die Tabelle III läßt erkennen, daß das mit Hilfe der -erfindungsgenäßen Vorrichtung durchführbare Verfahren bezüglich des Entfernens suspendierter Feststoffe wirksamer ist als das bekannte Verfahren, bei dem als untergetauchte Packung ein Bündel aus mehreren langen geraden Rohren verwendet wird.
Fig. 13 und 14 zeigen eine weitere Ausführungsforn eines Bündels 123 aus geraden Rohren 143, das sich von dem beschriebenen Bündel 23 dadurch unterscheidet, daß zwischen Je zwei benachbarten Rohren in den betreffenden Wänden Überströmöffnungen 144 ausgebildet sind, die in Richtung der Längsachsen der Rohre in Abständen verteilt sind. Diese überströmöffnungen oder #urchlässe 144 werden möglichst groß ausgebildet. Auch bei dieser Anordnung ergeben sich die vorstehend beschriebenen Vorteile des Rohrbündels 23, da die bberströmöffnungen 144 hydrodymamisch auf ähnliche seise zur Wirkung kommen wie die überströmkanäle 44 nach Fig. 5.
Versuch IV Bei einem Vergleichsversuch wurden ein rohrbündel nach Fig. 13 und 14 sowie ein Rohrbündel mit langen geraden Rohren der bis jetzt üblichen Art benutzt. Beide Rohrbündel waren aus Polyäthylen hergestellt. Die Bündel hatten eine senkrechte Länge oder Höhe von etwa 600 mm und einen quer schnitt von 320 cm2, und zu Jedem Bündel gehörten 240 Rohre. Das erste Bündel war in Längsabständen von 50 Millimeter über seine ganze Länge mit querliegenden überströmöffnungen versehen, die einen Durchmesser von etwa 5 mm hatten und ähnlich angeordnet waren, wie es in Fig. 13 und 14 bezüglich des Bündels 123 dargestellt ist. Jedes Bündel wurde in einem Klärbehälter angeordnet, der mit einer Belüftungseinrichtung versehen war, die gleichzeitig zum Umwälzen der Wasserfüllung diente. Die Verringerung des cnemischen Sauerstoffbe(1arfs einer wäßrigen Lösung aus I«lilch-oder Magermilchpulver, die eine Konzentration von 174 mg/ltr hatte, wurde dadurch gemessen, daß die Lösung in den beiden Klärbehältern chargenweise umgewälzt wurde. Die eperatur der Lösung wurde auf 250 C gehalten, und die Geschwindigkeit, mit der die Bündel durchströmt wurden, lag im Bereich von 10 bis 40 mm/sec. Die Ergebnisse der Messungen sind in Fig. 15 dargestellt, wo die Kurve A die Beziehung zwischen der Zeit T und dem chemischen Sauerstoffbedarf bei dem Klärbehälter mit dem erfindungsgemäßen Rohrbündel und die Kurve B die Beziehung zwischen der Zeit T und dem chemischen Sauerstoffbedarf in dem Klärbehälter mit dem Rohrbündel bekannter Art darstellt. Aus Fig. 15 ist ersichtlich, daß durch die erfindungsgemäße Vorrichtung organische Stoffe in Abwasser schneller zersetzt werden als durch die auf bekannte Weise ausgebildete Vorrichtung.
B1le in den Unterlagen offenbarten Angaben und Lerkmale, insbesondere die offenbarte räumliche Ausgestaltung, werden, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind, als erfindungswesentlich beansprucht.
Patentansprüche:

Claims

PATENTANSPRÜCHE Vorrichtung zum Klären von Abwasser, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß mindestens ein Elärbehälter (20, 21, 22; 71; 171) mit einem Einlaß (31; 74; 174;) für Abwasser und einem auslaß (34; 75; 175) für geklärtes Viasser vorhanden ist, daß in dem bzw. jedem Klärbehälter mindestens ein Bündel (23, 24, 25; 72; 172; 123) aus geraden Rohren (43; 143) so angeordnet ist, daß das Bündel im zu klärenden Abwasser in dem betreffenden Behälter untergetaucht ist, daß das bez. jedes Bündel von Rohren mit mehreren tberströmkanälen (44) bzw. überströmöffnungen (144) versehen ist, die sich quer zur Längsachse des betreffenden Bundes erstrecken und in Abständen über die Längsachse des Bündels verteilt sind, daß die Längsabstände zwischen benachbarten Überströmkanälen bzw. überströmöffnungen so gewählt sind, daß sich die strömung in Jedem einzelnen Rohr im wesentlichen nicht nach dem Gesetz von Poiseuille richtet, und daß Einrichtungen (26, 27, 28; 63) vorhanden sind, die dazu dienen, das Abwasser in Richtung der Längsachse des bzw? Jedes Bündels durch das bzw. jedes Bündel zu leiten.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Überströmkanäle (U+) dadurch geschaffen sind, daß aus dem bzw. jedem Rohrbündel an in Richtung ihrer Längsachse verteilten Punkten Teile herausgeschnitten sind, so daß sich Jedes Rohrbündel aus mehreren durch Längsabstände getrennten Bündelteilen (45) zusaininensetzt (Fig. 5).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Uberströmöffnungen durch Öffnungen (144) gebildet sind, die sich quer zur Längsachse des Rohrbündels (123) durch die Wände der das Bündel bildenden Rohre (143) erstrecken und in Richtung der Längsachse des Bündels in Abständen verteilt sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einrichtung zum Hindurchleiten von Abwasser durch das bzw. Jedes Rohrbündel so ausgebildet ist, daß sie das Abwasser in dem bzw.

jedem Klärbehälter zwangsläufig wiederholt durch das bzw Jedes Bündel aus geraden Rohren hindurch umwälzt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Einrichtungen (26, 27, 28) zum Umwälzen des Abwassers so ausgebildet sind, daß sie es ermöglichen, Luft in das Abwasser so einzuleiten, daß das Abwasser umgewälzt wird, und daß gleichzeitig das Abwasser mit gelöstem Sauerstoff angereichert wird.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in dem bzw. jedem Klärbehälter eine Belüftungseinrichtung angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in dem bzw. Jedem Klärbehälter eine Einrichtung (57) angeordnet ist, die es ermöglicht, das Verstopfen oder Zusetzen des aus geraden Rohren bestehenden Bündels zu fühlen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß Einrichtungen (48 59, 60) zum Regenerieren des bzw. jedes Bündels aus geraden Rohren vorhanden sind, die sich intermittierend betätigen lassen, um ein unter Druck stehendes Flud so durch das bzw. jedes Rohrbündel zu leiten, daß Schlamm aus dem Inneren der Rohre entfernt wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch' g e -k e n n z e i c h n e t , daß eine Einrichtung zum Abstreifen von Schlamm von der Oberseite des bzw. Jedes Bündels aus geraden Rohren vorhanden ist, und daß zu dieser inrichtur.g ein Netz (64) gehört, das intermittierend hin- und herbewegbar ist, so daß es sich auf der Oberseite des Bündels aus geraden Rohren und gegenüber dieser Oberseite bewegt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß über dem #asserspiegel in dem bzw. Jedem Klärbehälter eine Einrichtung mit einer Bürste (58) zum Beseitigen von Schaum angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Boden des bzw. jedes Klärbehälters in Richtung auf eine zentrale sinne (50) zum Abführen von Schlamm geneigt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß in der bzw. jeder Rinne (50) ein Förderband (51, 61, £2) zum Austragen von Schlamm angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch g e k e n n z è 1 c h n e t , daß mehrere Bündel (72; 172) aus geraden Rohren parallel zueinander in dem Klärbehälter (71; 171) in Form einer Reihe so angeordnet sind, daß zwischen benachbarten Bündeln jeweils ein Kanal (73; 173) vorhanden ist, daß auf einer Seite der Reihe von Bündeln ein Kanal (76; 176) zum Zuführen von Abwasser vorhanden ist, der in Verbindung mit dem zugehörigen Einlaß (74; 174) steht, daß auf der anderen Seite der Reihe von Bündeln ein Kanal für geklärtes Wasser (77; 1??) vorhanden ist, daß der Kanal zum Zuführen von Abwasser in Verbnndung mit jedem zweiten der Kanäle zwischen benachbarten Bündeln steht und gegenüber den übrigen Kanälen zwischen benachbarten Bündeln abgeschlossen ist, und daß der Kanal zum Aufnehmen des geklärten Wassers in Verbindung mit jedem zweiten Kanal zwischen benachbarten Bündeln steht, bei denen es sich um diejenigen Kanäle handelt, welche gegenüber dem Kanal zum Zuführen von Abwasser abgeschlossen sind, und daß der Kanal für das geklärte Wasser gegenüber den übrigen Kanälen zwischen benachbarten Bündeln abgeschlossen ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch g e k e-n n z e i c h n e t , daß mehrere hintereinandergeschaltete Klärbehälter (20, 21, 22; 71; 171) von ähnlicher Konstruktion vorhanden sind.