DE2420745C3 - Vorrichtung zum Klären von Abwasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Klären von Abwasser, die mindestens einen Klärbehälter umfaßt mit einem Einlaß für Abv/asser und einem Auslaß für geklärtes Wasser, mindestens einem als Bewuchsträger für biologischen Rasen dienenden Rohrbündel, das aus einer Anzahl von geraden Rohren zusammengesetzt ist, die parallel angeordnet und mit den benachbarten Rohren jeweils durch gemeinsame Wände verbunden sind und die so in dem Behälter angeordnet sind, daß das Rohrbündel im zu klärenden Abwasser in dem betreffenden Behälter untergetaucht ist, und Einrichtungen, die dazu dienen, das Abwasser in Richtung der Längsachse des Rohrbündels zu leiten.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (US-PS 21 88 162) werden Bündel aus langen geraden Rohren verwendet, bei denen es aber schwierig ist, dafür zu sorgen, daß an sämtlichen Einlassen der Rohre ein gleichmäßiger Druck herrscht. Infolgedessen sind die Strömungsgeschwindigkeiten in den Rohren sehr unterschiedlich. Die Oberflächen der Rohre kommen dabei nicht hinreichend gleichmäßig zur Wirkung, auch können sich tote Zonen ausbilden. Eir weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung besteht darin, daß die laminare Grenzschicht so dick wird, daß in der Strömung keine Wirbelbildung eintritt, wie es für die Fortpflanzung der Mikroorganismen erwünscht ist. In der laminaren Strömung können sich außerdem nur wenige Arten von Mikroorganismen fortpflanzen, so daß verschiedene Arten von Verunreinigungsstoffen nicht zersetzt werden. Schließlich führt das Entstehen von Flocken aus Mikroorganismen, die an den Innenwänden der geraden Rohre haften, zu einer Verringerung der lichten Weite des Rohrs, während das Wachstum der Flocken zunimmt, so daß sich die Berührungsfläche zwischen den Mikroorganismen und dem Abwasser verkleinert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile der bekannten Vorrichtungen zu vermeiden und eine gleichmäßige Strömungsverteilung über den Gesamtquerschnitt des Rohrbündels zu erreichen und zugleich die Wirbelbildung innerhalb der Strömungen durch die einzelnen Rohre zu begünstigen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist naich der Erfindung vorgesehen, daß das Rohrbündel mehrere sich quer zur Längsrichtung des Rohrbündels erstreckende Überströmkanäle aufweist, die in Abständen über die Längsachse des Rohrbündels so verteilt sind, daß jedes der Rohrbündel in mehrere Bündelteile aus Rohrlängsabschnitten von solcher Länge unterteilt ist, daß sich in den Rohren im wesentlichen keine laminare Strömung

-bildet, vielmehr im wesentlichen in jedem Rohrlängs-"h hnitt der durch das Einströmen von Wasser !^inete Turbulenzabschnitt zu dem durch das Ausströ-

des Wassers bedingten Turbulenzabschnitt reicht ^m Durch die Unterteilung der Rohrbündel in einzelne

hre der angegebenen Länge wird erreicht, daß sich H' am Eintritt und am Austritt der Rohre ausbildende Wirbelzone über die ganze Länge des jeweiligen RohrabschrJ'is erstreckt eine laminare Strömung also

mieden wird. Der Eintrittswiderstand am Anfang •"des Rohrabschnitts ergibt ferner, daß sich die Strömung auf alle Rohre etwa gleichmäßig verteilt, tote 7 nen also nicht mehr auftreten. Schließlich sind eünstige Wachstumsbedingungen für eine ausreichende Anzahl von Arten von Mikroorganismen geschaffen, so d 3 die Anzahl der Verunreinigungsarten, die zersetzt werden, erhöht wird.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte, sich nicht selbst ergebende Ausbildungsformen der im Hauptanspruch gekennzeichneten Vorrichtung angege- 2c

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Figl 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 F i g. 1.

Fig.3 einen waagerechten Schnitt längs der Linie IH-IIIin Fig. 2,

Fig.4 einen senkrechten Schnitt längs der Linie

IV-IV in Fig. 2, -τ- , ,

Fig 5 einen vergrößerten senkrechten Teilschniu durch ein Bündel aus geraden Rohren und einen Rahmen, die Bestandteile des Klärbehälters nach F i g. 2

bilden, . .

Fig.6 eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines Abstandhalters, wie er bei dem Klärbehälter nach Fi e 2 verwendet wird,

Fig.7 eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines Teils eines Bündelgliedes, das zu dem Rohrbündel nach F ig. 5 gehört, .

Fig.8 einen senkrechten Teilschnitt durch eine ₄< weitere Ausführungsform eines Klärbehälters.

F i g. 9 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer Einrichtung zum Entfernen von

Schlamm, . .

Fig. 10 einen waagerechten Schnitt durch eine ^q weitere Ausführungsform eines Klärbehälters,

F1 g. Π einen senkrechten Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Klärbehälters,

Fig. 12 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Breite von aus Fig. 5 ersichtlichen ν Abständen von Querkanälen, die jeweils zwischen zwei benachbarten Rohrteilen eines Rohrbündels 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-XIVin Fig. 13und

Fig 15 eine graphische Darstellung der Verringerung des chemischen Sauerstoffbedarfs, die sich bei < einem Vergleichsversuch ergab, bei dem einerseits eine Vorrichtung nach der Erfindung und andererseits eine ■irhtuns bekannter Art benutzt wurde.

In Fig. 1 bis 7 ist eine Ausführungsform 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 F i g. 1 gehören zu der Vorrichtung drei Klärbehälter, und zwar ein erster Behälter 20, ein zweiter Bebälter 2t 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 zusammensetzen, und auf deren Aufbau im folgenden näher eingegangen wird. Ferner sind in den Klärbehältern Luftzuführungsdüsen 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 F i g. 1 in Richtung der Pfeile umwälzen. Gemäß F i g. 1 ist ein primärer Absetzbehälter 29 vorhanden, der es ermöglicht, den schwereren Schlamm von dem zu klärenden Abwasser od. dgl. durch Absetzen oder Sedimenüeren zu trennen. Aus dem Absetzbehälter 29 wird Wasser dem ersten Klärbehälter 20 mittels e.ner Pumpe 30 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 e,ne 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 LJmwälzkanal 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 abgestützt, die gegenüber dem Rahmen nach außen ragen und von an den Innenwänden des Behälters ausgebildeten Schultern 39 getragen werden. Das untere linde des Rahmens 35 weist nach innen ragende Ansalze auf, die Tragschultern 40 bilden, welche einen rechteckigen Querschnitt haben. Gemäß F 1 g. 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 Halleinrichtung 41 angeordnet die eine rechteckige öffnung 41 a hat und gemäß F 1 g. 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 der, _; benachbarten Rohren jeweils durch gemeinsame Wände verbunden sind. Gemäß F1 g. 5 ist das Rohrbündel 23 aus den geraden Rohren 43 in bestimmten Längsabständen mit Ausschnitten oder Querkanälen 44 versehen, deren Hohe λ aus M g. ersichtlich ist. Somit ist das Rohrbündel 23 in mehrere Bündelteile 45 unterteilt, die gemäß F 1 g. 5 hintereinandergeschaltet und durch die genannten Abstände getrennt sind. Zwischen je zwei benachbarten Bundelteilen 45 sind jeweils mehrere Abstandhalter 46 aus „ Kunstharz angeordnet, die gemäß Fig. 6 a's allgemein zylindrische Net/werke ausgebildet sind. Diejenigen Abstandhalter 46. die jeweils eine senkrechte Reihe bilden können miteinander durch einen Draht od. dgl.

verbunden sein. Gemäß F i g. 7 hat jedes Rohr bzw. jeder Rohrabschnitt jedes Bündelteils 45 einen sechsekkigen Querschnitt. Die Rohre 43 bestehen aus einem Material, das gegen hydraulische Zersetzung, 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 u. dgl. 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 Höhe der verschiedenen Bündelteile 45 ist so klein, daß sich die die Rohre 43 passierende Strömung im wesentlichen nicht nach dem Gesetz von P ο i s e u i 11 e richtet; vielmehr wird die Strömung an den Ein- und Auslassen der verschiedenen Rohre gestört. Der Abstand zwischen benachbarten Bündelteilen 45 kann z.B. etwa 15 bis 50 mm betragen.

Die Luftzuführungsdüsen 26 sind gemäß F i g. 2 im unteren Teil des Umwälzkanals 36 angeordnet und gemäß F i g. 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 durchströmt, d. h. entgegen der normalen Strömungsrichtung des Wassers, damit erforderlichenfalls Schlamm aus den öffnungen 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 F i g. 4 von Rollen 52,53 und 54 getragen und mit Hilfe der Rolle 54 intermittierend oder ständig in Richtung der Pfeile 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 F i g. 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 57 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 F i g. 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 Kiärbehälter 21 und 22 sind von ähnlicher Konstruktion wie der Kiärbehälter 20. Gemäß Fig. 1 sind Luftzuführungsdüsen, die auf ähnliche Weise zur Wirkung kommen, wie die beschriebenen Düsen 48 vorhanden; in dem zweiten Behälter 21 befinden sich Düsen 59, während in dem dritten Behälter 22 Düsen 60 angeordnet sind; ferner gehören zu den beiden Behältern 21 und 22 Förderbänder 61 und 62, die auf ähnliche Weise arbeiten wie das beschriebene Förderband 51.

Die Vorrichtung nach F i g. 1 bis 7 arbeitet in der

ίο nachstellend 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 Düsen 26 in dem Behälter 20 umgewälzt, so daß es durch den

ίο Umwälzkanal 36 nach oben strömt und dann das Rohrbündel 23 von oben nach unten passiert. Gleichzeitig wird das Abwasser durch Zuführen von Luft über die Düsen 26 mit gelöstem Sauerstoff angereichert. Über die Düsen 26 wird Luft z. B. in einer Menge von 3 ltr/min

is zugeführt, und die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers in dem Rohrbündel 23 beträgt etwa 1 bis 4 cm/sec.

In dem Rohrbündel 23 haften aerobe Mikrorganisinen, 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

3s 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 der 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 F i g. 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 5Θ 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 Säugpumpe 56 abgezogen

Wenn der Durchflußmesser 57 meldet daß da« Rohrbündel 23 mit Schlamm zugesetzt oder verstopft ist wird die Zufuhr von Luft über die Rohrleitung 47 zi den Düsen 26 unterbrochen, und statt dessen wird Lufi über die Rohrleitung 49 den Düsen 48 zugeführt so dat.

die Luft von unten nach oben durch das Rohrbündel 2-strömt um den die Rohröffnungen verstopfendei Schlamm zu entfernen. In der Praxis tritt ein solche: Verstopfen oder Zusetzen des Rohrbündels 23 jedocl

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 s 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 hintereinandergeschalteten ,₀ Klärbehälter gemäß Fig. 1 nacheinander kleinere Abmessungen erhalten.

Fig.8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Umwälzeinrichtung, zu der mehrere Propeller 63 gehören, die das Abwasser in dem Behälter 20 zwangsläufig umwälzen. Man kann solche gesonderten Umwälzeinrichtungen vorsehen, wenn sich mit Hilfe der Belüftungseinrichtungen 26 nicht die gewünschte Umwälzgeschwindigkeit erzielen läßt. Wenn das Abwasser schon vorher in einem nicht dargestellten Belüftungsbehälter mit gelösten Sauerstoff angereichert worden ist, ist es bei der Anordnung nach F i g. 8 möglich, die Belüftungscinrichtungen 26 fortzulassen.

Fig.9 zeigt eine Abstreifeinrichtung, die dazu dient. Schlamm von der Oberseite des obersten Bündeheils 45 zu entfernen, auf dem sich der Schlamm besonders leicht ansammelt. Zu dieser Einrichtung gehört ein Abstreifnetz 64. das mit °inem 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 Motor 70 beliebiger Art angetrieben. Da der Gelenkbolzen 69 auf dem drehbaren Bauteil 65 exzentrisch angeordnet ist, wird das Abstreifnetz 64 auf dem Bündelteil 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 F i g. 9 wird intermittierend betätigt; sie ist von besonders einfacher Konstruktion.

Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform 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 75 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 jeweils 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 Wände 80 abgeschlossea

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.

F i g. 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 F i g. 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 Bezugszahlen 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 F i g. 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 od. dgl. 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 später 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 F i g. 5 das Rohrbündel in bestimmten Längsabständen durch Quer- oder Überströmkanäle 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 Bündeheil 45 ausgetreten ist wird gleichmäßig über den ganzen Querschnitt des nächsten Bündelteils verteilt, so daß über den ganzen Querschnitt des aus geraden Rohren beziehenden 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 Bündelteil 45 erneut gleichmäßig zugeführt da an dieser Stelle zwischen den benachbarten Bündelteilen ein Ober-

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Strömkanal 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, vergrößern, ohne daß die Gleichmäßigkeit der Strömungsverteilung 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 P ο i s e u i 11 e 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 betretenden 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 halten, 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 einsieHen. daß ein Abspülen oder Abstreifen der Mikroorganismen 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 4s die Strömungsgeschwindigkeit des Abwassers gesteigert wird, sondern durch eine entsprechende gcometiische 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, die die Bewegungen innerhalb der Strömung einerseits durch das Einströmen und andererseits durch das Ausströmen von Wasser herbeigeführt werden, und da die Strömung an den Endabschnitten des Innenraums jedes Rohrs stärker ist als im mittleren Teil des Innenraums. Gerade diese Ungleichmäßigkeit der Turbulenz oder Verwirbelung

erwähnt!

daß die erwähnte starke Fortpflanzung der Mikroorganismen, die auf die beschriebene Turbulenz und die gleichmäßige Verteilung des Abwassers über den ganzen Querschnitt des Rohrbündels 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 Überströmkanälen 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 Mengen 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 Erfirdung 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 Überströmkanal 44 u. dgl., 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 Fig. 12 die Beziehung zwischen aen Abständen benachbarter Bündelteile 45 bzw. der Höhe der Überströmkanäle 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 Überströmkanäle 44 variiert wurde. Aus Fig. 12 ist ersichtlich, daß sich für jede Versuchsanlage ein optimaler Abstand zwischen benachbarten Bündelteilen 45 ergibt.

Es ist ersichtlich, daß bei den erfindungsgemäßen Vorrichtungen zum Klären von Abwasser die Nachteile vermieden sind, die bei den bekannten Vorrichtungen auftreten. Abwasser, das mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Vorrichtung geklärt worden ist enthält nur eine so geringe Menge an suspendierten Feststoffen, daß e« aus der Kläranlage unmittelbar abgeführt werden kann ohne vorher einer letzten Absetzbehandlung unterzogen zu werden. Schließlich kann man die Verweilzeit de; zu klärenden Wassers in dem Klärbehälter so wählen daß in dem geklärten Wasser Verunreinigungsstoffe nui

der Strömung in den Rohren 43 ermöglicht die Existenz 60 noch in einer sehr geringen Konzentrationvorhander verschiedener Arten von Mikroorganismen, so daß es sind Natürlich entsteht beim Betrieb von Vorrichtungei mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mög

lich ist verschiedene Arten von Verunreinigungsstoffen durch verschiedene Arten von Mikroorganismen beseitigen zu lassen.

Viertens ist bezüglich der Menge der Flocken aus Mikroorganismen und der Größe der Berührungsfläche zwischen den Flocken und dem Abwasser festzustellen.

nach der Erfindung keine Geruchsbelästigung, und aucl die Ansiedelung unerwünschter Insekten wird vermie den.

Mit Versuchsanlagen durchgeführte Versuche habei gezeigt, daß dann, wenn Abwasser unter aerobei Bedingungen geklärt wird, verschiedene Arten voi Mikroorganismen existieren können, und zwar Schizo

mycetes wie Zooglea sp., Ciliates wie Volticeila sp., Litonotus sp., Stenter sp. und Stylonychia sp., Flagellata wie Monas sp., Rhizopoda wie Euglypha sp., Arcella sp., Leptochlamys sp., Difflugia sp., Rotiferen wie Trichocerca sp. und Colurella sp., Bacillariophyceae wie Melosira sp. und Nitzsehia sp., Nematoden, Oligochaeta und Copepoda.

Um die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtungen weiter zu veranschaulichen, sind die Ergebnisse weiterer Versuche nachstehend beschrieben.

Versuch I

Es wurde Abwasser aus der Abwasscrkläranlage von Takamatsu (Japan) behandelt. Es wurde eine Versuchsanlage errichtet, die dem ersten Klärbehälter 20 nach F i g. 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 cm⁷. 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 Bündeltcilen 45. d. h. die Höhe jedes Überströmkanal

44. betrug etwa 20 mm. Dm einen Vergleich mit dem Verfahren zu ermöglichen, bei dem mit einem untergetauchten Rohrbündel bekannter Art aus geraden Rohren bcnut/.i ^%vurdc, wurde ein Bündel aus geraden Rohren, das bezüglich seiner Form und Größe dem erfindungsgemäßen Rohrbündel 23 ähnelte, jedoch nicht mit Übersirömkanälen 44 versehen war. in einem zweiten Klärbehäher angeordnet, der bezüglich seiner Form und Größe dem Klärbehälicr der Versuchsanlage ähnelte.

Durch die Klärvorrichuingen wurde Abwasser in einer Menge von etwa 14hr/h geleitel. Belüftungsluft wurde in einer Menge von etwa 2,8 ltr/min zugeführt. Die Temperatur des Abwassers wurde zwischen 12 und 15 C gehalten. Die Versuchsdauer betrug acht Tage. Von dem geklärten Wasser aus jedem Klärbehäliei wurden in bestimmten Zeilabständen Proben entnommen, und der biologische Sauerstoffbedarf und der chemische Sauerstoffbedarf wurde mit Hilfe der Standardverfahren der japanischen Abwassc-gesellschaft gemessen. In jedem Fall wurde der Mittelwert aus mehreren gemessenen Werten bestimmt. Die Ergebnisse dieses Versuches sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengestellt.

Tabelle

Biologischer Sauerstoffbedarf, ppm 35
Chemischer Sauerstoffbedarf, ppm

*) In dem KliirbchüHcr 1 befand sich ein crfindungemäßes Rohrbündel mit Quer- oder ('her-

siromkanälcn.

") In dem Kliirbehältcr 2 befand sich ein Rohrbündel bekannter Art. das keine Quer- oder Überströmkanäle aufwies.

Abwasser	Cieklärtes	Wasser	Geklärtes
(K.in.ilisation)	aus Klär-		Wasser aus
	behälter 1	*)	Klär-
			behiilter 2")
35	14.8		22.8
45	2\.i		24.5

Aus der Tabelle 1 ist ersichtlich, daß die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bezüglich des Entfernens orgarischer Stoffe größer ist als bei der bekannten Vorrichtung mit einem Bündel aus zahlreichen langen gerader. Rohren, bei dem keine Überströmkanäle vorhanden sind.

Versuch il

Unter Benutzung der beiden Bauarten von Klärbehältern entsprechend dem Versuch I wurde die Verringe-

Tabelle II

rung der Anzahl der coliformen Organismen bzw. der eoiifoimen Gruppe von Bakterien untersucht. Hierbei wurde Abwasser in einer Menge von etwa 8,0 ltr/h durch die Klärbehälter geleitet, und Belüftungslufi wurde in einer Menge von etwa 3,0 Itr/min zugeführt.

Die Temperatur des Abwassers wurde auf etwa 13 C gehalten. Die Anzahl der coliformen Organismen je Raumeinheit des Wassers wurde mit Hilfe des Defoxycholat-Kulturverfahrens ermittelt. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der folgenden Tabelle 11

so zusammengestellt.

Abwasser (Kanalisation)

Geklärtes Wasser aus Klärbehälter 1*)

Geklärtes
Wasser aus
Klärbehälter 2*')

Mittlere Anzahl colifonner 4300

Organismen je ml Wasser

*) Siehe Fußnote der Tabelle 1.

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 Oberströmkanäle aufweist

401

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 13° C. Die Ergebnisse dieser

Tabelle III

Versuche sind in der folgenden Tabelle III zusammenge stellt.

Abwasser
(Kanalisation)

Geklärtes Wasser
aus Klärbehälter 1")

Geklärtes
Wasser aus
Klärbehälter 2**)

Suspendierte Feststoffe, ppm
*) Siehe Fußnote in Tabelle I.

36,8

Versuch IV

8,0 23,8

Die Tabelle III läßt erkennen, daß das mit Hilfe der erfindungsgemäßen 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.

F i g. 13 und 14 zeigen eine weitere Ausführungsform 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 Durchlässe 144 werden möglichst groß ausgebildet. Auch bei dieser Anordnung ergeben sich die vorstehend beschriebenen Vorteile des Rohrbündels 23, da die Überströmöffnungen 144 hydrodynamisch auf ähnliche Weise zur Wirkung kommen wie die Überströmkanäle 44 nach F i g. 5.

35

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 Querschnitt von 320 cm', und zu jedem Bündel gehörten 240 Rohre. Das e:rstc Bündel war in Längsabständen von 50 Millimeter übei seine ganze Länge mit querliegenden Überströmöffnungen versehen, die einen Durchmesser von etwa 5 mrr hatten und ähnlich angeordnet waren, wie es in F i j;. 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 chemischen Sauerstoffbedarfs einer wäßrigen Lösung aus Milch- oder Magermilchpulver, die eine Konzentration von 174 mg/ltr hatte, wurde dadurch gemessen, daß die Lösung in den beiden Klärbehältern chargenweise umgewälzt wurde. Die Temperatur der Lösung wurde auf 25°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 Bezeichnung zwischen der Zeit 7 und 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 F i g. 15 ist ersichtlich, daß durch die erfindungsgemäße Vorrichtung organische Stoffe in Abwasser schneller zersetzt werden als durch die auf bekannte Weise ausgebildete Vorrichtung.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Klären von Abwasser die mindestens einen Klärbehälter umfaßt mit einem Einlaß für Abwasser und einem Auslaß für geklärtes Wasser, mindestens einem als Bewuchsträger für biologischen Rasen dienenden Rohrbündel, das aus einer Anzahl von geraden Rohren zusammengesetzt ist, die parallel angeordnet und mit den benachbarten Rohren jeweils durch gemeinsame Wände verbunden sind und die so in dem Behälter angeordnet sind, daß das Rohrbündel im zu klärenden Abwasser in dem betreffenden Behälter untergetaucht ist, und Einrichtungen, die dazu dienen, das Abwasser in Richtung der Längsachse des Rohrbündels zu leiten, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrbündel (23, 24, 25; 72; 172; 123) mehrere sich quer zur Längsrichtung des Rohrbündels erstreckende Überstömkanäle (44; 144) aufweist, die in Abständen über die Längsachse des Rohrbündels so verteilt sind, daß jedes der Rohrbündel in mehrere Bündelteile (45) aus Rohrlängsabschnitten von solcher Länge unterteilt ist, daß sich in den Rohren (43; 143) im wesentlichen keine laminare Strömung ausbildet, vielmehr im wesentlichen in jedem Rohrlängsubschnitt der durch das Einströmen von Wasser bedingte Turbulenzabschnitt zu dem durch das Ausströmen des Wassers bedingten Turbulenzabschnitt reicht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmkanäle (44) 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 Längsabstän-'de getrennten Bündelteilen (45) aus Rohrlängsabschnitten zusammensetzt (Fig 5).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrlängsabschnitte eine Länge zwischen 50 und 150 mm aufweisen und die Längsabstände (α) zwischen den Bündelteilen (45) etwa 15 bis 50 mm betragen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströnikanäle (144) durch (öffnungen gebildet sind, die sich quer zur Längsachse des Rohrbündels (123) durci die Wände der das !Rohrbündel bildenden Rohre (143) erstrecken und in Richtung der Längsachse des Rohrbündels in Abständen verteilt sind (F i g. 13).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß d.e Einrichtung zum Hindurchleiten von Abwasser durch das bzw. jedes Rohrbündel so ausgebildet ist, daß sie das Abwasser In dem bzw. jedem !Gärbehälter zwangsläufig Wiederholt durch das bzw. jedes Rohrbündel aus geraden Rohren hindurch umwälzt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Rohrbündel (72; 172) aus geraden Rohren parallel zueinander in fm dem Klärbehälter (71; 171) in Form einer Reihe so angeordnet sind, daß zwischen benachbarten Rohrbündeln jeweils ein Kanal (73; 173) vorhanden ist, daß auf einer Seite der Reihe von Rohrbündeln ein Kanal (76; 176) zum Zuführen von Abwasser (\s vorhanden ist, der in Verbindung mit dem zugehörigen Einlaß (74; 174) steht, daß auf der anderen Seite der Reihe von Rohrbündeln ein Kanal für geklärtes Wasser (77; 177) vorhanden ist, daß der Kanal zum Zuführen von Abwasser in Verbindung mit jedem zweiten der Kanäle zwischen benachbarten Rohrbündeln steht und gegenüber den übrigen Kanälen zwischen benachbarten Rohrbündeln abgeschlossen ist, und daß der Kanal zum Aufnehmen des geklärten Wassers in Verbindung mit jedem zweiten Kanal zwischen benachbarten Rohrbündeln 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 Rohrbündeln abgeschlossen ist.