DE2423085A1

DE2423085A1 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung von fluessigkeiten, insbesondere von abwasser mit biologisch abbaubaren verunreinigungen

Info

Publication number: DE2423085A1
Application number: DE2423085A
Authority: DE
Inventors: Martin Bailey; David Albert Hines; Stockton-On-Tees Norton; John Clark Ousby; Frank Cornelius Roesler
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1973-05-16
Filing date: 1974-05-13
Publication date: 1974-12-12
Also published as: PL109974B1; DD113208A5; US4416781A; NO143698C; AU6889474A; NL176658B; ATA406574A; FR2229655A1; US4351730A; CH578367A5; ES426380A1; CA1033081A; NL7406507A; CS210625B2; AT356602B; JPS56129093A; NL176658C; JPS56139198A; FR2229655B1; IT1019614B

Description

PATENTANWALTSBÜRO o/nonQC

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IIEDTKE - DÜHLING - IVINNE

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TEL. (089) 53»53-56 TELEX: 524845 tlpat CABLE ADOrtESSj Gefnnnlnpalent München·

8000 München 2

Bavarlarlng 4

Postfach 202403 , 13. Mai 1974

. B 6027

Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten, insbesondere von Abwasser mit biologisch abbaubaren Verunreinigungen ^:>

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten mit mitgeführtem, biologisch abbaubarem Abfall, nachfolgend als "Abwasser" bezeichnet, welcher Ausdruck alle Arten von biologisch abbaubaren Haushalts- und Industrieabfällen bzw. -abwassern umfassen soll

wie beispielsweise Abfall bzw. Abwasser des normalen häuslichen Bereichs, Abwasser von landwirtschaftlichen Betrieben, Nahrungsmittelfabriken und anderen, derartigen Abfall produzierenden Industriezweigen.

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Die bei der Abwasserbehandlung allgemein angewandten Verfahren umfassen im wesentlichen eine primäre Behandlung durch physikalische Methoden wie Aussieben und Sedimentation zur Entfernung grober suspendierter Feststoffe, woran sich eine sekundäre Behandlung nach biologischen Verfahren zur Entfernung organischer Materialien anschließt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Sekundärbehandlungsstufe.

Bei einer typischen zeitgemäßen Kläranlage enthält das in die Sekundärbehandlungsstufe eintretende Abwasser organisches Material in relativ geringer Konzentration. Dieses Abwasser wird in einem aeroben biologischen Verfahren wie mit Belebtschlamm, PerLolationsfiltern oder intensiven Biofilterprozessen behandelt, bei denen das organische Material mit Luft und im Abwasser vorhandenen Mikroorganismen in engen Kontakt gebracht wird. Ein Teil des organischen Materials wird durch die Mikroorganismen zu Kohlendioxid und Wasser unter Energiefreisetzung oxidiert, während ein anderer Teil in Zellmaterial umgewandelt wird. Das Zellmaterial bildet den Belebtschlamm, der von der flüssigen Komponente des Abwassers in Absetz- oder Klärbecken abgetrennt wird. Die Menge des erzeugten Belebtschlamms - die in einem hohen Verhältnis dem ursprünglichen organischen Material im Abwasser entspricht- hängt vcn einer

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Anzahl von Faktoren wie Temperatur, pH-Wert, Art des organischen Materials und der Anwesenheit von mineralischen Nährstoffen ab. Das Ziel der meisten zeitgemäßen Abwassersysteme ist die -'Erzeugung eines Belebtschlamms mit guten Flockungs- und Absetzeigenschaften.

Der Belebtschlamm wird üblicherweise einer weiteren biologischen Behandlung in anaeroben Zersetzungs- bzw. Faulräumen ("Digestoren") zur Umwandlung in relativ in-

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aggressiven stabilisierten Schlamm und zur Verbesserurig der Bedingungen für eine weitere Abtrennung von Flüssigkeit unterworfen. Dabei erfolgt ebenfalls eine Verminderung des Schlammvolumens für die endgültige Beseitigung bzw. Ablagerung, da die anaerobe Zersetzung einen gewissen Anteil des organischen Zellmaterials in eine Gasmischung umwandelt, die hauptsächlich Methan und Kohlendioxid umfaßt. Der stabilisierte Schlamm wird durch Berieselung auf Land oder Ableiten ins Meer oder auch nach weiterer Abtrennung von Flüssigkeiten durch Verbrennen,oder Aufschütten auf Land beseitigt.

In derzeit im allgemeinen Gebrauch befindlichen Kläranlagen erfolgt die Belüftung des Abwassers durch Einblasen von Luft in die unteren Teile von großen Behältern, durch die das Abwasser geschickt wird oder durch Oberflächenbelüftung.

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Die zunehmenden Anforderungen im Zusammenhang mit der Reinigung bzw. Sauberhaltung von binnenländischen Wasserwegen, Flußmündungen und Küstengewässern und der steigenden Notwendigkeit der Wiederverwendung von Wasser für den häuslichen und industriellen Gebrauch haben zu größeren Ansprüchen hinsichtlich der Kläranlagen geführt. Auch muß erwartet werden, daß die Menge an organischem Material (d.h. der "biologische Sauerstoffbedarf" BOD), das die Haushaltsabwässer belastet, innerhalb der nächsten Dekade infolge einer Zunahme der Bevölkerungsdichte'und von neuen Verfahren zur Beseitigung von Küchenabfällen zunehmen wird. Die Geschwindigkeit der Sauerstoffabsorption, die mit den derzeit angewandten Belüftungsverfahren in Kläranlagen erreicht werden kann, ist jedoch s^Γeng begrenzt. Derzeitige Kläranlagen können einer bedeutenden Zunahme der (organischen) Belastung des Abwassers nur dadurch angepaßt werden, daß man die Zahl und/oder Fläche der Behälter oder Becken er-

höht, in denen die Belüftung erfolgt, wodurch der für solche Systeme erforderliche Grund: bzw. Flächenbedarf erheblich anwächst.

Ziel der Erfindung ist daher eine Erhöhung der Intensität der Behandlung und Verminderung der für die Abwasserbehandlung bei einer gegebenen Kapazität erforderlichen Grundfläche.

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Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Behandlung von Abwasser vorgesehen, das gekennzeichnet ist durch eine Stufe, in der das Abwasser in einem System umgewälzt wird, das eine Kammer mit abwärts gerichteter Strömung und eine Kammer mit 'aufsteigender Strömung umfaßt (die nachfolgend der Einfachheit halber - unabhängig von der tatsächlichen Flüssigkeitsbewegung und konstruktiven Ausgestaltung-- als "Fallrohr" und'Steigrohr" bezeichnet werden), die an ihren oberen und unteren Enden miteinander in Verbindung stehen, wobei dem Abwasser beim Passieren des abwärtsführpnden Teils bzw. Fallrohres ein sauerstoffhaltiges Gas (weiter unten definiert) zugeliefert wird.

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Außerdem wird gemäß der Erfindung eine Vorrichtung zur Umwälzung einer Flüssigkeit wie beispielsweise Abwasser während der Behandlung desselben vorgesehen, die eine Kammer umfaßt, in der umlaufende Flüssigkeit absinkt bzw. sich abwärts bewegt (nachfolgend als "Fallrohr" bezeichnet) und eine Kammer, in der umlaufende Flüssigkeit aufsteigt (nachfolgend als "Steigrohr" -bezeichnet), die an ihren oberen und unteren Enden miteinander in Verbindung stehen, wobei Mittel für die Flüssigkeitsumwälzung im System und Mittel für die Zulieferung eines sauerstoffhaltigen Gases zur Flüssigkeit im "Fallrohr" vorgesehen sind.

In der vorliegenden Beschreibung soll die Bezeichnung

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sauerstoffhaltiges Gas Sauerstoff bedeuten oder irgendeine gasförmige Mischung wie Luft, die Sauerstoff enthält.

Im übrigen ist darauf hinzuweisen, daß die Mittel für die Zulieferung eines sauerstoff haltigen Gases zur '· Flüssigkeit im Fallrohr bei der erfindungsgemäßeh Vorrichtung in einigen Fällen auch als Mittel für die Umwälzung von Flüssigkeit im System arbeiten können.

Die Erfindung kann zweckmäßigerweise in den Belüftungs- und Zersetzungs- bzw. Faulstufen der sekundären Abwasserbehandlung angewandt werden. Vorzugsv/eise wird. die Erfindung in beiden Stufen angewandt.

Fall- und Steigrohr könner von irgendeiner geeigneten Querschnittsform, beispielsweise rund oder halbrund sein. Sie können "extern zueinander" angeordnet sein, sie sind jedoch vorzugsweise innerhalb einer (vorzugsweise zylindrischen) Baueinheit bzw. Einzelstruktur angeordnet, die innen durch' eine Trennwand oder Trennwände aufgeteilt ist oder das "Fallrohr" wird durch ein Rohr gebildet, das sich in einem Konstruktionsrohr befindet, wobei der äußere Raum das Steigrohr bildet. Eine große Vielfalt geometrischer Anordnungen ist möglich. Das System kann eine Mehrzahl von Steigrohren und/oder Fallrohren umfassen, wie z.B.

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zwei Fallrohre, die mit einem einzelnen Steigrohr kombiniert sind, wobei alles innerhalb derselben äußeren Struktur untergebracht ist.

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Zweckmäßigerweise gelangt- Abwasser nach primärer Behandlung in ein Becken, in dem eine Gasfreisetzung während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens stattfinden kann. Fall- und Steigrohr ragen nach unten "über" das Niveau des Beckens hinaus. Wenn also das Becken auf oder unter der Erdoberfläche angeordnet ist, wird die das-,Steigrohr und Fallrohr umfassende Struktur durch einen (vorzugsweise zylindrischen) Schacht gebildet, der sich in den Boden hinein erstreckt. Der Schacht kann sich an einer Stelle außerhalb des (Grundrisses des) Eeckens in den Boden hinein erstrecken, er befindet sich jedoch vorzugsweise unter dem Becken, wobei die oberen Enden von Steig- und Fallrohr im Becken münden (bzw. mit diesem in Verbindung sind). Bei einigen Ausführungsarten der Erfindung ragt das Fallrohr über den Abwasserspiegel im Becken hinaus. (Auch) bei derartigen Ausführungsformen der Erfindung erstreckt sich jedoch das Fallrohr mit einem Hauptteil seiner Länge unter dem Niveau des Beckenbodens. In derartigen Fällen mündet das obere Ende des Steigrohres im Becken, während das obere Ende des Fallrohres über eine Leitung mit dem Abwasser im Becken in Verbindung steht. .

Zweckmäßigerweise erstreckt sich das System über zu-

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-s-

mindest 40 m in senkrechter Richtung unter dem Abwasserspiegel im Becken, jedoch vorzugsweise über 80 m oder mehr, insbesondere 150-250 m weit . Die Gesamtheit der wirksamen Querschnittsfläche des Steigrohrs bzw. der Steigrohre übersteigt vorzugsweise diejenige- des Fallrohres cder der Fallrohre . Zweckmäßigerweise liegt das Verhältnis der. gesaraten wirksamen Querschnittsfläche des Steigrohrs oder der Steigrohre zu derjenigen des Fallrohres oder der Fallrohre innerhalb des Bereichs von 1:1 b.is 2:1.

" Für die Umwälzung des Abwassers im System können irgendwelche geeigneten Umwälzmittel angewandt werden. Besonders zweckmäßig wird die Umwälzung durch Einblasen eines sauerstoffhaltigen Gases in das System herbeigeführt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung sind Mittel zum Einblasen bzw. für die Einführung eines Sauerstoffhaltigen Gases (vorzugsweise Luft) sowohl in das Fallrohr als auch in das Steigrohr vorgesehen. Vorzugsweise erfolgt die Injektion von Gas in die beiden Kammern an Stellen gleichen hydrostatischen Drucks. Da der obere Teil des Steigrohrs einen größeren Anteil Gasblasen enthalten wird als der obere Teil des Fallrohrs (der wenig oder praktisch kein Gas enthalten wird ),liegt der Ort der Gaseinführung in das Steigrohr somit vorzugsweise etwas tiefer als derjenige im Fallrohr. In der Praxis reicht es jedoch aus, wenn

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die Gaseinführung in beide Karmnern praktisch in gleichem Abstand vom Abwasserspiegel im Becken (darunter) erfolgt. Das Gas kann dann beiden Einführungsstellen mit demselben Kompressor zugeliefert werden, wobei die· in das Steigrohr bzw. Fallrohr eingeführten Anteile durch Ventile '> kon- : trolliert werden.

Vorzugsweise wird Gas in beide Kammern an einer Stelle zwischen dem 0,1"und 0,4-fachen ihrer Gesamtlänge unterhalb

des Abwasserspiegels im Becken eingeführt, d.h. 15 bis 100 m darunter, wenn sich das System 150-250 m unter dieses Niveau erstreckt. Es wird bevorzugt, daß die Gasinjektion an einer Stelle erfolgt, die mehr als 30 m unter dem Abwasserspiegel im Becken liegt. '

Bei Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abwasserbehandlung wird,die Gesamtheit oder der größte Teil des sauerstoffhaltigen Gases in das Steigrohr eingeführt, was dazu führt, daß sein oberer Abschnitt als "Luft-Hebepumpe" wirkt. Nach Ablauf einer einleitenden Inbetriebnahmeperiode, wenn das Abwasser mit einer geeigneten Geschwindigkeit wie z.B. mit zumindest 1 m/s im Fallrohr befriedigend zirkuliert, kann der Anteil des Gases,der dem Fallrohr zugeliefert wird, stark erhöht werden, und zwar vorzugsweise bis zumindest 50 % und in einigen'Fällen, bis

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alles Gas dem Fallrohr zugeliefert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dann unter diesen Bedingungen kontinuierlich betrieben werden, wobei die Anteile des in die beiden Kammern eingeführten Gases bei Änderung der Bedingungen leicht variiert werden, um die Zirkulation des Abwassers zu kontrollieren.

Wenn das Verfahren nach der Anfangsperiode der Inbetriebnahme stetig arbeitet, werden in das Eallrohr eingeführte Gasblasen durch das zirkulierende Abwasser rasch abwärts getragen in Bereiche höheren Drucks, wobei ihre Größe abnimmt. Schließlich werden in den unteren Niveaus oder Bereichen einer weit abgesenkten Vorrichtung viele

der Blasen vollständig im Abwasser absorbiert werden. Beim Aufstieg des Abwassers im Steigrohr werden die Blasen dann zunächst wieder erscheinen und dann an Größe zunehmen. Der obere Teil des.Steigrohrs wird somit übe" dem Niveau der Gasinjektion in das Fallrohr mehr Gas enthalten als der obere Teil des Fallrohrs und wird somit fortfahren, als "Luft-Hebepumpe " zu funktionieren, sogar obgleich alles oder ein größerer Teil des Gases in das Fallrohr eingeführt wird. In der Tat wird der Effekt der Einführung von Gas in das FaIIrOiIr₁ wenn die Zirkulation einmal begonnen hat und in das Fallrohr eingeführte Gasblasen mit einer geeigneten Geschwindigkeit von z.B. mehr als

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1 m/s abwärts getragen werden ,,dem Effekt von irgendwelchem in das Steigrohr eingeführten Gas hinsichtlich der Erzeugung einer Druckdifferenz zwischen den oberen Teilen beider Kammern zu addieren sein.

Wenn das Abwasser beständig im System zirkuliert, liegt seine Geschwindigkeit im . Fallrohr vorzugsweise bei 1,2-2,0 m/s. Die Geschwindigkeit im . Steigrohr beträgt vorzugsweise zumindest 0,5 m/s, insbesondere 1,0-1,5 m/s. Während der Behandlung durch das erfindungsgemäße Ver-fahren wird das Abwasser allgemein eine große Anzahl von Kreisläufen im System absolvieren, wobei ein vollständiger Umlauf je nach Abmessungen des Systems im allgemeinen zwischen 2 und 6 Minuten dauern wird. Die Gesamtdauer der Behandlung durch das erfindungsgemäße Verfahren wird davon abhängen, ob es als Belüftungs- oder Zersetzungs- bzw. Faulstufe angewandt wird. Im ersteren Falle wird die Zeitdauer, in der die Abwasserumwälzung erfolgt, im allgemeinen l/h bis 4 Stunden betragen, während sie im letzteren Falle länger sein wird und beispielsweise 2 bis 30 Tage betragen kann, je nach der Geschwindigkeit, mit der Abwasser in die Vorrichtung eingeleitet wird.

Wenn das erfindungsgemäße Verfahren sowohl als Belüftungs- als auch als Zersetzungs- oder Faulstufe der sekundären Behandlung angewandt wird, können die beiden Behandlungseinheiten in denselben Bauteil eingebaut bzw.

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einbezogen werden, wobei sie durch eine in der Weise konstruierte Trennwand getrennt werden, daß der Wärmetransport zwischen den beiden Teilen begrenzt ist; Beispiele sind eine Betontrennwand oder eine Stahltrennwand mit einer inneren Isolierschicht. Der obere Teil der Trennwand'kann _; aus wärmeleitendem Material konstruiert sein wie z.B.- aus Stahl oder Stahl mit hohlen Abteilungen, die Wasser zum Transport von während der Zersetzungsstufe erzeugter Wärme zur Belüftungsstufe enthalten. Das Niveau des Wassisrs kann zur Kontrolle der überführten Wärmemenge variiert werden.

Nicht behandelbare feste Gegenstände wit>· z.B. Steine, Metallteile u.dgl. werden gelegentlich im Abwasser vorhanden sein und möglicherweise die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hindern, wenn sie nicht entfernt werden. Aus diesem Grüne sollte am unteren Ende des Systems · vorzugsweise ein freier Raum vorgesehen sein, in deir sich solche Gegenstände sammeln können; beispielsweise kann die äußere Kammer mit einem konischen öder halbkugeligen unteren Ende gebildet werden. Mittel wie beispielsweise ein Tauchrohr oder Rohre (die von unterschiedlichem Durchmesser sein können), die sich im Schacht aufwärts erstrecken bis zu einer Grube unter dem hydraulischen Abwasserpegel können für die kontinuierliche oder periodische Entfernung der Gegenstände, die sich in diesem freien Raum gesammelt haben, vorgesehen sein.

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Als besonders geeignete Eurchführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens wird angesehen, wenn das Steigrohr und das Fallrohr in einen tiefen Schacht mit beispielsweise Betonauskleidung eingelassen sind, der ihre Außenwand bilden kann. Der Schacht kann durch unterschiedliche Verfahren wie z.B. durch herkömmliche Ausschachtmethoden, Bohren oder Hohlbohrungen erzeugt werden. Die Auskleidung oder Ausmauerung des Schachts kann bei Bedarf mit einer darin befindlichen leckdichten Sperrschicht gebildet werden.

Die Erfindung ist'nicht auf die vorstehend im Zusammenhang mit der bevorzugten Ausführungsform beschriebenen Mittel der Gaszulieferung und Flüssigkeitsumwälzung beschränkt, da irgendwelche geeigneten Gaszuführungs- und Flüssigkeitsumwälzmittel angewandt werden können.

Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Verfahren zur Abwasserbehandlung eine Stufe, bei der das Abwasser von einem". Beoken her in einem System in Umlauf gehalten wird, das ein Fallrohr umfaßt, das an seinem oberen Ende oder Abschnitt mit einer Leitung verbunden ist und am unteren Ende oder Abschnitt mit einem Steigrohr , dessen oberer Teil mit dem Becken in Verbindung steht, wobei das Abwasser vom Becken her durch die Leitung aufwärts in einen Niederdruckabschnitt im oberen..

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Teil des Fallrohres gefördert wird, wo ein SubatmoSphärendruck herrscht und ein sauerstoffhaltiges Gas zum Abwasser während seines Durchganges durch den Niederdruckabschnitt äugeliefbrt- wird.

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Die Vorrichtung zur Durchführung dieser Verfahrensalternative umfaßt ein Fallrohr und ein Steigrohr , die an ihren unteren Teilen in Verbindung stehen, während der obere Teil des Steigrohrs mit dem Becken in Verbindung ist und der obere Teil des Fallrohrs mit einer von innerhalb des Beckens aufwärts führenden Leitung verbunden "ist, wobei Umwälzmittel für die Zirkulation der Flüssigkeit vom Becken in die Leitung und Mittel 'für die Zulieferung eines sauerstoff haltigen Gases zum obeien Teil des EaHrohrs an einem Punkt vorgesehen sind, an dem die durch das Fallrohr abwärts strömende Flüssigkeit unter Subatmosnhärendruck steht.

Bei dieser alternativen Ausführungsart reicht das obere Ende des Fallrohrs über den Abwasserspiegel im Becken hinaus und zwar vorzugsweise über eine vertikale Distanz von 3 bis 9 m und ist dann nach unten gekrümmt unter Bildung der Leitung, deren offenes Ende in das Abwasser im Becken eintaucht (beispielsweise bilden die Leitung und das obere Ende des Fallrohrs ein umgekehrtes U-Rohr). Zur "Aufwärtsförderung von Abwasser in die Leitung hinein und

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Zirkulation desselben im System können irgendwelche geeignetei Mittel angewandt werden. Zu Beispielen für geeignete Umwälzmittel gehören Propeller bzw. Schrauben, Axialpumpen., Axialturbinen und die Injektion eines sauerstoff haltigen Gases in das Steigrohr. r ·;

In diesem letzteren Falle wird sauerstoffhaltiges Gas zweckmäßigerweise in das Steigrohr an einer Stelle im Bereich des 0,1 bis 0,4-fachen der Gesamtlänge des Steigrohrs unterhalb des Abwasserspiegels im Becken, d.h. 15 bis 100 m darunter, wenn sich das System 150 bis 250 m unterhalb dieses Spiegels nach unten erstreckt, eingeführt bzw. eingeblasen. Dadurch wirkt der obere Abschnitt des Steigrohrs wie ein "Druckluftheber". Die Menge des in das Steigrohr eingeführten Gases wird durch die ^iefe des Einführungspunktes, die Geschwindigkeit der Abwasserzirkulation und die Menge des zum Fallrohr zugelieferten Gases bestimmt. 9ei dieser Ausführungsform, wenn eine Injektion von sauerstoffhaitigern Gas als Zirkulationsmittel zur 'Anwendung kommt, wird die _v. Menge des dem Steigrohr zugelieferten Gases üblicherweise wesentlich größer sein als die dem Fallrohr zugelieferte Menge.

Bei der alternativen Ausführungsart befindet sich die GasZulieferung im Fallrohr zweckmäßigerweise in einer

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.vertikalen Höhe im Bereich von. 1 bis 6, insbesondere 2 bis 5 m. ■ oberhalb der Abwasserob'erflache im Becken, wobei das sauer- ' ^: stoffhaltige Gas in das zirkulierende Abwasser eingesaugt wird, da der Druck innei-halb des Fallrohrs an diesem

Punkt unter AtraoSphärendruck liegt. Die Gaszufuhr bzw. das

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Gaszulieferungsrnittel besteht zweckmäßigerweise aus einem oder einer Mehrzahl von flachen Rohren, die jeweils seitliche Löcher besitzen, durch welche Gas transversal in das zirkulierende Abwasser eingesaugt werden kann. Die Löcher sind dabei vorzugsweise derart, daß Blasen von einem Anfangsdurchmeaser im Bereich von 2 bis β mm erzeugt werden, die durch das zirkulierende Abwasser nach unten mitgenommen werden. ^v

Gemäß der Erfindung kann ein sehr hohes Transport-Verhältnis des in BelUftungagas vorhandenen Sauerstoffs in das zirkulierende Abwasser hinein erreicht werden» Die Erfindung ermöglicht darüberhinaus eine wirksame Absorption von Säuerttoff ia Abwasser, wob.ei Wirkungsgrade über 95 % in Btzug auf das den Fallrohr zugelieferte Gas in bevorzugttn Fällen möglich sind. Bei der Einführung von Luft «· in das Steigrohr zur HerbtifÜhrung der Zirkulation wird eine gewisse brauchbare Sauerstoffabsorption aus ditsetn Luftitroa stattfinden, welche die Absorption von in das Fallrohr eingeführte« Gas unterstützt. Die Anwendung

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der Erfindung wird auch zu eiK,er Einsparung hinsichtlich, des für die Kläranlage erforderlichen Grund und Bodens führen, da eine geringere Beschränkung bezüglich der BOD-Belastung bestefrt,' die in einem einen gegebenen Flächenbereich einnehmenden System angemessen gehandhabt werden kann, als es bei konventionellen Systemen der Fall ist. In Anbetracht ihrer geringeren flächenmäßigen Ausdehnung ist die Vorrichtung bequem abdeckbar zur Kontrolle entweichender Gase und bietet ein ansprechenderes Erscheinungsbild.

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Bei existierenden/Kläranlagen, die nach dem Beltbtschlammverfahren arbeiten und Belüftungstank^ oder -becken aufweisen, werden Transportraten von bis zu etwa 0,1 kg 02/Std/nr Flüssigkeit erreicht. Bei Anwendung von Verfahren und Vor- . richtung gemäß der Erfindung könntn die Transportraten um einen Faktor erhöht werden, der von den Erfordernissen des Verfahrens abhängen wird, aber abhängig von den Merkmalen des Systems hohe Werte wie 10 (entsprechend 1 kg O^/iltd/m ) erreichen kann. Bei vielen Anwendungen ist jedoch anaunehmen, daß lediglich eine Erhöhung um einen Faktor von

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2 bis 3 erforderlich sein wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert; es zeigen .. Fig.l ein Schema für eine Kläranlage, bei der Verfahren und

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Vorrichtung gemäß der Erfindung angewandt werden können; Fig.la ein Schema für eine andere Ausführungsform dee in Fig.l gezeigten Systems;

Fig.2 und 3 zwei'. Ausführungsformen der Abwasserbehandlungsvorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schematisch im Schnitt;

Fig.4 und 5 Schnittdarstellungen von zwei Formen der Abwasserbehandlungsvorrichtung gemäß einer alternativen Ausführungsart der Erfindung;

Fig.6 eine Schnittdarstellung einer Vorrichtung, bei 'der zwei Behandlungseinheiten zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind bzw. in eine Einzelkonstruktion eingebaut sind (das innere Detail jeder Einheit "ist bei dieser Figur weggelassen) und *

Fig.7a bis 7f schematisch Aufsichten auf alternativ anwendbare Anordnungen von Steig- und Fallrohren > die im Zusammenhang mit den bevorzugten oder alternativen Ausführungsformen anwendbar sind.

Bti dem in Fig.l gezeigten System wird in das System gelangendes "rohes" Abwasser zunächst einem Aussieben, Wässern bzw. "Mazerieren" und einer Abtrennung grobkörniger Anteile bzw. Sandfang in einer Primärbehandlungsstufe 11 unterworfen. Hier werden vom Abwasserstrom nitgeführte grobe oder dichte bzw. schwere und ungefüge feste Gegen-

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stände wie z.B. Tierkadaver,Flaschen, Kartons u.dgl. Gegenstände entfernt. Das zutretende Roh-abwasser ge-, langt dann über den Kanal 5 in den primären Absetztank 1, in dem sich ein'-'Anteil 2.B. etwa 70 % der suspendierten Feststoffe als Rohschlamm absetzen und von dort über.den Kanal 10 direkt zum Digestor oder Faulraum 4 gelangen. Die restlichen suspendierten Feststoffe enthaltende Flüssigkeit gelangt.zum Belebtschlammsystem 2, das zweckmäßigerweise eine Vorrichtung gemäß der Erfindung ist, wo sie belüftet und umgewälzt wird.

Im Belebtschlammsystem 2 wird das Abwasser mit Luft und Mikroorganismen in innigen Kontakt gebracht und die Verunreinigungen in COg und weiteren Schlamm umgewandelt. Der Belebtschlamm gelangt in den Absetztank 3ιaus dem Flüssigkeit über den Kanal 8 für eine tertiäre Behandlung oder Abgabe aus dem System entfernt wird. Der Belebtschlamm wird aus dem Absetzbehälter 3 über den Kanal bzw. die Leitung 6 herausgeführt und kehrt jLähgs des Kanals 9 zum Belebtschlammsystem Z zurück, wobei ein Anteil (und zwar der Überschuß) zum Digestor oder Faulraum U geleitet wird. Der Digestor oder Zersetzungs- bzw. Faulraum U let zweckmäßigerweise eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, in welcher der Überschußschlamm bzw. Überschüssige Belebtschlamm zusammen mit dem Rohschlamm aus dem primären Abeetz-

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tank 1 belüftet und umgewälzt wird unter bedeutender Verminderung der ursprünglichen Menge von kombiniertem Schlamm und Zurücklassung eines.relativ inaggressiven stabilisierten Schlamms, der über den Kanal 7 abgegeben wird. Der stabilisierte Schlamm wird schließlich in irgendeiner geeigneten Weise beseitigt z.B. indem man ihn weiteren Absetz- und Filtrationsbehandlungen unterwirft (die in der Zeichnung nicht angeführt sind), wobei irgendwelche abgetrennte weitere Flüssigkeit zum Belebtschlammsystem 2 zurückgegeben wird. '

■ Bei. dem in Fig.Ia^- gezeigten System ist die primäre Absetzbehandlung weggelassen, obgleich ein primärer Pufferspeicher 26 vorgesehen sein kann oder auch nicht. Das Belebter

schlammsystem 2 empfängt dann das gesamte zutretende Abwasser nach den normalen Zulaufoperationen (der Grobreinigung).

"Sprinkler" bzw. Einrreßverteiler 16 und 17 (Fig.2) sind im absteigenden Teil 14 bzw. aufsteigenden Teil 15 (Fall- und Steigrohr) angeordnet und beide mit' eiriem Kompressor 18 verbunden. Die Strömung von Gas zum Steigrohr 15 und Fallrohr 14 wird durchVentile 19 bzw. 20 kontrolliert. Der Betrieb der Ventile 19 und 20 wird durch ein Kontrollorgan 21 geregelt, das mit einem Durchflußmesser 22 bzw. einer Vorrichtung zur Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit verbunden ist, der bzw. die gegen das obere Ende des Fallrohrs 14 zu an-

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geordnet ist. Über 12 sind Fall- und Steigrohr in Verbindung.

Wenn die in Fig.2 gezeigte Vorrichtung als Belebtschlammsystem 2 der in'Fig.l gezeigten Anlage verwendet wird, gelangt Abwasser vom primären Absetztank 1 über einen .{,in Fig.2 nicht gezeigten) Kanal, der in das Becken 13 an einem, Punkt nahe dem offenen oberen Ende des Fallrohrs 14 einmündet, in das Becken 13 und Flüssigkeit plus Belebtschlamm verlassen das Becken über einen anderen (ebenfalls in. Fig.2 nicht gezeigten)Kanal, der aus dem Becken 13 an einem Punkt¹ unterhalb des Flüssigkeitsspiegels B-B herausführt und in einem Abstand vom Einlaßkanal angeordnet ist und gelangen zum Absetztank oder -behälter 3.

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Das in Fig.2 gezeigte System wird mit einer Flüssigkeitsfüllung des Beckens 13 bis zum Niveau B-B bei geöffnetem Ventil 19 und vollständig oder teilweise geschlossenem Ventil durch Injektion bzw. Einblasen von Luft mit Hilfe des Kompressors 18 und zwar vollständig oc|er hauptsächlich in das Steigrohr 15 in Betrieb genommen. Dadurch arbeitet der obere Abschnitt des Steigrohres 15 als eine "Luft-Hebepumpe" und das Abwasser beginnt im System in Richtung der in Fig.2 gezeigten Pfeile zu zirkulieren. Wenn die mit dem Durchflußmesser 22 ermittelte Strömungsgeschwindigkeit einen¹ vorgegebenen Minimalwert erreicht, veranlaßt das Kontroll-

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organ 21 eine vollständige oder teilweise Schließung des Ventils 19 und eine öffnung des Ventils 20. Vorzugsweise findet das Öffnen des Ventils 20 und Schließen des Ventils stufenweise mit"Zunahme der Geschwindigkeit des Abwassers im Fallrohr 14 statt, ^enn das System stetig arbeitet, wird die gesamte oder meiste Luft in das Fallrohr . 14 eingeführt. Die Abwasserzirkulation im System kann durch Änderung der in das Steigrohr 15 und das Fallrohr 14 eingeführten Luftmengen geregelt werden, wenn sich die Betriebsbedingungen aus irgendeinem Grunde verändern. Diese Regelung kann natürlich von Hand durch das Bedienungspersonal des Systems ausgeführt werden, erfolgt jedoch zweckmäßiger automatisch unter Verwendung des 'Kontrollorgans 21 und des Durchflußraessers 22. <

Fig.3 zeigt eine abgewandelte und bevorzugte Form der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Bei dieser sind Aufstiegsteil und Abstiegsteil 14 innerhalb eines einzigen Behälters untergebracht, der durch eine Trennwand,oder Abteilung 23 unterteilt wird und sich in einem Schacht unter dem Boden des Beckens 13 erstreckt. Der Abstiegsteil 14 reicht weiter herab als das untere Ende der Trennwand 23 (oder alternativ ist der untere Teil der Trennwand 23 perforiert) um so eine Verbindung der unteren Enden von Abstiegs- und Aufstiegsteil 14 und 15 miteinander zu ermöglichen. Zur Erzielung

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einer geeigneten Strömungsverteilung im Becken 13 reicht das obere Ende 24 des Abstiegsteils 14 über den Beckenboden hinaus und es sind Strcmungsleitorgane 25 vorgesehen.

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Bei den beiden in den Fig.4 und 5 gezeigten Formen der erfindungsgemäßen Vorrichtung erstrecken sich zwei Abteile oder Kammern ( Steigrohr 15 und Fallrohr 14 ) abwärts durch den an der Erdoberfläche (A-A in der Zeichnung) befindlichen Boden des Beckens 13 in einen Schacht unterhalb desselben. Die beiden Abteile oder Kammern 'sind an ihren unteren Enden durbh Öffnungen 27 in Fig.4 und durch einen Spalt zwischen dem unteren Eride des Fallrohrs 14 und dem unteren Ende des Steigrohrs ■" 15 in Fig.5 in Verbindung. Das Fallrohr 14 reicht über d^n Boden des Beckens 13 hinaus und ist an seinem oberen Ende mit einer Leitung verbunden, die sich horizontal und abwärts erstreckt unter Bildung eines umgekehrt U-förmigen Querschnitts zusammen mit dem oberen Ende des Fallrohrs 14. Bei Betrieb der Vorrichtung befindet sich das offene Ende des Schenkels der-Leitung 28 unterhalb der Oberfläche bzw. des Niveaus B-B der im Becken 13 enthaltenen Flüssigkeit. Die Umwälzung der Flüssigkeit wird durch einen geeignet angetriebenen (z.B. durch einen Motor) Propeller 30 herbeigeführt, der bei der Vorrichtung gemäß Fig.4 im Schenkel 29 angeordnet ist und durch eine Einführung von sauerstoffhaltigem Gas durch Einpreßverteiler 31 in das Steigrohr 15 bei Fig.5.

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In Fig.5 wird das Gas in das 'Steigrohr 15 unter Verwendung des Kompressors 32 eingeblasen. Bei der Vorrichtung nach den beiden Figuren 4 und 5 wird ein sauerstoffhaltiges Gas wie z.B. Luft am oberen Ende des Fallrohres 14 durch eine Leitung 33 zugelassen bzw. zugeführt, die Mittel zur Einstellung der Lufteinlaßgeschwindigkeit enthält. Wenn der Propeller 30 bei mit Flüssigkeit gefülltem U-Bogen aus dem oberen Ende des Fallrohres 14 und der Leitung 28 (wobei die Luft aus dem U-Bogen mit Hilfe einer Vakuumpumpe entfernt wird) und Füllung des Beckens 13 bis zum Niveau B-B in -Betrieb genommen oder Gas durch die Leitung 31 in das Steigrohr 15 eingepreßt wird, tritt Flüssigkeit vom Becken 13 durch die Leitung 28 in das Fallrohr 14 und gelangt über das Steigrohr 15 'zum Becken 13 zurück.

Bei dem in Fig.6 gezeigten System sind ein "Digestor" oder Zersetzungs- bzw. Faulraum 34 und ein BelebtscMammsystem 35 beide in eine einzige Einheit einbezögen unter Trennung mittels einer Trennwand 36. Ein Abschnitt 37 der₍ Trennwand 36 zu ihrem oberen Ende hin ist aus Metall z.B. Stahl und hohl und enthält Wasser,, dessen Flüssigkeitsspiegel durch Umpumpen kontrolliert wird. Auf diese Weise wird im Digestor 34 erzeugte Wärme zum Belebtschlammsystem 35 überführt,

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Die Steig- und Fallrohre bzw. aufsteigenden und absteigenden Teile können in irgendeiner geeigneten Weise angeordnet, sein. Eine Vielzahl von geeigneten Anordnungsmöglichkeiten ist in den Fig. 7a bis 7f angedeutet, in denen die Steigrohre mit 15 und die Fallrohre mit 14 bezeichnet sind.

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Claims

Patentansprüche

{ 1. Jrerfahren zur Behandlung von Abwasser, dadurch gekennzeichne t, daß es eine Stufe umfaßt, bei der das Abwasser in einem System umgewälzt wird, das?'einenabsteigenden und einen aufsteigenden Teil umfaßt, diö an ihren, oberen und unteren Enden in Verbindung sind, wobei ein sauerstoffhaltiges Gas wie Sauerstoff selbst oder eine sauerstoffhaltige Gasmischung zum Abwasser bei seinem Durchtritt durch den absteigenden Teil zugeliefert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzung des Abwassers im System von einem Becken her erfolgt, mit dem die oberen Enden des aufsteigenden und absteigenden Teils in Verbindung sind, wobei das Abwasser vom Becken in den absteigenden Teil gelangt und vom aufsteigenden Teil wieder an das Becken abgegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser aus dem Becken über eine Leitung in das obere Ende des absteigenden Teils gelangt, durch die das Abwasser aus dem Becken aufwärts in einen Niederdruckabschnitt im oberen Teil des absteigenden Teils gesaugt wird, in dem ein Subatmosphärendruck herrscht, während das im aufsteigenden Teil rückkehrende Abwasser von dessen oberem Teil in das Becken abgegeben wird und daß dem Abwasser sauerstoffhal-

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tiges Gas beim Durchtritt durch den Niederdruckabschnitt zugeliefert wird. - ■ ·■■·
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dCß der aufsteigende Teil bzw. die aufsteigenden Teile und der absteigende Teil bzw. die absteigenden Teile innerhalb einer einzigen äußeren Struktur' untergebracht sind, die durch einen Schacht gebildet wird, der sich zumindest 40 m tief unter dem Becken in den Boden hinein erstreckt.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffhaltige Gas sowohl in den auf-

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steigenden als auch in den abstellenden Teil an Stellen praktisch gleichen hydrostatische^ Drucks unter Verwendung desselben Kompressors eingeblasen bzw. eingeführt wird, wobei alles Gas oder ein Hauptteil des Gases zu Anfang in den aufsteigenden Teil eingeblasen wird, wenn die Flüssigkeitsgeschwindigkeit im absteigenden Teil kleiner als 1 m/s ist und alles Gas oder ein Hauptteil des Gases in den absteigenden Teil eingeblasen wird, wenn die Flüssigkeitsgeschwindigkeit in diesem über 1 m/s liegt. ■ ·:
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2,4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffhaltige Gas in den aufsteigenden Teil und den absteigenden Teil an einer Stelle zwischen dem 0,1 und C,4-fachen ihrer Gesamtlänge

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unterhalb des Abwasserspiegels¹ im Becken eingeblasen bzw. eingeführt wird.

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7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsgeschwiridigkeit im aufsteigenden Teil bei zumindest 0,5 m/s liegt.
8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der absteigende Teil 3 bis 9 m über den Abwasserspiegel im -Becken hinausragt.
9. Verfahren nach Anspruch 3 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser im System durch mechanische Mittel umgewälzt wird.
10. Vorrichtung zur Umwälzung einer Flüssigkeit, gekennzeichnet durch einen Abstiegsteil (14) und eineTi Aufstiegsteil (15), die an ihren oberen und unteren Enden miteinander in Verbindung stehen sowie durch Mittel (29,30 bzw. 31,32 oder 16-20) für die Umwälzung von Flüssigkeit im System und Mittel (16 bzw.33) für die Zulieferung eines sauerstoffhaltigen Gases zur Flüssigkeit im absteigenden Teil (14).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch

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ein Becken (13)> mit dem die ob,eren Enden von Auf- und Abstiegs teil (15,14) in Verbindung stehen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Abschnitt des Abstiegsteils -\14) mit einer Leitung (28) in Verbindung steht, die sich von innerhalb des Beckens (13) aufwärts erstreckt und daß Mittel (wie30 bzw. 31,32) für die Zirkulation von Flüssigkeit vom Becken (13) in die Leitung (28) sowie Mittel (33) für die Zuführung eines sauerstoffhaltigen Gases zum oberen Abschnitt des Abstiegsteils an einem Punkt vorgesehen sind, wo die durch den Abstiegsteil tretende Flüssigkeit bei

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einem Subatmosphärendruck ist.

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13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufstiegsteil bzw. die Aufstiegsteile (15) und der Abstiegsteil bzw. die Abstiegsteile (14) innerhalb einer einzigen äußeren Struktur angeordnet sind, die durch einen Schacht gebildet wird, der sich zumindest 40 m unter dem Becken in den Boden hinein erstreckt.
14,· Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (16,17) für das Einblasen von sauerstoffhaltigem Gas im Auf- und Abstiegsteil (14,15) an Stellen von praktisch gleichem hydrostatischen Druck unter Verwendung

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desselben Kompressors (18) sowie Mittel (19 bis 22) für

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die Einstellung des Mengenverhältnisses des in Auf- und Abstiegsteil eingeblasenen Gases vorgesehen sind.

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15. Vorrichtung nach Anspruwi 14, dadurch gekennzeichnet, daß -die Mittel (16,17) für die Einführung des Gases an Stellen zwischen dem 0,1 und 0,4-fachen der Gesamtlänge des Auf- und Abstiegsteils unterhalb des Flüssigkeitsspiegels im Becken (13) angeordnet sind.

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