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Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung mit stabilisierter Verdichtungszone
Beschreibung: Der Gegenstand der Erfindung ist ~eine Kläranlage zur vollbiologischen
Abwasserreinigung, die sich zur Nachklärung nicht der üblichen Sedimentation des
Belebtschlammes und ihrer Absiebung im eingedickten Zustand vom Boden des Nachklärbeckens
bedient.
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Die Abtrennung des Belebtschlammes und anderer Schwebestoffe erfolgt
im aufsteigenden Durchflußstrom durch das NXB, wobei im Gegensatz zum Stand der
Technik eine Zwei- (oder Hehr-)-stufenabsaugung in verschiedenen Höhen mit Rückleitung
in das Belebungsbecken erfolgt.
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Vollbiologische Anlagen zur Reinigung von Abwässern bestehen im allgemeinen
aus mehreren Reinigungsstufen.
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Das Abwasseuwird nach Passieren eines Sandfanges mechanisch#4orgereinigt
oder unvorbehandelt dem Belüftungsraum als biologischer Stufe zugeleitet.
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Die Belüftung erfolgt mit beliebigen Belüftungseinrichtungen (z.B.
Oberflächenbelüfter -- Bodenbelüfter).
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Im Belüftungsraum bilden sich Mikroorganismen, die sich von den zumeist
organischen Verunreinigungen des Abwassers ernähren und es demzufolge reinigen.
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Im Nachklärbecken werden die Mikroorganismen vom Wasser getrennt und
ganz oder teilweise dem Belüftungsraum wieder zugeführt.
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Das gereinigte Wasser wird aus dem Nachklärbecken zur Ableitung gebracht.
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Die Nachklärbecken sind ein wesentlicher funktioneller Bestandteil
einer vollbiologischen Kläranlage, von denen es die verschiedensten Ausführungsformen
gibt.
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Fast allen gemeinsam ist, daß der normale Belebtschlámm aufgrund seines
gegenüber Wasser etwas höheren spezifischen Gewichtes sedimentiert und am Boden
des Nachklärbeckens in mehr oder weniger eingedicktem Zustand abgezogen wird, um
dem Belüftungebecken ganz oder teilweise wieder zugeleitet zu werden.
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Weiter ist fast allen gemeinsam, daß die Abscheidung von Belebtschlamm
und Wasser in verschiedinen Richtungen erfolgt. Bei Längs- und runden Flachbecken
fließt das gereinigte Wasser in horizontaler Richtung, während der Belebtschlamm
vertikal bzw. diagonal sedimentiert.
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Bei Rundbecken von der Art des Dortmundbrunnens fließt das Wasser
vertikal nach oben, während sich der Belebtschlamm nach unten absetzt.
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Nach DOS 21446ob wird diese, allen bekannten Verfahren gemeinsame,
Grundkonzeption verlassen. Die Abscheidung des Belebtschlammes erfolgt in gleicher
Fließrichtung mit dem gereinigten Wasser. Belebtschlamm und Wasser werden also nicht,
wie üblich, an möglichst entgegengesetzten Stellen des Nachklärbeckens abgezogen,
sondern haben eine gleichgerichtete Fließrichtung. Durch das unterschiedliche spezifische
Gewicht haben Wasser und Belebtschlamm verschiedene Fließgeschwindigkeiten, aufgrund
derer eine Abtrennung des Belebtschlammes vom Wasser erfolgt.
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Je weiter das Belebtschlamm-Wasser-Gemisch im Nachklärbecken nach
oben gelangt, desto langsamer wird die Steiggeschwindigkeit sowohl des Wassers als
auch die des Belebtschlammes.
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Da der Belebtschlamm schwerer ist als Wasser, wird er an der Stelle
des Nachklärraumes stehen bleiben, d.h. nicht mehr weiter nach oben fließen, wo
sein Gewicht und der Auftrieb des gereinigten, am oberen Rande des Nachklärbeckens
ablaufenden Wassers gleichgewichtig sind.
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Es bildet sich eine Verdichtungszone aus Belebtschlamm, welche an
ihrer oberen Begrenzung zum Stillstand kommt, mittels höhenverstellbaren Saugrohren
kontinuierlich abgesaugt und in das Belebungsbecken abgeleitet wird.
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Ein Nachteil kann daraus entstehen, daß die erhöhte Fließgeschwindigkeit
des Belebtschlamm-Wasser-Gemisches bis zur Absaugung im oberen Teil des Nachklärbeckens,
die durch die Menge der Absaugung in Höhe des Belebtschlamipegels bestimmt wird,
eine Turbulenz im oberen Teil des Nachklärbeckens nach sich zieht, die der Grundforderung
der Nachklärung nach größtmöglicher Ruhe entgegensteht.
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Die Neuheit der vorliegenden s ung betrifft ein Verfahren, das durch
unterschiedliche Beeinflussung der Fließgeschwindigkeiten des aufsteigenden Belebtschlamm-Wasser-Gemisches
sowohl im unteren Teil des Nachklärbeckens als auch im Bereich der oberen Absaugung
durch synchronen Angleich an die Zulaufwassermenge eine nachteilige Instabilität
der Verdichtungszone durch wechselnde Oberflächenbeschickung (m3/m2/h) ausgleicht
und die kontinuierliche Abtrennung des Belebtschlammes vom Wasser in gleichgerichteter
Fließrichtung durch die unterschiedliche Fließgeschwindigkeit von Medien verschiedenen
spezifischen Gewichtes ermöglicht, ohne daß es zu einer nachteiligen Beeinflussung
der Verdichtungszone bezüglich ihrer Stabilität kommt.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren tritt das Belebtschlamm-Wasser-Gemisch
von unten in das Nachklärbecken ein. Je weiter das Belebtschlas-Wasser-Gemisch im
Nachklärbecken nach oben gelangt, desto langsamer wird aufgrund der tr#ter- oder
rinnenförmigen Erweiterung des Nachklärraumes die Steiggeschwindigkeit des Wassers.
biese sich ständig verringernde Steiggeschwindigkeit wird#unterbrochen durch eine
nicht am Boden, sonderen im strömungstechnisch günstigsten Bereich unterhalb der
Verdichtungszone angeordnete Absaugung, die den größten Teil des in das Nachklärbecken
gelangten Belebtschlammes wieder in das Belüftungsbecken zurückfördert.
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Dadurch wird die von der Absaugung ausgehende hauptsächliche Turbulenz
in den Bereich unterhalb der Verdichtungszohe verlagert. Der erhöhte Wasserdurchsatz
geschieht lediglich im unteren Teil des Nachklärbeckens, ohne die oberen Teile des
Nachklärbeckens zu beeinflussen. Ein großer Teil des Belebtschlammes verläßt also
nach relativ kurzer Aufenthaltszeit bereits das Nachklärbecken, bevor es zu nachteiligen.Beeinflussungen
des Belebtschlammes durch Sauerstoffmangel kommen kann. Wechselnde Zulaufmengen
zur Kläranlage, die die Stabilität der Verdichtungszone stören können, werden von
der ständigen hohen Menge, die sich im unteren Kreislauf befindet, überdeckt.
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Eine durch die untere Absaugung wesentlich verringerte Belebtsch#a#'mm-Menge
gelangt über die untere Absaugung hinaus nach oben. Da sich die Oberflächenbeschickung
von Nachklärbecken (m3/m2/h oder m/h) in ihrer Leistungsfähigkeit umgekehrt proportional
zu der sich im Nachklärbecken befindlichen Belebtschlamm-Menge verhält, wirkt sich
die verringerte Belebtschlamm-Menge, die in den Bereich der oberen
Absaugung
gelangt, hintichtlict dc- Leiutunsfähigkeit des Nachklärbeckens günstig aus.
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Die obere Absaugung verläuft mit der unteren synchron, d.h. die obere
Absaugung bringt immer einen adäquaten Teil der unteren Absaugmenge, wobei durch
unterschiedliche Nennweiten der Absaugrohre die Menge der oberen Absaugung möglichst
klein gehalten wird.
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Die Verdichtungszone bleibt also auch bei wechselnden Zulaufverhältnissen
stabil und wird zudem nicht durch unterschiedliche Belebtschlammvolumina wesentlich
in ihrer vertikalen Lage beeinflußt.
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Da die obere Absaugung lediglich einen Bruchteil des in das Nachklärbecken
gelangten Belebtschlammes absaugt, ist die nachteilige Turbulenz in der Nähe der
Nachklärbeckenoberfläche auf ein Minimum reduziert, wodurch die Verdichtungszone
zusammengehalten und die Gefahr ihres Zerreißens verringert wird.
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Belebtschlarmpartikel, die durch Zusassenballung so schwer werden,
daß sie die obere Absaugung nicht erreicshen, sinken in den Bereich der unteren
Absaugung, von wo aus sie wieder in das Belüftungsbecken gelangen können. Die Gefahr
zu langer Aufenthaltszeiten im Nachklärbecken ist somit nicht gegeben.
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Bei den Bemühungen zur Verringerung der Turbulenz in der Verdichtungszone
wurde auch davon ausgegangen, daß nicht nur die schwereren, sondern auch gleichschwere
und leichtere Partikel als Wasser zurückgehalten werden, was in Verfahren nach dem
Stande der Technik nicht gewährleistet ist.
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Die Lösung wurde zusätzlich, wie folgt, gefunden: Es wurde ausgegangen
von einer Anordnung der Verdichtung schwerer, in der Aufwärtsbewegung zurückbleibender
Schwebestoffe, die mittels Saugrohren und Pumpen in das Belebungsbecken zurückgeleitet
werden, wie in DOS 214k605 beschrieben. Wenn man jedoch eine solche Anlage zunächst
ohne Pumpeneinschaltung in Betrieb setzt, so ergibt sich überraschend, daß sich
die zurückbleibenden schweren Teilchen stärker verdichten, wobei vnn ihnen auch-die
gleichschweren oder leichteren Teilchen als Wasser nach kurzer Zeit immer stärker
zurückgehalten werden. Erst nach Erreichung dieses Zustandes werden dann die Pumpen
mit allmählicher Leistungsterstärkung in Betrieb genommen.
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Kontrollmessungen ergaben, daß auf diese Weise der Reinigungseffekt
nach BSB von etwa 92 « bis auf 98 % gesteigert werden konnte. Diese 5 Steigerung
scheint im Hinblick auf das Verursacherprinzip als Kostenfaktor im neuen Abwa;sser-Haushalt-Gesetz
von großer Bedeutung.
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Zitiert sei hier auch der Bericht flNullbelastungt von Prof. Böhnke
-TH Aachen - VDI Zeitschrift 5.115 Bereits heute müßte mithin in der BRD eine mittlere
Reinigungsleistung der Kläranlagen von 91 % erbracht werden, die durch den Einsatz
von konventionellen Reinigungsmethoden nicht zu erbringen ist." Als vorteilhaft
erwies sich auch, die Absaugung nicht in senkrechter Richtung der Saugrohre -wie
bei DOS 2144605- auszuführen, weil strömungstechnisch hierbei die Stabilität und
Regulierbarkeit der Verdichtungszone beeinträchtigt wird.
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Demgegenüber erwiesen sich trichterförmige Verbreiterungen und waagerechte
Stutzen an den Enden der Ansaugrohre als vorteilhaft.
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Schließlich wird bei größeren Anlagen zur ungestörten Erhaltung der
Verdichtungszone vorgeschlagen, die Absaugung indirekt über ein waagerecht angeordnetes,
nur auf der unteren Hälfte gelochtes Rohr mit mehreren im oberen Teil einmündenden
Saugrohren vorzunehmen, um auch bei Ausfall einer Pumpe eine Strukturänderung in
der Verdichtungszone zu vermeiden.