DE2447501B2

DE2447501B2 - Verfahren und vorrichtung zur abwasserreinigung

Info

Publication number: DE2447501B2
Application number: DE19742447501
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-10-04
Filing date: 1974-10-04
Publication date: 1977-06-16
Also published as: DE2447501A1; DE2447501C3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abwasserreinigung, bei dem in einer ersien'chemischen und/oder biologischen Reinigungsstufe die gelösten Verunreini-

gungen in abtrennbaren !Schlamm umgewandelt werden und dieser in einer zweiten Stufe durch maschinelle Entwässerung abgetrennt und mindestens ein Teil des abgetrennten Schlammes als Rücklaufschlamm in die erste Stufe zurückgefühlt wird. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die bisher beim Belebungsverfahren im allgemeinen angewendete Schlammabtrennung durch Sedimentation in einem Nachklärbecken ist wegen der dem Belebtschlammverfahren eigentümlichen Verfahrensführung nicht optimal geeignet Dies liegt darin, daß dem Nachklärbecken im allgemeinen mindestens doppelt so viel Wasser zufließt, als es geklärt verläßt, wobei der überwiegende Teil der im zufließenden Wasser enthaltenen Schlammenge rückgcführt und nur ein kleiner Bruchteil, z. B. V45 davon, tatsächlich als Überschußschlamm aus dem Nachklärbecken entfernt wird. Dies bedeutet daß der Kreislauf Belebungsbecken — Nachklärbecken — Belebungsbecken von jedem Schlammelement sehr oft, im Durchschnitt z. B. 45mal, durchlaufen wird. Für solche wiederholten Volumeneinengungen und Wiederverdünnungen ist die Sedimentation eine außerordentlich aufwendige Art der Eindikkung, zumal die Verweilzeit im Nachklärbecken nicht zu

lang und die Eindickung nicht zu stark sein darf, was bedeutet daß die Wirkungsmöglickeiten des Nachklärbeckens nicht optimal ausgenutzt werden können. In Schlammeindickern, die auf dem gleichen Prinzip beruhen, werden z. B. Schlammdichten erreicht die sechs- bis zehnmal so hoch sind wie die in üblichen Nachklärbecken von Belebungsanlagen. Auch der im Zulauf aus dem Belebungsbecken enthaltene Sauerstoffgehalt wird für weiteren BSB-Abbau und für Abbau, Mineralisierung und Teilstabilisierung des Überschuß-Schlamms kaum ausgenutzt.

In der Praxis wirken sich diese Nachteile dahingehend aus, daß die Nachklärbecken im Verhältnis zur Belastbarkeit der Gesamtanlage unnötig groß und teuer ausgeführt sein müssen. Auch bei der Erweiterung bestehender Anlagen zeigt sich häufig das Hindernis, daß zwar die Leistungsfähigkeit des Belebungsbeckens durch mannigfache Maßnahmen, insbesondere modernere Belüftungseinrichtungen, gesteigert werden kann, während die Belastung des Nachklärbeckens nicht ohne häufig schwierig zu realisierende Neubauten erhöht werden kann.

Es ist andererseits bekannt das in einer biologischen Reinigungsstufe erhaltene Schlamm-Wassergemisch einer maschinellen Filtrationsvorrichtung, z. B. einem Trommelfilter, zuzuführen, das den Schlamm im wesentlichen vollständig abzutrennen vermag und ein klares, im wesentlichen vollständig gereinigtes Filtrat liefert (z.B. DT-OS 22 61203). Der Rückstand vom Trommelfilter kann abgesaugt und z. B. in die

ft.s biologische Reinigungsstufe zurückgegeben werden. Eine solche weitgehende maschinelle Schlammabtrennung ist aber, wenn ein klares, keiner weiteren Behandlung zugeführtes Filtrat erhalten werden soll.

relativ aufwendig. Dies trifft insbesondere bei Belebtschlammanlagen zu, da sich Belebtschlamm im Vergleich zu anderen Schlämmen, wie Faulschlamm, mechanischer Klärschlamm usw, nur set;r schlecht maschinell entwässern läßt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art unter Verwendung der maschinellen Entwässerung zu schaffen, bei dem unter Wahrung des erforderlichen Reinigungsgrades des Klän^rfahrens der Aufwand hinsichtlich der maschinellen Schlammabtrennung, insbesondere bei Anwendung der biologischen Reinigung nach dem Belebtschlammverfahren, vermindert ist

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die maschinelle Entwässerung unvollständig durchgeführt wird, so daß im Filtrat 3 bis 15%, vorzugsweise 5 bis 1C%, der im Zulauf zu der maschinellen Entwässerung vorhandenen Schlammdichte als RTStschlamm verbleibt, und daß das Filtrat in einer Nachklärstufe einer Sedimentation unterworfen wird.

Die Erfindung beruht aui der Erkenntnis, daß maschinelle Entwässerung im Zusammenhang mit biologischer Abwasserreinigung dann in wirtschaftlich vorteilhafter Weise verwendet werden kann, wenn sie nicht als Ersatz, sondern als Vorstufe zur Nachklärung im Sedimentationsbecken angewendet wird und wenn somit weder an den Entwässerungsgrad des Schlamms noch an die Reinheit des Filtrats besonders hohe Anforderungen gestellt werden. Es genügt völlig, wenn zugelassen wird, daß im Filtrat noch 3 bis 15%, insbesondere 5 bis 10%, der ursprünglich vorhandenen Schlammdichte als Restschlamm dann abgetrennt wird, wird somit nur mit geringen Schlammengen belastet und braucht auch nicht den nötigen Rücklaufschlamm für die Reinigungsstufe zu liefern. Es kann somit optimal betrieben und voll ausgenutzt und deswegen auch relativ klein dimensioniert werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens nach dem Anspruch 1 sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 8.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem zur Umwandlung der gelösten Verunreinigungen in abtrennbaren Sichl&mm dienenden Reinigungsbecken und einer maschinellen Entwässerungsvorrichtung, deren Zulauf an das Reinigungsbecken und deren Schlammablauf an eine Rücklaufschlammleitung zum Reinigungsbecken angeschlossen sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Filtratablauf der maschinellen Entwässerungsvorrichtung an ein Nachklärbecken angeschlossen ist

Hierbei ist es zweckmäßig, wenn der Ablauf des Nachklärbeckens an den Zulauf der imaichinellen Entwässerungsvorrichtung angeschlossen ist.

Im folgenden wird anhand der Zeichnungen eine Ausführungsform des erfindungsgemäßem Verfahrens beschrieben und mit der bekannten Verfahrensdurchführung in Form eines Zahlenbeispiels verglichen. Es zeigt

F i g. 1 das Strömungsschema des konventionellen Belebtschlammverfahrens,

F i g. 2 das Strömungsschema des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Gemäß F i g. 1 strömt in das Belebungsbecken 1 bei 10 das frische Abwasser und bei 11 der Rücklaufschlamm aus dem Nachklärbecken ein. Beide werden durch nicht dargestellte Belüftung?- und Umwälzeinrichtungen belüftet durchmischt und in ständiger Bewegung gehalten. Dadurch werden die gelösten Vprnnreiniinineen in abtrennbare Schlammflockenstubstanz umgewandelt Das aus gereinigtem Wasser und den Schlammflocken bestehende Schlamm-Wassergemisch wird bei 12 abgezogen und gelangt durch Schwerkraft oder durch nicht dargestellte Fördereinrichtungen bei 13 zu einem Nachklärbecken 2, wo der Schlamm sedimentiert Das Filtrat wird bei 14 abgezogen und dem Vorfluter zugeführt Der abgesetzte und teilweise eingedickte Schlamm wird bei 15 abgezogen und der größere Teil davon über eine

ίο Leitung 16 als Rüeklaufschlamm dem Belebungsbecken 1 zugeführt während nur ein kleinerer Teil bei 17 als Überschußschlamm kontinuierlich oder von Zeit zu Zeit abgeführt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren fließt dem Belebungsbecken 3 das frische Abwasser bei 20 und der Rücklaufschlamm bei 21 zu, während das Schlamm-Wassergemisch bei 22 abgezogen wird. Dieses wird in einer maschinellen Entwässerungseinrichtung 5, wie z. B. Siebmaschine, Filter oder Hydrozyklon, teilentwässert Der teilentwässerte Schlamm wird bei 28 abgezogen und zum überwiegenden Teil über den Zulauf 21 dem Belebungsbecken als Rücklaufschlamm zugeführt. Ein kleinerer Teil wird bei 27 als Überschußschiamm entfernt Das Filtrat aus der maschinellen s Entwässerungsvorrichtung 5 gelangt bei 23 in ein Nachklärbecken 4, wo die Restschlammenge sedimentiert wird. Das reine Wasser wird bei 24 zum Vorfluter abgeführt, der sedimentierte und eingedickte Restschlamm wird bei 25 entnommen und entweder über die Leitung 26 im Kreislauf zurück zur maschinellen Entwässerungsvorrichtung 5 geführt oder aber bei 29 als Überschußschlamm abgezogen (wobei dann die Überschußschlammentnahme bei 27 entfällt oder entsprechend verringert wird).

Durch die unterschiedliche Breite bzw. Anzahl der parallelen Pfeile an den Zu- und Ablaufstellen sollen in etwa die Mengenverhältnisse der zu- bzw. ablaufenden Volumina pro Zeiteinheit dargestellt werden. Man erkennt bereits qualitativ, daß bei dem Verfahren

4c gemäß Fig.2 sowohl die dem Nachklärbecken 4 zuströmende Wassermenge wie auch die in das Belebungsbecken 3 zurückgeführte Rücklaufschlammmenge volumenmäßig wesentlich kleiner sind als die entsprechenden Mengen bei dem herkömmlichen Verfahren gemäß Fig. 1. Dies bedeutet, wie bereits erwähnt, kleinere Auslegung und bessere Ausnutzung des Nachklärbeckens 4 sowie kleinere Bemessung der zur Förderung des Rücklaufschlamms benötigten Einrichtungen, wie z. B. Pumpen. Für einen zahlenmäßigen Vergleich soll ausgegangen werden von einer Anlage für 20 000 Einwohner-Gleich-Werte. Die bei 10 bzw. 20 zulaufende Abwassermenge bei Trockenwetter beträgt Q_w=183m³ Abwasser pro Stunde mit einer biologisch abbaubaren organischen Schmutzfracht von 1200 kg BSB₅ pro Tag.

Bei der Verfahrensdurchführung gemäß F i g. 1 wird aus dem Nachklärbecken 2 die gleiche Menge Qm = 183 m³ pro Stunde mit einem Schlammgehalt von TSr₂ = 8 kg/m³ mittels nicht dargestellter Fördereinrichtilgen in das Belebungsbecken 1 zurückgeführt, um das zulaufende Abwasser mit aktiver Biomasse zu impfen. Das Belebungsbecken ist also von einem Schlamm/Wassergemisch von 2x <?_fH=366m³/h durchflossen. Im Belebungsbecken stellt sich ein Schlammgehalt TS«,

fts von 4 kg/m³ ein. Mit bekannten, nicht dargestellten Einrichtungen wird für die Zufuhr genügender Mengen Sauerstoff/Luft und für ausreichende Turbulenz im Becken gesorgt. Dem Nachklärbecken 2 fließen

2 χ ζ)_(Μ,=366 m³ pro Stunde aus dem Belebungsbecken 1 zu, In dieser Menge sind 366x4= 1464 kg Schlammtrockensubstanz enthalten.

Das horizontal durchflossene Nachklärbecken 2 ist unter Zugrundelegung einer Ablauf menge Q₁W= 183 m³/h für eine Verweilzeit von 4 Stunden bemessen. Daraus ergibt sich seine Größe mit Vi = 732 m³. Die tatsächliche Verweilzeit ist jedoch wegen der Beschickung mit 2 χ <?_w=366 m³/h wesentlich geringer als 4 Stunden. Sie liegt zwischen 2 und 4 ι ο Stunden.

Die Oberfläche des Nachklärbeckens 2 ist unter Zugrundelegung der Ablauf menge (?,».= 183 m³/h für eine Oberflächenbeschickung <7f=O,6 m/h bemessen. Daraus ergibt sich eine Oberfläche F= 305 m². Die tatsächliche Oberflächenbeschickung ist jedoch wesentlich größer wegen der Beschickung mit 2 χ Qtw=366 m³/h. Sie liegt zwischen 0,6 und 1,2 m/h.

Nach geltenden Regeln ist eine Oberflächenbelastung mit Bf= 2,5 kg/m² · h einzuhalten. Unter Zugrundelegung von Q,».= 183m³/h ergibt sich Bf=(183 χ4): 305 = 2,4 kg/m² · h. Die tatsächliche Oberflächenbelastung ist jedoch wegen der Beschikkung mit 2 χ ζ)_(ιν=366 m³/h und 1464 kg TSIh wesentlich größer und liegt zwischen 2,4 und 4,8 kg/m² ■ h.

Der zulaufenden Verunreinigung B₀= 1200 kg/ - d entspricht eine Produktion an Überschußschlamm von 768 kg/d gleich ca. 32 kg/h, da pro kg BSB₅ ca. 0,65 kg Schlammtrockensubstanz anfallen. In der Zulaufmenge von 1464 kg TSIh sind diese 32 kg enthalten. Sie werden mit einer Schlammdichte von 8 kg/m³ in 4 mVh als C?" aus dem Nachklärbecken zusammen mit der Rücklaufmenge Q_1n = 183 nvVh entnommen und über bekannte, nicht näher beschriebene Einrichtungen weiterer Behandlung zur schadlosen Beseitigung zugeführt

Im Gegensatz dazu ist bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise gemäß F i g. 2 der Zulauf zum Nachklärbecken 4 im wesentlichen auf die Durchlaufmenge <?,„ und die darin enthaltene Schlammsubstanz auf die einbis sechsfache, zweckmäßig auf die ein- bis dreifache, vorzugsweise auf die einfache Substanz an Überschußschlamm beschränkt Dazu wird erfindungsgemäß zwischen dem Belebungsbecken und dem Nachklärbekken durch eine maschinelle Entwässerungsvorrichtung 5 von an sich bekannter Bauart der Belebtschlamm auf das r-fache (wobei r mit 2 bis 10 — bei extrem absetzfähigem Schlamm auch höher — zweckmäßigerweise mit 3 bis 6, beispieismäßig mit 4, anzusetzen ist) der Schlammdichte des Zulaufs eingedickt bzw. das Schlammvolumen auf das —fache eingeengt und dabei

im FiI trat 3 bis 15%, vorzugsweise 5 bis 10%, der im Zulauf zu der Entwässerungsvorrichtung 5 vorhandenen Schlammdichte als Restschlamm ρ zugelassen und das Filtrat dem Nachklärbecken 4 und der Dickschlamm dem Belebungsbecken 3 je nach Verschmutzungsgrad des Abwassers und der Leistungsfähigkeit der Hilfseinrichtung zum Eindicken in solchen Mengen zugeführt, daß die Stoffbilanz : zulaufendes Abwasser + Verunreinigung = ablaufendes Klarwasser + Oberschußschlamm erhalten und die Schiammdichte im Belebungsbecken 3 bei dem jeweils günstigsten — in seiner Höhe bekannten — Prozeßwert konstant bleibt Dies ist in aller Regel der Fall, wenn die dem Nachklärbecken 4 zufließende Menge die Durchlaufmenge Q,_w nur um höchstens 10% überschreitet, nämlich um den Betrag, der zur Rückführung der Schlammenge nach 5 notwendig ist, und wenn für die Rückführmenge (x ■ Q,_w) ohne Berücksichtigung des Filtratschlammes der Faktor at der Beziehung

v- ^P

entspricht (r= Einrichtungsfaktor, p= Restschlammanteil im Filtrat).

Dem Nachklärbecken fließt bei optimaler erfindungsgemäßer Arbeitsweise mit der Menge Q,_w nur der Überschußschlamm zu. Seine Menge entspricht im gleichen Maßstab wie (6) etwa der Fläche des Halbkreises (7).

Bei gleichen Zulaufverhältnissen wie bei dem vorigen Zahlenbeispiel werden bei der Verfahrensdurchführung nach F i g. 2 der Entwässerungsvorrichtung 5 aus dem Belebungsbecken 3 238 m³/h Belebtschlamm mit einer Schlammdichte von 4 kg/m³ und aus dem Nachklärbekken 2 m³/h mit einer Dichte von 16 kg/m³ zugeführt

Die Entwässerungsvorrichtung 5 dickt den Belebtschlamm mit r=4 auf 16 kg/m³ ein.

In das Belebungsbecken werden 55 m³/h Dickschlamm zurückgeführt

Als Filtrat fließen 183m³/h bei p=0,l mit 0,4 kg Schlammsubstanz im m³dem Nachklärbecken 4 zu.

Das Nachklärbecken erfordert dann nur ein Volumen Va von 366 m³ und eine Oberfläche F4 von 152 m². Es kann als preisgünstiges Rundbecken von 14 m Durchmesser ausgeführt werden und nimmt gleichzeitig Eindickfunktionen wahr, wobei Schlammdichten bis zu 40 kg/m³ erreicht werden können.

Mit einer Schlammdichte von 16 kg/m³ werden aus dem Nachklärbecken der Hilfseinrichtung zum Eindikken 4,6 m³/h zugeführt 2,0 m³/h verlassen als Qä mit 32 kg TSIYi den Klärprozeß.

181 m³ Klarwasser fließen aus dieser Anlage ab. Der BSBs-Gehalt in diesem Abwasser beträgt ca. 12 ppm. Durch zeitweilige Änderung der Mengenverhältnisse ist es ohne weiteres möglich, die Schlammdichte im Belebungsbecken zu erhöhen und damit die Reinigungsleistung der Gesamtanlage zu steigern.

Das Nachklärbecken 4 benötigt nach der erfindungsgemäßen Arbeitsweise nur etwa die Hälfte der Größe wie nach herkömmlicher Arbeitsweise. Außerdem ist die Volumenmenge des Rücklaufschlammes auf einen Bruchteil reduziert, wodurch entsprechende Einsparungen an den zugehörigen Fördereinrichtungen möglich sind.

Besonders augenfällig sind die erzielten Vorteile bei einer nachträglichen Erweiterung der Anlage. Im geschilderten Beispiel der herkömmlichen Arbeitsweise würde eine Verdoppelung der Durchsatzmenge für die Nachklärung ein zweites !Becken erfordern. Hinzu kommt eine Verdoppelung der Pumpenleistungen füi Rückführschlamm. Die Installation einer maschineller Entwässerungseinrichtung 5 erfordert dagegen keine oder nur geringe zusätzliche Baufläche. Das vorhandene Nachklärbecken reicht aus, die installierte Pumpenlei stung genügt zur Beschickung der Entwässerungseinrichtung. Der Investitionsaufwand für die Entwässerungseinrichtung 5 bleibt unter DM 50000,—. Eir weiterer Eindicker für Schlamm ist nicht erforderlich.

Es ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Arbeits weise besonders auch im Zusammenhang mit Maßnah men zur Steigerung der Leistung des Belebungsbeckens z.B. der Zufuhr ven reinem Sauerstoff, angewendet werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Abwasserreinigungsverfahren, bei dem in einer ersten chemischen und/oder biologischen Reinigungsstufe die gelösten Verunreinigungen in abtrennbaren Schlamm umgewandelt werden und dieser Schlamm in einer zweiten Stufe durch maschinelle Entwässerung abgetrennt und mindestens ein Teil des abgetrennten Schlamms als Rücklaufschlamm in die erste Stufe zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die maschinelle Entwässerung unvollständig durchgeführt wird, so daß im Filtrat 3 bis 15%, vorzugsweise 5 bis 10%, der im Zulauf zu der maschinellen Entwässerung vorhandenen Schlammaichte als Restschlamm verbleibt, und daß das Filtrat in einer Nachklärstufe einer Sedimentation unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sediment der Nachklärstufe im Kreislauf zur maschinellen Entwässerung zurückgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm durch die maschinelle Entwässerung um den Faktor 2 bis 10, insbesondere 3 bis 6, der Schlammdichte des Zulaufs zu der maschinellen Entwässerung eingedickt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man kontinuierlich arbeitende maschinelle Entwässerungscinrichtungen verwendet und das Verhältnis der Schlammdichten vor und nach der maschinellen Entwässerung konstant hält.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die maschinelle Entwässerung so durchführt, daß die im Filtrat enthaltene Schlammenge im wesentlichen gleich der aus dem Kreislauf zu entnehmenden Überschußschlammmenge ist, und daß man den gesamten maschinell entwässerten Schlamm als Rücklaufschlamm in die erste Stufe zurückführt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den aus dem Kreislauf zu entnehmenden Überschußschlamm aus der Sedimentationsstufe abzweigt

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den aus dem Kreislauf abzuzweigenden Überschußschlamm von dem maschinell entwässerten Schlamm abzweigt

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe nach dem Schlammbelebungsverfahren unter Sauerstoffzufuhr und Umwälzung des Abwassers durchgeführt wird unter Einhaltung einer Schlammdichte von mindestens 4 g/l.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem zur Umwandlung der gelösten Verunreinigungen in abtrennbaren Schlamm dienenden Reinigungsbekken und einer maschinellen Entwässerungsvorrichtung, deren Zulauf an das Reinigungsbecken und deren Schlammablauf an eine Rücklaufschlammleitung zum Reinigungsbecken angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Filtratablauf der maschinellen Entwässerungsvorrichtung (5) an ein Nachklärbecken (4) angeschlossen ist (F i g. 2).

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablauf (25) des Nachklärbeckens (4) an den Zulauf der maschinellen Entwässerungsvorrichtung (5) angeschlossen ist