DE2452741B2

DE2452741B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Reduzieren des biochemischen Sauerstoffbedarfs einer Flüssigkeitsmischung

Info

Publication number: DE2452741B2
Application number: DE2452741A
Authority: DE
Inventors: Charles Seymour Allentown Block; Michael Shi-Kuan Macungie Chen; Olaf Joerg Whitehall Noichl
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 1973-11-12
Filing date: 1974-11-07
Publication date: 1979-01-18
Also published as: FR2250710A1; DE2452741A1; US3954606A; CA1035057A; JPS5079959A; GB1438749A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reduzieren des biochemischen Sauerstoffbedarfs einer Flüssigkeitsmischung, die man durch eine nicht unterteilte, höchstens in der obersten Schicht der Flüssigkeitsmischung mit eintauchenden Oberflächen-Trennwänden versehene Flüssigkeitszone eines eine gasdichte Deckwand aufweisenden Belüftungstanks fließen läßt, in den ein mindestens 50 Volumenprozent Sauerstoff enthaltendes Belüftungsgas eingeführt wird und wobei die Flüssigkeitsmischung in der genannten Zone mit dem Belüftungsgas oxygeniert wird, indem man eine Anzahl Oberflächenbelüfter rotieren und kontinuierlich Teile der Flüssigkeitsmischung mit dem Belüftungsgas in Berührung treten läßt. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei Systemen, die mit aktiviertem Schlamm zum Reduzieren des chemischen Sauerstoffbedarfs und des biologischen Sauerstoffbedarfs von industriellem und kommunalem flüssigen Abfall arbeiten, ist seit langem die Verwendung von sauerstoffreichen Belüftungsgasen in Belüftungstanks vorgeschlagen worden, um die Rate biologischer und chemischer Reaktionen zu vergrößern. Aus der US-PS 35 47 815 ist die Verwendung von Trennwänden bekannt, welche die Belüftungskammer in eine Anzahl körperlich getrennter Flüssigkeitsstufen unterteilen, um den biochemischen Sauerstoffbedarf von Flüssigkeitsmischungen in einem Tank von minimaler Länge progressiv zu reduzieren, wobei die

Flüssigkeitsmischung vom Einlaß zum Auslaß des Tanks durch aufeinanderfolgende flüssige Stufen ohne Rückströmung der Flüssigkeitsmischung von einer Stufe höheren biochemischen Sauerstoffbedarfs zu einer stromabwärts gelegenen Stufe geringeren biochemisehen Sauerstoffbedarfs geführt wird. Diese Strömungsart von Flüssigkeitsmischungen isi als »begrenzte Strömung« bezeichnet worden; sie wird dadurch erreicht, daß relativ kleine öffnungen in den Trennwänden zwischen den einzelnen Stufen vorgesehen werden, in so daß die flüssige Strömung nur in einer Richtung von Stufe zu Stufe erfolgt

Aus der US-PS 35 47 815 ist ferner ein grundsätzlich verschiedenes Verfahren zum Reduzieren des biologischen Sauerstoffbedarfs einer Flüssigkeitsmischung bekannt, bei dem ein nicht unterteilter Belüftungstank verwendet wird, durch den hindurch die Flüssigkeitsmischung in freier und willkürlicher Weise strömt

Aus der US-PS 37 24 667 ist das sog. CMAS-System bekannt bei dem die Flüssigkeitsmischunp vollständig im Gesamtbereich des Belüftungstanks vermischt wird, so daß sich ein im wesentlichen einheitlicher biochemischer Sauerstoffbedarf über den gesamten Tank verteilt wobei ebenfalls eine unkontrollierte und willkürliche Zirkulation der Flüssigkeitsmischung durch den Tank hindurch erfolgt

Nach ausgedehnten Untersuchungen über die hydraulischen Strömungsbedingungen, die in einem Belüftungstank mit Einrichtungen zur Oberflächenbelüftung auftreten, wurde gefunden, daß das Ausmaß der ω Vermischung zwischen einem stromabwärts und einem stromaufwärts gelegenen Bereich eines Flüssigkeitsgemisches von einer Anzahl Betriebsparameter abhängig ist und daß bestimmte dieser Parameter die dem Fachmann geläufige dimensionslose Größe g/q steuern, r, die z. B. von U. L e 11 i, F. M a g e 11 i und C. S a m a in deren Aufsatz »Backmixing in Multistage Mixer Columns«, veröffentlicht in »Chemical Engineering Science, Vol. 27, 1972, Seiten 1109-1117, verwendet wird. Für dieses dimensionslose Verhältnis g/q wird nachstehend die Bezeichnung »Rückstromverhältnis« verwendet Zum Beispiel wurde gefunden, daß das Rückströmverhältnis wesentlich beeinflußt wird von dem Verhältnis des Durchmessers D von einem Oberflächen-Schaufelrad in Metern gemessen, multipliziert mit der Drehzahl N des Schaufelrades pro Minute, dividiert durch die lineare Flüssigkeitsgeschwindigkeit U in Metern pro Minute; die lineare Flüssigkeitsgeschwindigkeit Uht dabei definiert als das Volumen q in Kubikmetern pro Minute, das an Flüssigkeitsmischung 5(1 in den Belüftungstank eingeführt und aus diesem ausgeführt wird, dividiert durch die Querschnittsfläche A in Quadratmetern der Strömung durch den Tank. Das dimensionslose Verhältnis Nx D/U wird nachstehend als »Mischfaktor« bzw. »Belüftungsmischfaktor« be- γ-, zeichnet.

Weiter wurde gefunden, daß das Rückströmverhältnis wesentlich beeinflußt wird durch das Ausmaß, in welchem Trennwände für das Belüftungsgas sich in die oberste Schicht der Flüssigkeitsmischung erstrecken bo oder — wo derartige Trennwände für das Belüftungsgas nicht verwendet werden — das Ausmaß, in welchem Hilfstrennwände für die Oberfläche sich in die oberste Schicht der Flüssigkeitsmischung hineinerstrecken.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem bzw. bei der das Ausmaß der Vermischung derart steuerbar ist, daß eine flexiblere Arbeitsweise möglich ist, wobei eine Änderung der Arbeitsweise von dem vollständigen Mischbetrieb bis zu derjenigen Arbeitsweise hin möglich ist, bei der eine körperliche Unterteilung der Flüssigkeitsmischung durch Trennwände erfolgt

Disse Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst daß das Rückströmverhältnis g/q der Flüssigkeitsmischung zwischen benachbarten Oberflächenbeiüftern gesteuert und auf Werte zwischen 0,02 und 4,0 eingestellt und der Mischfaktor Nx D/U in der genannten Flüssigkeitszone zwischen 10 und 550 gehalten wird, wobei ^[mVmin] die Rückflußmenge zwischen benachbarten Flüssigkeitsbereichen unterhalb benachbarter Oberflächenbelüfter, q [mVmin] die Vorwärtsflußmenge zwischen benachbarten Flüssigkeitebereichen und U [m/min] die lineare Fließgeschwindigkeit vom Eintritts- zum Austrittsende des Belüftungstanks sowie N die Drehzahl pro Minute und D[m] der Schaufeldurchmesser der Oberflächenbelüfter bedeuten.

Die Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung gelöst, bei der ein mit einer gasdichten Deckwand versehener Belüftungstank vorgesehen ist der einen nicht unterteilten, höchstens in die oberste Flüssigkeitsschicht eintauchende Oberflächen-Trennwände aufweisenden, die riüssigkeitsmischung aufnehmenden Durchflußkanal bildet, und wobei eine Einrichtung zum Zuführen eines mindestens 50 Volumenprozent Sauerstoff enthaltenden Belüftungsgases zu diesem Durchflußkanal und eine Anzahl von Oberflächenbelüftern in Abständen längs des Durchflußkanals vorgesehen sind. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zum Einstellen des Rückströmverhältnisses g/q der Flüssigkeitsmischung zwischen benachbarten Oberflächenbelüftern auf Werte zwischen 0,02 und 4,0 vorgesehen sind, wobei die Drehzahl (N) dieser Belüfter, der Durchmesser (D) der Schaufeln dieser Oberflächenbelüfter und die lineare Fließgeschwindigkeit (U) längs des Durchflußkanals derart bemessen sind, daß der Mischfaktor Nx D/U zwischen 10 und 550 gehalten werden kann.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß der Grad der effektiven Abstufung der Flüssigkeitsmischung zwischen dem Einlaß- und dem Auslaß eines Belüftungstanks in weiten Grenzen änderbar ist und daß der Grad der Vermischung der Flüssigkeitsmischung zwischen einem stromabwärts gelegenen und einem stromaufwärts gelegenen Flüssigkeitsbereich durch die Anfangsbedingungen bzw. die Grundkonstruktion und/oder variable Einrichtungen derart steuerbar ist, daß die Anlage entweder so betrieben werden kann, als ob die Flüssigkeitsmischung körperlich in bestimmte Teilbereiche unterteilt wäre, ohne daß tatsächlich Trennwände od. dgl. erforderlich sind, oder daß der Betrieb so erfolgen kann, daß er praktisch den Bedingungen bei vollständiger Durchmischung entspricht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, woL~i beispielshalber ein Strömungsweg für ein Aktiv-Schlammsystem gezeigt ist.

In der Zeichnung ist ein länglicher Belüftungstank 10 gezeigt, der einen Boden 12, eingangs- und ausgangsseitige Stirnwände 14 und 16 sowie zwei Seitenwände 18

und eine Deckwand 20 aufweist. Das einzuführende Abwasser mit hohem biochemischem Sauerstoffbedarf, das Haushaltsmüll, industrielle Abfälle oder beides enthalten und wahlweise bereits einer Vorbehandlung in einer ersten Anlage unterzogen worden sein kann, wird ^r> über eine Leitung 22 dem Eingangsende des Tanks zugeführt. Statt dessen kann Abwasser mit hohem biochemischem Sauerstoffbedarf auch in verschiedene Bereiche des Tanks in einer Weise eingeführt werden, die in der Fachwelt als Stufenbelüftung bekannt ist. Die h> belüftete Flüssigkeitsmischung wird aus dem Belüftungstank 10 über eine Leitung 26 abgegeben, die mit einem überlaufartigen Kanal 28 verbunden sein kann, der über eine oder mehrere öffnungen 27 in Strömungsverbindung mit dem Tank 10 steht. Die aus ι ^r> dem Tank 10 ausströmende Masse wird in ein Klär- bzw. Absetzbecken 30 abgegeben, aus dem gereinigte Flüssigkeit über einen Überlauf 32 und eine Abgabeleitung 34 im Bedarfsfall einem weiteren Bereich für Desinfektion oder weitere Behandlung abgegeben werden kann oder aber unmittelbar einem natürlichen Wasserkörper wie einem See oder Strom zugeführt werden kann. Während beim Ausführungsbeispiel der Zeichnung die endseitige Stirnwand 16 als Begrenzung des Belüftungsbereichs gezeigt ist, kann natürlich auch der vollständige Belüftungsvorgang in zusätzlichen Tanks oder Kanälen ähnlicher Ausführung fortgesetzt werden, welche den vollständigen Strömungsweg bilden, und solche Kanäle können in einem an sich bekannten Schlangenmuster angeordnet sein, das jo allgemein als Mehrfach-Durchgang-System bezeichnet wird.

Das Klärbecken 30 arbeitet in der üblichen Weise zum Trennen der Festteilchen von der belüfteten Flüssigkeitsmischung, und der abgesetzte Schlamm 36 Ji wird vom Boden des Klärbeckens über eine Leitung 38 abgeführt. Ein Teil dieser Festteilchen kann aus dem System über eine Ventilleitung 40 in einer beliebigen üblichen Weise beseitigt werden, während ein zweiter Teil des aktivierten Schlammes über eine Pumpe 42 und eine Leitung 44 zum Eingangsende des Belüftungstanks 10 zurückgeführt wird. Natürlich braucht der aktivierte Schlamm nicht insgesamt, wie dargestellt, in den ersten Bereich des Tanks eingeführt zu werden, sondern statt dessen können Teile davon auch an einer Anzahl von ·»"> Stellen längs mehrerer anfänglicher Bereiche eingeführt werden, oder der aktivierte Schlamm kann vorab in einem vorgeschalteten Tank od. dgl. dem zuströmenden Abwasser beigemischt werden, oder es kann auch die Rückführleitung 44 unmittelbar an die Zuführleitung 22 ~>o für das Abwasser angeschlossen werden. Unabhängig von der speziellen Auslegung der Anlage wird also der rückgeführte Schlamm mit dem zugeführten Abwasser gemischt, um auf diese Weise die Flüssigkeitsmischung im Belüftungstank zu bilden.

Um die Rate der biochemischen Reaktion im Belüftungstank 10 zu unterhalten und wesentlich zu vergrößern, wird ein sauerstoffreiches Belüftungsgas dem Tank 10 über eine Leitung 46 von einer Quelle 48 aus zugeführt Der hier verwendete Ausdruck »sauer- t>o stoffreiches« Belüftungsgas soll dabei ein zugeführtes Gas bezeichnen, dessen Sauerstoffgehalt mindestens 50 Vol.-°/o und vorzugsweise 75-100 Vol.-% Sauerstoff enthält Die Gasquelle 48 kann daher in verschiedenen Formen vorliegen, beispielsweise von einer sauerstofferzeugenden Anlage des cryogenen oder Adsorptionstyps gebildet sein, oder sie kann einen Vorratsbehälter mit flüssigem Sauerstoff enthalten, der dann zu Gas vaporisiert und über die Leitung 46 den Belüftungstank 10 zugeführt wird. Weiter ist zi bemerken, daß das sauerstoffreiche Gas auch ar anderen Stellen als dem ersten Bereich des Tanks odei an mehreren Stellen zugeführt werden kann.

Der Belüftungstank 10 ist durch eine gasdichte Deckwand 20 abgeschlossen, derart, daß beim gezeigter Ausführungsbeispiel das sauerstoffreiche Belüftungsga: durch jede der Gaskammern oberhalb des Flüssigkeitsspiegels vom Einlaßende zum Auslaßende des Tank; strömt, von wo es dann über eine Leitung 50 abgegeber wird; je nach Lage der Stelle, an der das sauerstoffreiche Gas zugeführt wird, kann es jedoch auch an einer anderen Stelle als der im Ausführungsbeispiel dargestellten oberhalb des letzten Flüssigkeitsbereichs austreten. Vorzugsweise weist die Leitung 50 für die Gasabgabe ein Steuerventil 52 auf, das auf automatische Weise mittels eines Sauerstoffühlers 54 betätigbar seir kann, sowie eine Steuereinrichtung 56 zum Belüften des Gases bei einer vorbestimmten Sauerstoffkonzentra tion. Statt dessen kann die Steuerung 56 auch durch eine Betätigung von Hand ersetzt werden und/oder e: können zusätzliche Belüftungsbereiche hinzugefügi werden, wie es in der US-PS 37 25 258 offenbart ist. Die Sauerstoffkonzentration des Gases kann je nach dei spezifischen Anwendung und der optimalen Arbeitswei se, die angewendet wird, sehr unterschiedlich sein Wenn ein hoher Sauerstoffgehalt gewünscht ist, könner die Trennwände 60 im Belüftungsgas entfallen. Irr gezeigten Ausführungsbeispiel werden jedoch Vorzugs weise Trennwände 60 jeweils zwischen benachbarter Oberflächenbelüftern 71 verwendet, so daß sauerstoffreiches Gas durch die Flüssigkeitsmischung in Etapper bzw. Stufen fließt, deren Sauerstoffkonzentratior progressiv vom Einlaßende zum Auslaßende des Tanks hin abnimmt, aus dem es von einer der letzten Stufen mil relativ geringer Sauerstoffkonzentration, beispielsweise weniger als 50 Vol.-% und vorzugsweise 20 bis 40 Vol.-% Sauerstoff abgeführt wird. Dementsprechend zeigt das dargestellte Ausführungsbeispiel zwei solcher Trennwände 60, die an der Deckwand 20 und/oder den Seitenwänden 18 befestigt sein können und die sich etwas unter dem Flüssigkeitsspiegel der Flüssigkeitsmischung erstrecken. Das Gas kann dabei von einer Stufe zur nächsten durch öffnungen in den Trennwänden 60 treten oder mittels Leitungen 64, die Ventile 66 enthalten, überführt werden. Während im Ausführungsbeispiel Trennwände 60 zwischen dem ersten, zweiten und dritten Oberflächenbelüfter 70 vorgesehen sind, können solche Trennwände 60 natürlich auch zwischen allen oder einer beliebigen Anzahl" von Oberflächenbelüftern angebracht werden.

Um die Flüssigkeitsmischung zur Massenübertragung in Berührung mit dem sauerstoffreichen Belüftungsgas zu bringen, ist eine Anzahl von Oberflächenbelüftern 70 vorgesehen, deren jeder ein Schaufelrad 71 aufweist, das an einer Welle 72 befestigt und über diese von einem Motor 74 konstanter oder variabler Drehzahl über ein Getriebe 76 von konstanter oder variabler Geschwindigkeit angetrieben ist Aus Gründen, die weiter unten noch näher erläutert werden, handelt es sich bei den Untersetzungsgetrieben 76 vorzugsweise um solche, die nicht nur die Wellen 72 mit gewünschten Drehzahlen antreiben können, sondern darüber hinaus ein Anheben oder Absenken der Schaufebäder 71 innerhalb der Grenzen der vertikalen Höhe der Schaufelblätter gestatten; solche Untersetzungsgetriebe mit Einstell möglichkeit für unterschiedliche Höhen sind im Handel

erhältlich.

Bei Anwendungen, wo die Tiefe des Tanks 10 eine Neigung suspendierter Festteilchen sich am Boden abzusetzen ergibt, kann die Welle 72 verlängert und mit einem untergetauchten Schaufelrad 78 versehen wer- ι den, das lediglich die Aufgabe hat, die Festteilchen in Suspension zu halten.

Aus der Verwendung von Motoren 74 mit variabler Drehzahl oder von Untersetzungsgetrieben 76 von variabler Geschwindigkeit ergibt sich die Möglichkeit ι ο einer einfachen Veränderung der Drehzahl der Oberflächenbelüfter bzw. der Schaufelräder 71. Auf diese Weise kann der Wert von N zwecks Änderung des weiter oben erwähnten Verhältnisses Λ/χ D/U geändert und dadurch wiederum der Mischungsgrad zwischen den nicht unierteilten Flüssigkeitsbereichen unterhalb der Oberflächenbelüfter erheblich geändert und gesteuert werden. Zusätzlich zur Änderung des Wertes von N ergibt die Möglichkeit des Anhebens oder Absenkens der Schaufelräder zum Ändern der Eintauchtiefe der Schaufelräder 71 in die Flüssigkeitsmischung einen zweiten variablen Arbeitsparameter, der den Grad der Vermischung zwischen den Bereichen ändert. Die Anzahl der Schaufeln je Schaufelrad, und der Anstellwinkel derselben kann auch ursprünglich oder durch Austausch so gewählt werden, daß dadurch der Vermischungsgrad zwischen den Bereichen geändert wird. Es kann daher jeder dieser Parameter der Konstruktion und der Arbeitsweise gewählt oder verändert werden, um das Rückstromverhältnis zu ω ändern.

Auch in Fällen, wo Motoren konstanter Drehzahl und Getriebe konstanter Geschwindigkeit verwendet werden, kann der gewünschte Wert des Mischfaktors Nx D/U durch geeignete Wahl der Werte für den r> Schaufelraddurchmesser D oder die lineare Geschwindigkeit U oder beide erreicht werden. Zum Beispiel kann beim Entwurf einer Vorrichtung nach der Erfindung die Größe der Oberflächenbelüfter so gewählt werden, daß man einen Durchmesser erhält, der den gewünschten Wert des Mischfaktors innerhalb der nachstehend angeführten Werte ergibt. Zusätzlich kann jeder der individuellen Oberflächenbelüfter, die in der Zeichnung gezeigt sind, tatsächlich eine Anzahl Belüftungseinrichtungen mit unterschiedlichen Schaufelraddurchmessern aufweisen, derart, daß eine oder mehrere der kleineren oder größeren Schaufelräder in Abhängigkeit von Änderungen der einfließenden Flüssigkeitsmischung abwechselnd oder gleichzeitig betrieben werden können, so daß der Mischfaktor innerhalb des gewünschten Bereichs von Werten trotz Schwankungen in den Zuströmbedingungen gehalten werden kann, wie sie sich durch tägliche oder saisonbedingte Fluktuationen ergeben. Es können somit eine oder mehrere Belüftungseinrichtungen mit Schaufeirädern kleineren Durchmessers unter den üblicherweise nachts auftretenden Bedingungen betrieben werden, wenn das Zuströmvolumen stark abfällt und damit seinerseits den Wert der linearen Geschwindigkeit U herabsetzt Umgekehrt können die Belüftungseinrichtungen mit größerem Durchmesser zusammen oder ohne diejenigen mit kleinerem Durchmesser verwendet werden, wenn tägliche Belastungsspitzen der Strömungsrate auftreten oder während der Belastungsspitzen, die saisonbedingt sind, wie etwa während Perioden mit starken Regenfällen oder mit verstärkter industrieller Aktivität Auch können unterschiedliche Werte von Nx D/Ufür einige der Belüftungseinrichtungen gewählt werden, so daß benachbarte Einrichtungen mit unterschiedlichen Mischfaktoren zusammenwirken können, um unterschiedliche Grade des Rückstromverhältnisses zwischen den ihnen zugeordneten Flüssigkeitsbereichen zu ergeben.

Wenn die Strömungsrate des Abwasserzuflusses aus irgendeinem der obenerwähnten Gründe ansteigt, wächst offenbar auch der Wert von U mit daraus sich ergebender Abnahme des Wertes von Nx D/U, wo N und D feste Größen sind. Es wurde jedoch gefunden, daß, da das Rückstromverhältnis abnimmt, wenn der Wert von Nx. D/D/U abnimmt, der Grad der effektiven Stufenbildung zunimmt. Die Vorrichtung hat daher die ihr inherente und besondere Fähigkeit, ihre Wirksamkeit zu steigern, wenn die Zuflußrate von Abwasser die vorgesehene Kapazität übersteigt

Normalerweise wird die lineare Geschwindigkeit U anfänglich gewählt, aber in manchen Fällen kann sie während des Betriebs der Abfall- bzw. Abwasserbehandlungsanlage geändert werden. Der anfängliche Wert kann durch geeignete Wahl der Querschnittsfläche A des Durchströmkanals für ein gegebenes Volumen des Zustroms pro Zeiteinheit bestimmt werden. Zusätzlich kann in manchen Fällen das Zuströmvolumen pro Zeiteinheit dadurch geändert oder gesteuert werden, daß die Rate des durch die Pumpe 42 zugeführten Schlamms geändert oder daß eine Pumpe 90 veränderbarer Geschwindigkeit und/oder ein Ventil 92 in der Zuführleitung 22 vorgesehen wird. Zum Beispiel kann die Verwendung solcher Pumpen oder Ventile zum Steuern des Zuflußvolumens pro Zeiteinheit und dadurch der linearen Strömungsgeschwindigkeit U in Fällen verwendet werden, wo die gesamte Abwässerbehandlungsanlage ein stromaufwärts gelegenes erstes Klärbecken aufweist das auch als Beruhigungstank zum Vermindern und/oder Steuern volumetrischer Strömungsschwankungen dienen kann, oder wo der gesamte Belüftungstank eine Anzahl getrennter Belüftungs-Strömungswege oder Kanäle in paralleler Schaltung aufweist, von denen nur einer in der Zeichnung gezeigt ist. Es kann dann die Zuströmrate für jeden Belüftungskanal durch die Verwendung von Ventilen 92 geändert werden, um die Zahl der Kanäle, die gleichzeitig in Betrieb sind, zu vergrößern oder zu verringern, und/oder es können die Pumpengeschwindigkeiten geändert werden, um eine Änderung der Zuströmrate zu bewirken oder eine solche Rate aufrechtzuerhalten.

Die Erfindung sieht daher vor, daß jeder der Parameter N, D und U ursprünglich gewählt und/oder individuell oder in verschiedenen Kombinationen geändert wird, um den Belüftungs-Mischfaktor Nx D/U zu bestimmen und zu ändern und dadurch wieder das Rückströmverhältnis während des Betriebs der Anlage zu bestimmen und/oder zu verändern.

Es wurde auch noch ein zweiter Faktor gefunden, der den Grad der Vermischung zwischen den Bereichen wesentlich beeinflußt Dieser Faktor bezieht sich auf die Eintauchtiefe der Gastrennwände in die Flüssigkeitsmischung. Es können daher vertikal bewegbare Oberflächentrennwände 80 zum Einsatz kommen, die gehoben und gesenkt werden können, beispielsweise mit Hilfe von Steuerstangen 82, die von Motoren 84 über Untersetzungsgetriebe 86 betätigt werden. Natürlich können anstelle der Motoren 84 und Getriebe 86 auch geeignete von Hand betätigbare, hydraulische, pneumatische oder mechanische Antriebseinrichtungen zum Heben und Senken der bewegbaren Trennwände 80

dienen. Weiter ist zu bemerken, daß die bewegbaren Trennwände 80 unabhängig davon verwendet werden können, ob feste Trennwände 60 vorgesehen sind oder nicht, wie dies beispielsweise durch die bewegbare Trennwand 80a gezeigt ist, der keine feste Trennwand 60 zwischen den letzten beiden Flüssigkeitsbereichen des gezeigten Ausführungsbeispiels zugeordnet ist. Auch werden nach der Erfindung nicht bewegbare Oberflächentrennwände für solche Anwendungen vorgesehen, wo unterschiedliche Eindringtiefen der Trennwände nicht erforderlich sind.

Bei solchen Anwendungen können feste Trennwände verwendet werden, die sich um eine vorbestimmte Länge in die oberste Schicht der Flüssigkeitsmischung hinein erstrecken, und solche festen Trennwände können der untere Teil der Trennwände 60 oder getrennte kurze Trennwände sein, entsprechend den Trennwänden 80, jedoch starr statt bewegbar gelagert. Der Ausdruck »Oberflächentrennwand« bezeichnet daher hierin jede Art von Trennwand, die sich nur um ein kurzes Stück in den oberen Teil bzw. die obere Schicht der Flüssigkeitsmischung hineinerstreckt, unabhängig davon, ob eine solche Trennwand, fest, bewegbar, Teil einer Gastrennwand oder eine gesonderte Trennwand ist Normalerweise sollten sich solche Oberflächentrennwände über den größeren Teil der Breite des Strömungsweges oder Flüssigkeitsbecken erstrecken, aber es ist nicht erforderlich, daß sie sich über die gesamte Breite erstrecken, wofür eine Anzahl von Faktoren, darunter z. B. die Größe der gewünschten Rückströmung, die Eintauchtiefe usw. maßgebend sind.

Nachdem vorstehend die mechanischen Teile der Vorrichtung und die Verfahrensparameter beschrieben wurden, von denen gefunden wurde, daß sie die

anfängliche Wahl sowie Änderungen des Grades an Vermischung der Bereiche ermöglichen, werden nunmehr nachfolgend die bevorzugten und optimalen Werte dieser Verfahrensparameter näher beschrieben. Bei den erwähnten Versuchen wurde eine Pilotanlage betrieben, deren Belüftungstank durch Gastrennwände — ähnlich den Trennwänden 60 — in fünf Gasstufen unterteilt war, in deren jeder sich eine Einrichtung zum Belüften der Oberfläche befand. Dieser Belüftungstank hatte keine Unterteilungen oder Trennwände, die sich durch die Flüssigkeitsmischung erstreckten, sondern wurde lediglich mit Gastrennwänden unterschiedlicher Eindringtiefe in die oberste Schicht der Flüssigkeitsmischung betrieben.

Wären physische, jeweils zwischen den Belüftungseinrichtungen sich durch die Flüssigkeitsmischung erstreckende Trennwände vorgesehen gewesen, so ist ersichtlich, daß maximal fünf Flüssigkeitsbereiche bzw. Teilbereiche vorgesehen gewesen wären. Als Untersuchungsergebnis mit der Pilotanlage ohne physische Trennwände in der Flüssigkeit wurde festgestellt, daß die Anlage so arbeitete, als ob vier oder mehr physisch getrennte Flüssigkeitsbereiche vorhanden gewesen wären, wenn die Parameterwerte verwendet wurden, die unten in Tabelle I unter »optimaler Bereich« angeführt sind. Bei dieser Arbeitsweise hat das System also eine »effektive Stufung« von 80% oder mehr. Ein Betrieb außerhalb des optimalen Bereichs führte zu einem »bevorzugten Bereich«, in dem eine »effektive Stufung« von 60% oder mehr erreicht wurde, während ein Betrieb innerhalb des als »Brauchbarer Bereich« bezeichneten breiteren Bereichs eine »effektive Stufung« in der Größenordnung von 30% oder mehr ergab.

Tabelle I

Parameter für »effektive Stufung«

Brauchbarer Bereich Bevorzugter Bereich

Optimaler
Bereich

g/q (Rückstromverhältnis)

NXDIU (Belüftungsmischfaktor)

Geschwindigkeit (U) Meter/Minuten

% Eindringtiefe der Oberflächentrennwände

0,02-4,0	0,02-1,2	0,02-0,55
10-550	10-250	10-150
0,008-0,5	0,014-0,23	0,015-0,08
2-10%	6-15%	10-20%

Den vorstehenden Daten ist zu entnehmen, daß für kommerzielle Belüftungssysteme mit Tiefen der Flüssigkeitsmischung im Bereich zwischen 2,4 —7,6 m die Oberflächentrennwände nur eine Eindringtiefe im Bereich von 15 bis 90 cm zu haben brauchen, und zwar selbst dann, wenn ein hohes Maß an effektiver Stufung gewünscht ist Zugleich ergeben diese Studien mit der Pilotanlage das MaB, in dem die gleiche physikalische Anlage oder Teile derselben betrieben werden können, um eine Arbeitsweise mit Aktivschlamm zu ergeben, die einer vollständigen Vermischung angenähert ist Diejenigen Steuerparameter, von denen gefunden wurde, daß sie annähernd einer solchen Arbeitsweise mit vollständiger Vermischung entsprechen, sind nachstehend in Tabelle II aufgeführt.

Tabelle II

Parameter für die Annäherung an das CMAS-Verfahren

g/q (Rückstromverhältnis) >4,0

Nx D/T7(Belüftungsmischf aktor) > 550 Geschwindigkeit (U)

Meter/Minuten < 0,008 % Eindringtiefe der

Oberflächentrennwände <2% Es ist daher ersichtlich, daß die Erfindung nicht nur

einen hohen Grad an »effektiver Stufung« ergibt, ohne daß durch die Flüssigkeitsmischung sich erstreckende

Trennwände verwendet werden, sondern auch einen

bisher nicht erreichbaren Grad an Flexibilität der

ursprünglichen Anlage und/oder Betriebsweise eines oxygenierten Abfall- bzw. Abwasserbehandlungssystems in einer Anzahl sehr unterschiedlicher Verfahren ermöglicht. Hinzu kommt, daß nach der Erfindung die Möglichkeit gegeben ist, das Einlaßende eines oxyge- ■-, nierten Belüftungstanks auf eine Weise zu betreiben, die dem CMAS-Verfahren nahekommt, beispielsweise um den sehr häufig anzutreffenden, in weiten Grenzen schwankenden Zuflußbedingungen Rechnung zu tragen, während zugleich die Möglichkeit besteht, den restli- κι ohen Teil des Tanks mit effektiver Stufung der Flüssigkeitsmischung zu betreiben, wodurch ein Maximalwert der Verminderung des biochemischen Sauerstoffbedarfs pro Volumeneinheit des Beiüftungstanks

erzielt wird.

Die anhand der Zeichnung beschriebene Anlage kann z. B. nur als ein Teil des gesamten Belüftungssystems verwendet werden, das weiter einen oder mehrere Flüssigkeitsbereiche umschließen kann, die von einer oder mehreren Trennwänden stromaufwärts und/oder stromabwärts der von Trennwänden freien, oben beschriebenen, Flüssigkeitsbereiche geformt sind. Auch ist die Kombination von stromaufwärts oder stromabwärts vorgesehenen, durch Trennwände gebildeten Bereichen zusätzlich zu den offenbarten, von Trennwänden in der Flüssigkeit freien Bereichen, die auf eine Vielzahl unterschiedlicher Arten betrieben werden können, möglich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Reduzieren des biochemischen Sauerstoffbedarfs einer Flüssigkeitsmischung, die man durch eine nicht unterteilte, höchstens in der obersten Schicht der Flüssigkeitsmischung mit eintauchenden Oberflächen-Trennwänden versehene Flüssigkeitszone eines eine gasdichte Deckwand aufweisenden Belüftungstanks fließen läßt, in den ein mindestens 50 Volumenprozent Sauerstoff enthaltendes Belüftungsgas eingeführt wird und wobei die Flüssigkeitsmischung in der genannten Zone mit dem Belüftungsgas oxygeniert wird, indem man eine Anzahl Oberflächenbelüfter rotieren und kontinuierlieh Teile der Flüssigkeitsmischung mit dem Belüftungsgas in Berührung treten läßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückströmve.hältnis g/q der Flüssigkeitsmischung zwischen benachbarten Oberflächenbelüftern gesteuert und auf Werte zwischen 0,02 und 4,0 eingestellt und der Mischfaktor Nx D/U in der genannten Flüssigkeitszone zwischen 10 und 550 gehalten wird, wobei #[m³/min] die Rückflußmenge zwischen benachbarten Flüssigkeitsbereichen unterhalb benachbarter Oberflächenbelüfter, gfjnVmin] die Vorwärtsflußmenge zwischen benachbarten Flüssigkeitsbereichen und l/[m/min] die lineare Fließgeschwindigkeit vom Eintritts- zum Austrittsende des Belüftungstanks sowie N die Drehzahl pro Minute und jo D[m] der Schaufeldurchmesser der Oberflächenbelüfter bedeuten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischfaktor zwischen 10 und 250, vorzugsweise zwischen 10 und 150 gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintauchtiefe der Schaufeln der Oberflächenbelüfter und/oder Anstellwinkel und Anzahl der Schaufeln geändert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lineal e Fließgeschwindigkeit t/der Flüssigkeitsmischung zwischen 0,008 und 0,5 m/min gehalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lineare Fließgeschwindigkeit U zwischen 0,014 und 0,23 m/min, vorzugsweise zwischen 0,015 und 0,08 m/min gehalten wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückströmverhältnis g/q zwischen 0,02 und 1,2 vorzugsweise 0,02 und 0,55 gehalten wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein mit einer gasdichten Deckwand versehener Belüftungstank vorgesehen ist, der einen nicht unterteilten, höchstens in die oberste Flüssigkeitsschicht eintauchende Oberflächen-Trennwände aufweisenden, die Flüssigkeitsmischung aufnehmenden Durchflußkanal bildet, und wobei eine Einrichtung zum Zuführen eines mindestens 50 Volumenprozent Sauerstoff eo enthaltenden Belüftungsgases zu diesem Durchflußkanal und eine Anzahl von Oberflächenbelüftern in Abständen längs des Durchflußkanals vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zum Einstellen des Rückströmverhältnisses g/q der b5 Flüssigkeitsmischung zwischen benachbarten Oberflächenbelüftern (70) auf Werte zwischen 0,02 und 4,0 vorgesehen sind, daß die Drehzahl N dieser Belüfter, der Durchmesser D der Schaufeln dieser Oberflächenbelüfter (70) und die lineare Fließgeschwindigkeit U längs des Durchflußkanals derart bemessen sind, daß der Mischfaktor Nx D/U zwischen 10 und 550 gehalten werden kann.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Oberflächen-Trennwänden (60, 80, SOa) zwischen wenigstens einigen der Oberflächenbelüfter (70) in die oberste Schicht der Flüssigkeitsmischung hinein sich erstreckend angeordnet ist

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen-Trennwände (80,8OaJ zum Heben und Senken angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen-Trennwände (60, 80, 80a; sich bis zu 2 bis 20% der Tiefe der Flüssigkeitsmischung, vorzugsweise bis zu 6 bis 15% oder 2 bis 10% hinein erstrecken.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis

10, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht unterteilte Flüssigkeitszone mindestens den größeren Teil des Belüftungstanks umfaßt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß der Belüftungstank eine erste und eine zweite Zone aufweist, daß die erste Zone die nicht unterteilte Flüssigkeitszone darstellt und daß die zweite Zone eine zweite nicht unterteilte Flüssigkeitszone bildet, die unter Bedingungen gehalten wird, unter denen sich näherungsweise eine vollständige Vermischung ergibt, bei der ein Rückströmverhältnis g/q größer als 4,0 und ein Oberflächenbelüfter-Mischfaktor von mehr als 550 vorhanden ist und daß die zweite Zone stromaufwärts oder stromabwärts von der ersten nicht unterteilten Zone liegt.