DE2515667C3

DE2515667C3 - Vorrichtung zum Belüften von belebtem Schlamm

Info

Publication number: DE2515667C3
Application number: DE2515667A
Authority: DE
Inventors: Norman Richard Lakewood Col. Wittrup (V.St.A.)
Original assignee: Ren Vand Inc Webster City Ia (vsta)
Current assignee: Ren Vand Inc Webster City Ia (vsta)
Priority date: 1974-04-10
Filing date: 1975-04-10
Publication date: 1978-11-16
Also published as: US3882017A; GB1450516A; CA1043476A; DE2515667B2; DE2515667A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Belüften von belebtem Schlamm nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs.

Es ist bekannt, daß die Belebung des Schlamms um so mehr gefördert wird, je besser der Schlamm durchlüftet wird. Eine sehr gute Belüftung wird mit der Vorrichtung nach der US-PS 32 06176 erreicht Sie enthält eine Förderpumpe, mit der fortlaufend Schlamm aus dem Klärbecken abgezogen und in ein Steigrohr eingeführt wird. Gleichzeitig wird Druckluft über ein Siebrohr in das Steigrohr eingeblasen und gründlich mit dem Klärschlamm verwirbelt. Anschließend wird der belüftete Schlamm über eine Förderleitung einer Mischkammer größeren Querschnitts zugeführt Durch die Querschnittserweiterung ergibt sich eine erhöhte Turbulenz und Durchmischung, so daß am Ende der Mischkammer der wieder in das Klärbecken ausgelasse- ^3S ne Schlamm gründlich mit feinverteilten Luftbläschen durchsetzt ist.

Die starke Turbulenz in der Mischkammer fördert jedoch stark die Schaumbildung, die wegen der Verstopfungsgefahr der Leitungen und Siebe und *<> wegen des häßlichen Aussehens außerordentlich gefürchtet ist Aus diesem Grund war es bisher nicht möglich, die bekannte Vorrichtung bis zur vollen Leistungsfähigkeit auszunutzen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der auch bei hohem Durchsatz und erhöhter Turbulenz eine Schaumbildung in der Mischkammer verhindert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden so Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Während in der Mischzone dank dem Rückstau an der Drosselstelle eine starke Turbulenz mit kräftiger Durchmischung erzeugt wird, kann der belüftete Schlamm sich in der Trennzone hinter der Drosselstelle beruhigen und die nichtverbrauchten Gase können durch eine Abzugsleitung ins Freie gelangen, bevor der belebte Schlamm mit immer noch hoher Geschwindigkeit in das Klärbecken ausgestoßen wird. «>

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich in wenigen Sekunden ein Sauerstoffgehalt von 70 bis 80% des Sättigungszustandes erreichen. Hierbei tritt keine übermäßige Schaumbildung auf, weil die überschüssigen Gase, die sich nicht gelöst haben, in dem beruhigten ^h<> Bereich der Trennzone abgeschieden werden. So zeigt die beschriebene Vorrichtung keine Verstopfungsprobleme und ermöglicht einen hohen Durchsatz des

Klärschlamms.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben. Hierin sind

F i g. 1 eine Seitenansicht einer Schlammbelüftungsvorrichtung ge maß der Erfindung,

F i g. 2 eine Teilansicht mit weggebrochenen Teilen, F i g. 3 ein Schnitt längs der Linie 3-3 in F i g. 2,

F i g. 4 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 5 ein Schnitt längs der Linie 5-5 in F i g. 4, F i g. 6 ein Schnitt längs der Linie 6-6 in F i g. 5,

Fig.7 eine Teildarstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und

F i g. 8 ein Schnitt längs der Linie 8-8 in F i g. 7.

Die in F i g. 1 dargestellte Belüftungsvorrichtung befindet sich in einem Schlammbecken 10 mit einem Einlaß 12 für frische Abwässer und einem Auslaß 14 für biologisch geklärte Abwasser. Das Becken ist mit ungeklärtem Abwasser 16 gefüllt Dieses besteht aus menschlichen und sonstigen Fäkalien und einer großen Menge von Wasser. Es wird nachstehend als Schlamm bezeichnet Wie man sieht, befindet sich die Behandlungsvorrichtung unterhalb der Wasseroberfläche 18; es handelt sich also um ein Tauchsystem.

In dem Becken 10 befindet sich eine Unterwasserpumpe 20 mit Einlaß 22. Die Pumpe 20 ist über elektrische Leitungen 26 an ein Energienetz angeschlossen. Die Pumpe ist beispielsweise eine selbstansaugende Zentrifugalpumpe mit einer Leistung von 2 PS und einem Durchsatz von 8001 je Minute. Der Schlamm wird am Einlaß 22 angesaugt und in das Steigrohr 28 gedrückt. Das Steigrohr 28 stellt einen geschlossenen Behandlungsraum für den Schlamm dar. Wie aus F i g. 1 und 2 ersichtlich, hat das Steigrohr 28 einen Auslaß 30 von geringerem Durchmesser als der Innendurchmesser des Steigrohres 28. In das Steigrohr ragt von oben ein Siebrohr 32 mit Löchern 34 zum Einblasen von Druckluft in den im Steigrohr 28 befindlichen Schlamm. Das Siebrohr 32 ist an seinem unteren Ende mit einem Stopfen 36 verschlossen. Wie aus F i g. 1 ersichtlich, steht das Siebrohr 32 über ein Absperrorgan 38 mit einem Kompressor 40 in Verbindung.

Im Betrieb ist die Strömung des Schlamms bzw. Abwassers 16 im Steigrohr 28 äußerst turbulent. Da der Einlaß und der Innendurchmesser des Steigrohres 28 größer als der Auslaß 30 sind, wird ein Rückstau in dem Steigrohr erzeugt, wodurch Turbulenz hervorgerufen wird. Das Einblasen der Druckluft in das Steigrohr 28 bewirkt eine weitere Erhöhung der Turbulenz. Durch diese starke Verwirbelung im Steigrohr 28 ergibt sich eine innige Vermischung der Luft mit dem Klärgut. So wird der Schlamm mit zahlreichen kleinen Luftbläschen durchsetzt.

Der belüftete Schlamm verläßt das Steigrohr 28 durch den Auslaß 30. Dieser wird durch eine Armatur bekannter Art gebildet, mittels derer eine Leitung 42 in einen mit Innengewinde versehenen Ansatz 44 des Steigrohres 28 eingeschraubt werden kann. Die Leitung 42 und eine weitere Leitung 48 sind bei 50 dichtend verbunden. Die Leitungen 42 und 48 definieren eine Förderzone von geringerer lichter Weite als die lichte Weite des Steigrohres 28. Infolgedessen ist die Strömungsgeschwindigkeit des Schlamms in der Förderzone bzw. den Leitungen 42, 48 größer als die Geschwindigkeit im Steigrohr 28. Daraus folgt nach aerodynamischen Gesetzen, daß die Turbulenz in der Förderzone erhöht wird. Dies ist vorteilhaft, weil so in

der Förderzone der belüftete Schlamm gründlich durchmischt wird, wodurch die Löslichkeit der eingeschlossenen Luftbläschen erhöht wird.

Nach dem Durchströmen der Förderzone mit erhöhter Turbulenz gelangt der belüftete Schlamm in eine Misch- und Trennzone, die durch eine rohrförmige Mischkammer 52 größeren Durchmessers gebildet wird. Wegen des größeren Durchmessers verringert sich die Strömungsgeschwindigkeit des Schlamms beim Eintritt in die Mischzone. Auf die Mischzone 54 folgt die Trennzone 56 innerhalb der Mischkammer 52, In der Trennzone 56 befindet sich ein Gasabzugsrohr 58 für überschüssige bzw. ungelöste Luft und andere Gase; dieses Abzugsrohr hat einen wesentlich kleineren Durchmesser als die Mischkammer 52. Das Abzugsrohr 58 mündet oberhalb der Wasseroberfläche 18 des im Klärbecken befindlichen Schlamms bzw. Abwassers 16.

Hinter dem Abzugsrohr 58 befindet sich der Auslaß 60 für den belüfteten Klärschlamm, durch den der Schlamm zurück in das Becken 10 gelangt Vorzugsweise hat der Auslaß 60 geringeren Durchmesser als die Misch- und Trennzone, um eine gewisse Druckerhöhung und eine entsprechende Turbulenz des durch den Auslaß 60 ausströmenden Schlamms zu erzielen.

Die Mischzone 54 und die Trennzone 56 sind innerhalb der Mischkammer 52 durch eine Drosselstelle 62 getrennt und das Abzugsrohr 58 befindet sich stromabwärts von diesem Hindernis, das eine Querschnittsverengung bewirkt.

Im Betrieb tritt der belüftete Klärschlamm mit erhöhter Geschwindigkeit in die Mischzone 54 ein, da diese größere Innendurchmesser als die Förderzone bzw. Leitungen 42,48 aufweist. Das Hindernis bzw. die Drosselstelle 62 behindert die Strömung und bewirkt den Aufbau eines Rückstaus, wodurch eine sehr starke Turbulenz in der Mischzone 54 entsteht. Diese Turbulenz mit erhöhtem Druck gewährleistet eine hervorragende Vermischung und Berührung zwischen der Luft und dem Klärgut, fördert die Löslichkeit der Luft in dem Klärgut und verteilt etwa noch vorhandene größere Luftblasen, die später zur Schaumbildung neigen würden. Das gründlich durchmischte Klärgut gelangt durch eine Öffnung 64 in dem Hindernis bzw. der Drosselstelle 62 in die Trennzone 56. In dieser Trennzone fällt der Rückstau weg, wodurch die Geschwindigkeit des belüfteten Schlamms sich hier verringert. Dadurch können die noch nicht gelösten Gase in der Trennzone 56 nach oben steigen, während das belüftete Klärgut sich am Boden der Trennzone 56 sammelt. Die überschüssigen ungelösten Gase, die sonst zur Schaumbildung beitragen könnten, werden so durch das Abzugsrohr 58 abgeführt. Sie gelangen oberhalb der Wasseroberfläche 18 ins Freie, weil die ungelösten Gase einen hohen Anteil an Stickstoff aufweisen, der weniger als Sauerstoff in Wasser löslich ist. Da der Stickstoff die Aktivität der aeroben Bakterien nicht fördern kann und somit eine größere Menge gelösten Stickstoffs im Klärgut keinen Vorteil mit sich bringen und sogar schädlich sein würde, ist es besser, die ungelösten Gase in die Atmosphäre zu entlassen. Das Abzugsrohr 58 enthält kein Absperrorgan und keine Hindernisse. Auch dadurch wird der Schaumbildung entgegengewirkt. Die lichte Weite des Auslaßrohres 68 ist hinsichtlich des Durchmessers der Trennzone 56 nur so weit verringert, um zu gewährleisten, daß zum Auslaß 60 nur die belüftete Flüssigkeit strömt, ohne daß Schaumbildung auftreten kann.

Am Ende des Auslaßrohres befindet sich die Auslaßöffnung, durch welche der belüftete Schlamm in das Klärbecken entlassen wird. Durch den geringfügig verringerten Durchmesser der Auslaßöffnung wird die Mischung des austretenden Schlamms mit dem bereits im Becken 10 befindlichen Klärgut gefördert

F i g. 4 bis 8 zeigen einige Abänderungsmöglichkeiten

ίο der beschriebenen Vorrichtung. In Fig.4 befindet sich die Pumpe 20a außerhalb des Wassers und statt des Siebrohres wird ein konzentrisches Rohr zur Luftzufuhr verwendet, wie F i g. 5 und 6 zeigen. Die Druckluft wird durch den Einlaß 70 in einen Ringraum geführt und

gelangt von dort durch Öffnungen 72 in die Zone, welche -den zu belüftenden Schlamm enthält. Durch das Einblasen der Druckluft entsteht auch hier eine starke Turbulenz.

Bei der Ausführungsform nach Fig.7 teilt sich das Druckluftzuführungsrohr 73 in zwei Zweigleitungen 74 und 76, durch weiche die Druckluft auf gegenüberliegenden Seiten der Schlammleitung zugeführt wird. Ferner ist in der Ausführungsform nach F i g. 7 und 8 ein Sieb 78 vor der Misch- und Trennzone vorgesehen, wodurch bereits in der Zuführungszone der Druckluft ein erhöhter Staudruck und dadurch eine vergrößerte Turbulenz erzeugt wird.

_Μ Beispiel

Es wurde ein Becken 10 verwendet, das mit 25 0001 Schlamm gefüllt war. Der Schlamm durchsetzte das Becken 10 mit einer Geschwindigkeit von 101 pro Minute. Die Pumpe 20 hatte eine Leistung von 2 PS und eine Kapazität von 8001 pro Minute bei einem Ausgangsdruck von 4 m. Das Steigrohr 28 hatte eine Höhe von 0,3 m und einen Innendurchmesser von 75 mm. Das Siebrohr 32 hatte einen Innendurchmesser von 12 mm und die Löcher 34 hatten einen Durchmesser von 8 mm. Das reichte aus, um eine Verstopfung zu verhindern und doch die Bildung kleiner Bläschen zu ermöglichen. Der Kompressor 40 hatte eine Leistung von 0,25 PS und eine Kapazität von etwa 0,07 cbm Luft je Minute bei einem Druck von 0,45 kg/cm². Der Durchmesser des Auslasses 30 des Steigrohres und der Förderzone betrug 65 mm. Die Förderzone hatte eine Länge von 150 mm. Die lichte Weite der Mischkammer 52 und demgemäß der Mischzone 54 und der Trennzone 56 betrug 100 mm. Die Länge der Mischzone 54 war

so 200 mm und diejenige der Trennzone 56 400 mm. Der Durchmesser des Abzugsrohres 58 war 25 mm und derjenige des Auslaßrohres 68 60 mm.

Der mittlere Sauerstoffgehalt des in das System eintretenden Schlamms betrug 1,0 ppm. Nach der Belüftung hatte an dem Auslaß 60 der mittlere Sauerstoffgehalt einen Wert von 5,5 ppm. Weitere Untersuchungen ließen erkennen, daß die Erhöhung des Sauerstoffgehalts im Bereich von 70 bis 80% des Sättigungsgehalts lag.

Es wurde keine übermäßige Schaumbildung beobachtet und die biologische Zersetzung des Klärschlamms wurde erheblich verstärkt. Verstopfungen kamen nicht vor. Die von der Unterwasserpumpe erzeugte Wärme wurde durch das Klärgut im Becken 10 aufgenommen

hi und trug zu dessen Temperierung bei.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zum Belüften von belebtem Schlamm mit einer Förderpumpe, einem Steigrohr, einem Rohr für die Zufuhr von Druckluft in den durch das Steigrohr geförderten belebten Schlamm und einer Mischkammer, die über eine Förderleitung geringeren Querschnitts mit dem Steigrohr verbunden ist und einen Schlammauslaß aufweist, gekennzeichnet durch eine innerhalb der Mischkam- mer (52) angebrachte Drosselstelle (62), weiche die Mischkammer in eine Mischzone (54) und eine Trennzone (56) unterteilt, und ein aus der Trennzone ins Freie führendes Gasabzugsrohr (58).

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