DE2520397B2 - Anlage zur Reinigung von Abwasser nach dem Belebtschlammverfahren - Google Patents
Anlage zur Reinigung von Abwasser nach dem BelebtschlammverfahrenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Reinigung von
Abwasser nach dem Belebtschlammverfahren, mit einem Oxydationsgraben und Nachklärbecken, wobei
der Oxydationsgraben eine Einrichtung für die geregelte Zugabe des zu reinigenden Abwassers, zumindest
eine Umwälzbelüftungseinrichtung mit horizontalachsigem Walzenrotor für die Belüftung und für die
Umwälzung der Abwasser/Belebtschlamm-Emulsion aufweist und wobei dem Abzug zum Nachklärbecken
ein höhenverstellbares Oberlaufwehr zugeordnet ist, welches nach Maßgabe des Sauerstoffgehaltes der
Abwasser/Belebtschlamm-Emulsion im Bereich des Abzuges höhenverstellbar ist und an das Nachklärbekken eine Einrichtung für die geregelte Rückführung von
Rückführschlamm angeschlossen ist, die im Oxydationsgraben mündet.
Unter den Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser aller Art gewinnt das Belebtschlammverfahren zunehmend an Bedeutung. Es sind dafür verschiedene Verfahrensweisen vorgeschlagen wordsn. Stets
erfolgt der Reinigungsablauf in verschiedenen Phasen,
wobei sich die einzelnen reaktionskinetischen Vorgänge
in besonderen Merkmalen unterscheiden und, obwohl sie ineinander übergehen, in ihrem Ablauf voneinander
abgegrenzt werden können. Die Abwasserreinigung nach dem Belebtschlammverfahren wird verständlich
über die biochemischen und molekular-biologischen Vorgänge. Vergleichende Untersuchungen zwischen
dem Belebtschlammverfahren zur Abwasserreinigung und dem modernen biotechnischen Produktioiisverfah
ren mittels einstufiger Bioreaktoren haben Hinweise
ergeben auf die besonderen Faktoren, die für die Umsetzung eine wichtige Rolle spielen. Dazu gehören
hauptsächlich: Durchmischungsgrad von Biomasse, abwassertechnisch ausgedrückt von Belebtschlamm-
is masse und Nährstofflösung, von Sauerstoffangebot und
Umsetzungsproduktion sowie die hierbei herrschenden Konzentrationsverhältnisse und Milieubedingungen;
Gleichgewicht zwischen Wachstum und Ausschwemmung der Bakterien oder sonstigen Mikroorganismen.
Bei der biologischen Abwasseraufbereitung und insbes, beim Belebtschlammverfahren ist die Elimination der Abwasserinhaltsstoffe eindeutiger Zweck des
Verfahrens und die Produktion und Erhaltung der als Belebtschlamm bezeichneten Biomasse nur Mittel für
diesen Zweck.
Bei einer bekannten Anlage erfolgt der Einlauf des Abwassers an einer bestimmten Stelle des Oxydationsgrabens (Lehr- und Handbuch der Abwassertechnik,
Band II, 1969, S. 584) oder über einen einfachen
wehrartigen Überlauf bzw. über ein einmündendes Rohr mit vorgesetzter Prallplatte (Lehr- und Handbuch der
Abwassertechnik, Band II, 1974, S. 157) in einem
verhältnismäßig breiten Strom. Der Rückführschlamm wird in ähnlicher Weise und an anderer Stelle geregelt
3^ eingeführt Es ist auch bekannt (Berichte der Abwassertechnischen Vereinigung e. V, die Münchener Tagung
1960, ZFGW-Verlag 1961, Seite 163) zur Regelung des Sauerstoffeintrags ein höhenverstellbares Überlaufwehr anzuordnen. Es versteht sich, iaß für die geregelte
Rückführung von Rückführschlamm und für die Regelung des Sauerstoffeintrags Meßverfahren entwikkelt worden sind, auf denen die Regelung beruht
(Umweltschutz-Städtereinigung 1972, Heft 2, Seite 31, bzw. gwf-wasser/abwasser, 1970, Heft 4, Seite 204).
Bei den bekannten Anlagen ist jedoch einerseits der oben gewähnte Durchmischungsgrad und andererseits
das Gleichgewicht zwischen Wachstum und Ausschwemmung der Bakterien und sonstigen Mikroorganismen häufig verbesserungsbedürftig. Erhebliche ZeII-
*'° Überschußproduktion sowie dementsprechend eine erhebliche Schlammproduktion kann die Folge sein. Die
Beseitung dieses Überschußschlammes wirft neue und zusätzliche Probleme auf und verlagert nur die
Probleme der Abwasserreinigung auf die der Schlamm
beseitigung. Bei niederbelasteten Anlagen, auf die sich
die Erfindung hauptsächlich bezieht, führen die beschriebenen Mängel dazu, daß die Verhältnisse nur bis
zu 2000 bis 3000 Einwohnergleichwerten beherrschbar sind. Bei höherer Belastung wird keine ausreichende
"° Reinigung erreicht oder muß die Erzeugung von
Überschußschlamm in Kauf genommen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Anlage so auszubilden, daß sie
betriebssicher und biologisch stabil so gefahren werden
6^ kann, daß Überschußschlamm in störendem Maße nicht
mehr produziert wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Bereich des Walzenrotors bzw. der Walzenrotoren die Einlauf-
einrichtung zumindest einen Abwasser-Feinverteiler, die Rückführeinrichtung zumindest einen Rückführ-Feinverteiler
aufweisen, wobei die Feinverteiler als über die Breite des Oxydationsgrabens quer zur Strömungsrichtung sich erstreckende Verteilerrinnen mit z. B.
begrenzenden Zackenbändern ausgebildet und in Strömungsrichtung vor und achsparallel zu dem
Walzenrotor angeordnet sind
Mit der erfindungsgemäßen Anlage können Durchmischungsgrad und Gleichgewicht zwischen Wachstum
und Ausschwemmung der Bakterien oder sonstigen Organismen ohne Schwierigkeiten so eingestellt, gesteuert
oder geregelt werden, daß eine Überschußschlammproduktion jedenfalls in störendem Maße nicht
mehr eintritt Dementsprechend entfallen auch Probleme der Schlammbeseitigung. Lm einzelnen erfolgt die
Abwasserreinigung in der beschriebenen Anlage in zwei sich unterscheidenden und aufeinanderfolgenden Stufen
mit verschiedenen Geschwindigkeitslauf. Die erste Stufe umfaßt die Absorption der organischen Verunreinigungen
des Abwassers an und in der Belebtschlammflocke. Dieser Vorgang verläuft verhältnisrr-sßig rasch,
in Verlauf von Minuten sowie in Abhängigkeit von der Intensität der Durchmischung von Abwasser und
aktivem Belebtschlamm, d. h. den Rückführschlamm. In
der zweiten Stufe werden die von der Belebtschlammflocke absorbierten Stoffe auf enzymatischem Wege
umgewandelt und von den Bakterienzellen biologisch aufgearbeitet, d. h. aufoxydiert und zum Zellsubstanzaufbau
verwendet Diese zweite Stufe, die wesentlich langsamer verläuft, kann bis zu mehreren Stunden
benötigen, bis schließlich das aufgenommene Abwasser umgewandelt und die Flocke wieder für die erste
Abbaustufe regeneriert wird. Diese beiden Stufen verlaufen im Oxydationsbecken nebeneinander ab.
Infolge der angegebenen Feinverteilung des Rückführschlammes wird der regenerierte Schlamm kurzfristig
mit den Verunreinigungen im Abwasser durch Absorption aufgeladen, wobei die Regelung so einstellbar ist,
daß die Reaktionspartner weitgehend ausgenutzt werden können. Anschließend erfolgt dann die Biosorption,
d. h. die biomolekulare Oxydationsreaktion, sowie der enzymatische Aufbau neuer Zellsubstanz. Dementsprechend
können die beiden biochemischen und molekularbiologisch differenzierten Stufen auch differenziert
durchgeführt, gesteuert bzv. geregelt werden.
Für die erste Stufe ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der
Abwasser-Feinverteiler und der Rückführschlamm-Feinverteiler mit dem Walzenrotor baulich vereinigt
sind. Dadurch läßt sich erreichen, daß die Absorption weitgehend an der Grenze des Zweiphasensystems
Flüssigkeit/Luft sowie, vermutlich infolge der Gegenwart von gasförmigem Sauerstoff, beschleunigt erfolgt.
Bei gattungsgeinäßen Anlagen sind ggf. Hilfsstoff-Zugabeeinrichtungen
vorgesehen, die dazu dienen, Hiifsstoffe, wie Flockungsmittel, Aktivierungsmittel, Zusatznährstoffe
u. dgl. in das Belebtschlammverfahren einzuführen. Das gilt insbes. dann, wenn es sich um die
Behandlung von einseitigen Industrieabwässern handelt. Für diese Ausführungsform lehrt die Erfindung in
Kombination zu den beschriebenen Maßnahmen, daß die Hilfsstoff-Zugabeeinrichtung einen Hilfsstoff-Feinverteiler
aufweist und der Hilfsstoff-Feinverteiler ebenfalls im Bereich des Walzenrotors, in Strömungsrichtung der Abwasser/Belebtschlamm-Emulsion vor
dem Walzenrotor und/der vor dem Abwasser-Feinverteiler bzw. vor dem Rückführschlamm-Feinverteiler
angeordnet sind.
Alle Feinverteiler der erflndungsgemäßen Anlage
führen das Abwasser, den Rückführschlamm bzw. die Hilfsstoffe so zu, daß sich in der Abwasser/Bclebtschlamm-Emulsion
ohne weiteres und kurzfristig eine feine Verteilung einstellt, in der alle Reaktionspartner
mehr oder weniger gleichmäßig verteilt sind. Da die Aufgabe im Bereich der arbeitenden Belüfter erfolgt
erfolgt gleichzeitig auch eine intensive Durchmischung.
,o Durch Regelung kann z. B. die Zumischung des
Rückführschlammes zum Abwasser stets so eingestellt werden, daß die Belastung des Abwassers an abzubauenden
Substanzen und die aktive Biomasse jeweils so übereinstimmen, daß die erste Phase des Reinigungs-
!5 ablaufes, die rasch verlaufende Anfangsabnahme, voll
ausgenützt werden kann, während die zweite langsamer fortschreitende Phase mit Zellaufbau in den weiteren
Strömungszonen optimal ablaufL Im Ergebnis läßt sich
erreichen, daß bei biologischer Vollreinigunß ein
Minimum an Überschußschlamm gebildet wird, und zwar bei einer Optimierung der /»bwasserreinigung
insgesamt Klassische niederbelastete Anlagen,, die erfindungsgemäß betrieben und entsprechend umgerüstet
werden, lassen sich höher belasten. Entsprechende Neuanlagen können bei vorgegebener Belastung
baulich kleiner ausgeführt werden als klassische.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung
ausführlicher erläutert
Die Figur zeigt eine Anlage zur Reinigung von Abwasser nach dem Belebtschlammverfahren in einer
schematischen Darstellung.
Das aus einem mechanischen Absetzbecken kommende Abwasser wird zum weiteren Ausgleich von
j5 Mengen und Belastungsschwankungen durch ein Pufferbecken
1 geleitet Darin hat das Abwasser eine durchschnittliche Verweilzeit von 6 bis 8 Stunden. Zur
Durchmischung und Sauerstoffeintrag ist dieses Pufferbecken 1 mit einem Rotor versehen, welcher das Wasser
zusätzlich umwälzt. Das aus dem Pufferbecken 1 abrufende Abwasser wird dem Oxydationsgraben 2
zugeführt dessen inhalt so bemessen ist daß eine durchschnittliche Verweilzeit von 20 bis 24 Stunden
gewährleistet ist.
Umwälzbelüftungseinrichtungen mit Walzer.rotoren 3 setzen das Wasser im Oxydationsgraben 2 in
Bewegung und belüften es in der Weise, daß ein gleichmäßiger OrSpiegel aufrechterhalten wird.
Vor den Waizer.rotoren 3 (in Bewegungsrichtung
,ο gesehen) sind in ihrer ganzen Breite als Verteilerrinnen
ausgebildete Abwasser-Feinverteiler 4, Rückführschlamm-Feinverteiler 5 angeordnet die als Überlaufrinnen
mit Zackenkante ausgebildet sind. Über die ZacKenkante der Verteilerrinne des Abwasser-Feinver-
v-, teiiers 4 wird von der einen Seite her Abvasser " über
die ganze Breite des Oxydationsgrabens 2 in dieses eingeleitet und von der anderen Seite her Rückführschlamm
8 aus dem Nachklärbecken 9.
Vom Oxydatiorjgraben 2 wird die Abwasser-Belebi-
Vom Oxydatiorjgraben 2 wird die Abwasser-Belebi-
hi schlamm-Emulsion 10 in bekannter Weise dem Nachklärbecken
9 zugeleitet zur Abtrennung von Schlamm 12 vom gereinigten Wasser 11. Alle Zulaufmengen
können an jeder der Verteilerrinnen getrennt dosiert werden, wie auch die Intensität der Belüftung durch die
• -, Eintauchtiefe und l>ehzahl der zugeordneten Rotoren
3 regelbar ist.
Durch die beschriebene Anordnung der Abwassereinleitung einerseits und der Rückführschlammdo'.KTung
andererseits kann in einfacher und technisch zweckmäßiger V/eise die für den Ablauf des Klärvorganges
wichtige technologische Forderung erfüllt werden, daß die Vermischung von regeneriertem und konzentriertem Belebtschlamm mit Abwasser 7 möglichst rasch und
vollständig sowie in einstellbaren dosierten Mengen erfolgen kann. Als erste Phase des Reinigungsvorganges
erfolgt dann in der Zone intensiver Durchlüftung rasch die Absorption wesentlicher Teile der BSBj-Last des
Abwassers an die Belebtschlammflocke, während auf dem weiteren Weg durch den Oxydatior.sgrabcn 2 in
der zweiten Phase bevorzugt der Abbau eier ächmuizstoffe durch Biosorption, d. h. durch biomolekulare
Oxydation in der Zelle sowie durch Aufbau neuer aktiver Biomasse erfolgen kann. Dieser Vorgang
verläuft wesentlich langsamer in einem Zeitablauf von
mehreren Stunden und in Abhängigkeit von den·
biochemischen Massenwirkungsgesetz (Subatratange bot, aktive Biomasse und Sauerstoffangebot).
Durch die beschriebenen Regelmöglichkeilen der fü
■> den Reinigungsvorgang maßgebenden Faktoren -Nährstoffangebot, Biomasse, OrAngebot, Durchmi
schung — läßt sich die Anlage anhand der ermitteltet Kennzahlen und Bemessungsgrößen so führen, daß eit
optimaler Reinigungsablauf erreicht wird und di
Ό Bildung von Überschußschlamm auf ein Minimun
beschränkt werden kann. Da die Beseitigung voi Überschuüsohiamm gleichfalls Probleme aufwirft, is
darin ein weiterer wesentlicher Fortschritt bei den beschriebenen Verfahren zur biologischen Abwasser
> reinigung zu sehen.
Claims (3)
1. Anlage zur Reinigung von Abwasser nach dem Belebtschlammverfahren, mit einem Oxydationsgraben und Nachklärbecken, wobei der Oxydationsgraben eine Einrichtung für die geregelte Zugabe des zu
reinigenden Abwassers, zumindest eine Umwälzbelüftungseinrichtung mit horizontalachsigem Walzenrotor für die Belüftung und für die Umwälzung der
Abwasser/Belebtschlamm-Emulsion aufweist und wobei dem Abzug zum Nachklärbecken ein
höhenverstellbares Überlaufwehr zugeordnet ist, welches nach Maßgabe des Sauerstoffgehaltes der
Abwasser/Belebtschlamm-Emulsion im Bereich des Abzuges höhenverstellbar ist und an das Nachklärbecken eine Einrichtung für die geregelte Rückführung von Rückführschlamm angeschlossen ist, die im
Oxydationsgraben mündet, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Walzenrotcrs (3)
bzw. der Walzenrotoren die Einlaufeinrichtung zumindest einen Abwasser-Feinverteiler (4). die
Rückführeinrichtung zumindest einen Rückführ· Feinverteiler (5) aufweisen, wobei die Feinverteiler
(4, 5) als über die Breite des Oxydationsgrabens (2) quer zur Strömungsrichtung sich erstreckende
Verteilerrinnen mit z. B. begrenzenden Zackenbändern ausgebildet und in Strörmingsrichtung vor und
achsparallel zu dem Walzenrotor (3) angeordnet sind.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abwasser-Feinverteiler (4) und der
Rückführschiamm-Feinverteiler (5) mit dem Walzenrotor (3) baulich vereinigt Jnd.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2 in der Ausführungsform mit Hilfsstoi Zugabeeinrichtung,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsstoff-Zugabeeinrichtung einen Hilfsstoff-Feinverteiler aufweist
und der Hilfsstoff-Feinverteiler ebenfalls im Bereich des Walzenrotors (3), in Strömungsrichtung der
Abwasser/Belebtschlamm-Emulsion (10) vor dem Walzenrotor (3) und/oder vor dem Abwasser-Feinverteiler (4) bzw. vor dem Rückführschiamm-Feinverteiler (5) angeordnet sind.
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