DE2528800A1 - Verfahren zum beseitigen von bsb aus abwasser - Google Patents

Description

L-953O-G

UNION CARBIDE CORPORATION 27O Park Avenue, New York. NY 10O¹ "' , v.St A

Verfahren zum Beseitigen voⁿ BSB aus Abwasse-

Die Erfandung betraf^t ein Verfahren zum in + eg·-ie>"t e^r· ^Pi!u^ft^r von BSB-hal t igem Wasser und warmem aeroben Abbau -c.r he ' e ht em Schlamm mit Saugstoff.

Es ist eine Vorrichtung zum Belüften von Abwasse^r ur-i ,?■. .n> .ι--·;-, ben Abbau des belebten Schlamms mit einem mindesten« 60 % S !< ..-■■' stoff enthaltenden Gas bekannt (US-^Datent 3 6?O 8B'.⁷i. be: do-m das sauerstof ^fhai11 ge Gas der abgedeckten Abwasse' v^-i ι.; τ■.;--··:]« :'■; ne zuge^füh""t und aus dieser Zone abströmendes, nic^t .. e^r o· :i -■" *~■· ten Sauerstoff enthaltendes Gas der abgedeckte" ae^robe-> Abbo^- zone als mindestens ein Teil des dort, erforderliche^ Sn.e^s⁺ c^vfes zugeleitet wird, Eine derartige !^teg^tio'¹ de- fn^e'^t'-''-verbrauchenden Zonen lie^fe^t ein Be i ü ? tungsgas vor hr<--e<e^r S:· -.-erstof''reinheit und erfor~de^rt innehaiD des Gesamt svstots we^.-ger Lösungsener gie, verglichen mit eine'· gesonderte·- S^ue'v· + ; ^{; f} zufuhr zu jeder Zone.

Es ist bekannt, da8 de·" aerobe Abba-j bei erhöhten ^T»rpp^^r jtv; e>rascher abldu^ft. Wenn die Temper .-i tu' Uusgehend ve?"' ^:^5' C .^-steiT'·

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nehmen die mesophilen Mikroorganismen ab, während die the^rmcphilen Formen zunehmen. Der Temperaturbereich voⁿ dS'C bis ⁷5 C wird oft als der thermöphile Bereich bezeichnet, wo therrrophi 1 e Mikroorganismen vorherrschen und die meisten mesophiLen Mikroorganismen abgestorben sind. Oberhalb dieses Be^rei'hes nehmen die thermophileh Mikroorganismen ab: bei 9O C wi>~ö dos System im wesentlichen steril. Wegen der rascheren Oxydation des Schlamms wird mit einem thermophilen Abbau eine vollständigere Beseitigung von biologisch abbaubaren flüchtigen SchwebstoΓ^fe^ (VSS) erreicht, als mit einem gleich langen Abbau bei Außentemperatur. Es wird ein stabilerer Rückstand erhalten, de^r ohne Belästigung beseitigt werden kann. Es wird auch berichtet, daß ei¹"· thermophiler Abbau in dem Schlamm vorhandene pathogene Bakte-ien auf wirksame Weise vermindert oder ganz beseitigt, wod'j'ch mögliche gesundheitliche Risiken vermieden werden, die mit de' Beseitigung des Rückstandes verbunden sind.

Wenn Luftdiffusionssysteme verwendet werden, um den Saue^rsto^{f f} für den Abbau zu liefern, sind die Wärmeverluste m de·- Regel sehr groß. Luft enthält nur 21 % Sauerstoff ,und nu'- unge'dh" 5 bis 10 % des Sauerstoffanteils werden gelöst. Infolgedessen muß eine sehr große Luftmerige zur Befriedigung des Sa;je^rsto^{f f}bedarfs verwendet werden; die fühlbare Wä"me der "verbrauchten" Luft und die latente Wärme, die erforderlich ist, um die "verbrauchte" Luft mit Wasserdampf zu sättigen, sind beträchtlich Bei Außentemperatur (20 G oder weniger 1 liegt die Schlammve^weiV-dauer für den aeroben Abbau mit Luft typische^rweise zwischen

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12 und 20 Tagen, so daß große Behälter zur Aufnahme des Schlamms erforderlich sind. Selbst wenn Maßnahmen getroffen werden, um die Wärmeverluste auf Grund von Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung herabzusetzen, haben die großen, für einen Wärmeübe^rgang zur Verfügung stehenden Flächen starke Wärmever]uste zur Folge. Schließlich ist der Schlamm, der bei einer unter Verwendung von Luft durchgeführten Abwasserbehandlung erhalten wird, in der Regel dünn (verhältnismäßig verdünnt), wodurch die Wärmeverluste durch Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung weiter erhöht werden. Noch wichtiger ist, daß eine größere Wassermenge den Schlamm durch die Abbauzone hindurch begleitet und der Verlust an fühlbarer Wärme in dem abströmenden behandelten Schlamm sehr groß ist.

Auf Grund der vorstehend genannten Wärmeverluste beim Abbau unter Verwendung von Luft treten autothermische Wärmeeffekte nur in sehr geringem Umfang auf; es ist eine unwirtschaftlich große Menge an extern zugeführter Wärme erforderlich, um Temperaturen geeigneter Höhe aufrechtzuerhalten.

Es ist bekannt, daß sich die Wärmeverluste beim aeroben Abbau wesentlich herabsetzen lassen, indem anstelle von Luft ein mit Sauerstoff angereichertes Gas verwendet wird. Wird der Sauerstoff mit hohem Wirkungsgrad ausgenutzt, ist die Gasmenge, die der Abbauzone zugeführt und von dieser wieder abgeführt werden muß, wesentlich kleiner als beim Einsatz von Luft, weil zuvor Stickstoff weitgehend oder in vollem Umfang beseitigt wurde Wärme-

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Verluste auf Grund einer merklichen Aufwärmung des Gases und einer Verdampfung von Wasser in das Gas werden herabgesetzt. Der bei der Abwasserbehandlung mit Sauerstoff anfallende Überschußschlamm ist stärker konzentriert als der bei einer Luftbehandlung erzeugte Schlamm; es geht weniger Wärme durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung vom Abbautank und auf Grund des Wärmeinhalts des die Abbauzone verlassenden behandelten Schlamms verloren. Diese Verkleinerung der Wärmeverluste ist ausreichend groß, um mit der autothermischen Wärme allein Temperaturen aufrechtzuerhalten, die merklich über der Außentemperatur liegen.

Es wurde gefunden, daß Abwasserbehandlungsanlagen, bei denen Sauerstoff anstelle von Luft als Belüftungsgas benutzt wird und die beispielsweise aus den US-PSen 3 547 812, 3 547 813 und 3 547 815 bekannt sind, in besonderem Maße dafür geeignet sind, einen Schlammabbau bei erhöhter Temperatur durchzuführen. Die bei derartigen Anlagen erzielbare hohe Sauerstoffausnutzung hält die Wärmeverluste auf Grund des Belüftungsgases kleinstmöglich; die üblicherweise hohen Schlamm-(Feststoff-)Konzentrationen setzen weitere während der Behandlung auftretende Wärmeverluste wegen des verringerten Volumens des ausgetragenen behandelten Schlamms weitestgehend herab. Infolgedessen sollte sich ein Schlammabbau mit Sauerstoffgas in hohem Maße dafür eignen, erhöhte Temperaturen autothermisch (ohne externe Wärmezufuhr) selbst während Zeiträumen aufrechtzuerhalten, bei denen die Außentemperatur niedrig ist.

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Es zeigte sich jedoch auch, daß schwerwiegende StoffÜbergangsprobleme auftauchen, wenn versucht wird, für einen Schlammabbau unter Anwendung eines mit Sauerstoff angereicherten Gases bei erhöhter Temperatur zu sorgen. Die hohen Triebkräfte für den StoffÜbergang, die normalerweise das mit Sauerstoffbelüftung arbeitende Verfahren auszeichnen, neigen dazu, abzusinken. Obwohl die Triebkräfte für den StoffÜbergang wesentlich höher gehalten werden können als die Triebkräfte, die mit Luft zu erzielen sind, sind sie gleichwohl wesentlich kleiner als die Werte, die für einen Abbau mit Sauerstoff bei Außentemperatur charakteristisch sind. Der Energiebedarf für den Lösungsvorgäng ist erheblich größer als erwünscht,und/oder es müssen unwirtschaftlich große Mengen an nicht verbrauchtem Sauerstoff abgeblasen werden, um brauchbar hohe Sauerstoffpartialdrücke in dem Belüftungsgas aufrechtzuerhalten.

Die Geschwindigkeit W des 0₂-Lösungsvorganges kann wie folgt ausgedrückt werden:

W = K₁ · a P(H_n- P · Y-. ) - D0~| L 2 2 J

K_L = Stoffübergangskoeffizient für den beherrschenden

Flüssigkeitsfilm an der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche a = Phasengrenzfläche (Gas-Flüssigkeit)

H₀ = Konstante des Henry-Gesetzes für Sauerstoff 2

P = Gesamtdruck des Systems

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γ = Molanteil von O₀ in der Gasphase ^Ü2 ^

DO = Konzentration des gelösten Sauerstoffs

Selbst bei Außentemperatur ist der Stoffübergang in der Abbauzone aus zwei Gründen schwieriger als bei der Abwasserbehandlung. Zum einen neigt der Flüssigphasen-Stoffübergangskoeffizient K. dazu, bei steigender Feststoffkonzentration zu sinken, wenn die anderen Faktoren konstant bleiben. Während eine höhere Temperatur den entgegengesetzten. Einfluß auf K. hat, übertrifft der hohe Feststoffgehalt in einer Abbauzone für mit Sauerstoff belüfteten Schlamm in der Regel den Temperatureffekt; es kommt insgesamt zu einer nachteiligen Beeinflussung von K. . Das bedeutet, daß mehr Energie sowohl zum Mischen als auch für die Herstellung der Phasengrenzfläche "a" aufgewendet werden muß» um einen Abfall der Op-Lösungsgeschwindigkeit und des Gehalts an gelöstem Sauerstoff zu vermeiden.

Zum anderen wird durch die starke Entwicklung von COp aus dem Schlamm der Sauerstoff im Belüftungsgas wesentlich verdünnt. Die Flüssigkeits-(Wasser-)Durchflußmenge durch die Abbauzone ist verglichen mit derjenigen der Abwasserbehandlungsstufe sehr gering, während die Menge an organischem Material, das in der Abbauzone oxydiert wird, mit der bei der Abwasserbehandlung oxydierten Menge an organischem Material vergleichbar ist. Infolgedessen wird CO₂ in großen Mengen erzeugt; ein kleinerer Anteil des COp kann in der flüssigen Phase der Abbauzone gehalten werden

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während wesentlich mehr CO₉ in die Gasphase übergeht. Bei erhöhten Temperaturen wird das COp-Problem dadurch weiter erschwert, daß es zu einer erheblichen Herabsetzung der COp-Löslichkeit in der Flüssigkeit kommt. Die Entwicklung von CO_ vermindert die Sauerstoffkonzentration Y in der Gasphase.

^U2

Bei erhöhter Temperatur wird der Sauerstoff-Stoffübergang zusätzlich durch einen weiteren Verlust der Triebkraft kompliziert, der mit einer Herabsetzung der Konstanten H_n des Henry Gesetzes für Sauerstoff verbunden ist. Befindet sich beispiels weise Leitungswasser von 2O C im Gleichgewicht mit 1OO % Sauer stoff (Y_n = 1,O) bei einem Gesamtdruck von einer Atmosphäre

^U2
(p = 1,O)i werden 44 mg O~/l gelöst; bei einer Temperatur von 5O C werden dagegen nur ungefähr 30 mg/l gelöst. Bei einem gewünschten Gehalt an gelöstem Sauerstoff von 5 mg/1 setzt also allein die Verringerung der Op-Löslichkeit die Triebkraft bei 5O°C auf nu<- |°r-r-§ ^{x 10}° % = ⁶⁴ % ^der Triebkraft bei 2O°C herab..

Außerdem geht Triebkraft für den Stoffübergang bei erhöhter Temperatur wegen des höheren Wassergehalts des Belüftungsgases verloren, Der Dampfdruck von Wasser bei 5O°C ist mehr als fünfmal größer als derjenige bei 20 C. Bei 5O C kann Wasserdampf 10 bis 15 % des Belüftungsgases ausmachen. Die kombinierten Verdünnungseffekte von CO« und HpO setzen die Konzentration an Op gegenüber der Flüssigkeit wesentlich herab; d. h. der Wert des

Faktors Y der obengenannten Gleichung wird stark vermindert. ^Ü2

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— ο —

Auf Grund der oben geschilderten Umstände zeigte es sirh, daß die Vorteile des aus der US-PS 3 67Ο 887 bekannten integrierten Gassystems praktisch beseitigt werden, wenn die Abbauzone bei erhöhter Temperatur betrieben wird. Bei einem Anstieg der Abbautemperatur nähern sich die Werte für den Energieaufwand und die Sauerstoffausnutzung den Werten, die erzielt werden körnen, wenn die beiden Verfahrensstufen gesondert mit Sauerstoff beschickt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Integration eines Abwasserbehandlungs- und Warmschlammabbausystems zu schaffen, bei dem Sauerstoff als Belü^ftungsgas benutzt wird= Es soll ferner eine verbesserte mit Sauerstoff belüftung arbeitende Abwasserbehandlungs- und Warmschlamimabbauanlage geschaffen werden, die einen geringeren Energieverbrauch hat. Die Ausnutzung des Sauerstoffs soll höhe'·· sem

Die Erfindung befaßt sich also allgemein mit einem Ver^fahi"en für eine integrierte Belüftung von BSB-haltigem Wasser und ei nen warmen aeroben Abbau von belebtem Schlamm mit Sauersto*f

Es wurde überraschenderweise gefunden, daß dann, wenn Säuersto^rfgas zunächst in die warme abgedeckte Abbauzone eingeleitet und das aus dieser Zone abströmende, teilweise an O„ verarmte Gas der abgedeckten Abwasserbelüftungszone mindestens als größere«" Teil des erforderlichen Sauerstoffs, jeweils bei den vorgewählten Nennbedingungen, zugeführt wird, die Säuerst of^freinheit des

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Belüftungsgases in der letztgenannten Zone verglichen mit dem von der Abbauzone aus eintretenden Gas erheblich ansteigt. Eine der wesentlichen Bedingungen für diese sprunghafte Erhöhung de>Sauerstoffreinheit ist, daß die Schlammtemperatur in de^r Abbauzone um mindestens 1O C über der Flüssigkeitstemperatur in der Belüftungszone liegt. Die Sauerstoffr einheit des Abwasserbelüf-· tungsgases steigt über diejenige des ankommenden Abgases aus de^r Abbauzone an, weil COp und Wasserdampf in der Flüssigkeit rasch absorbiert werden. Der im Vergleich zur Abbauzone größere Wasserstrom in der Abwasserbelüftungszone hat ein ganz erhebliches COp-Lösungsvermögen und senkt den COp-Gehalt des ankommenden Gases rasch ab. Die geringere Temperatur der Flüssigkeit in der Abwasserbelüftungszone führt zu einem wesentlich geringeren Wasserdampfdruck als in der Abbauzone, so daß der Wassergehalt des ankommenden Gases durch Kondensation rasch abgesenkt wird. Wenn beispielsweise das Abgas der Abbauzone die gesamte Op-Zufuhr für die Abwasserbehandlungszone bildet und 61 % O„ enthält, hat das Belüftungsgas in dem Überkopfraum innerhalb der abgeschlossenen Abwasserbelüftungszone einen Op-Gehalt von 78 %. Der erhebliche Anstieg der Sauerstoffreinheit in dem Gas der Abwasserbelüftungszone sorgt für einen relativ hohen Sauerstoffpartialdruck, der seinerseits eine Befriedigung der in dieser Zone erforderlichen hohen Op-Verbrauchsgeschwindigkeit bei einem Energieaufwand erlaubt, der sehr bescheiden im Vergleich zu bekannten Anlagen ist, bei denen den beiden Zonen entweder gesonderte Sauerstoffeinsatzgasströme zugeleitet werden oder bei denen das Sauerstoffeinsatzgas zunächst der Abwasserbelüftungszone zugeführt und das

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Abgas dieser Zone dann in eine Warmabbauzone eingeleitet wird..

Die Erfindung erlaubt erhebliche Energieeinsparungen, Beispielsweise belief sich in einem Fall die Gesamtlösungsenergie für die vorliegend beschriebene Anlage, für eine Anlage, bei der Gas von der Belüftungszone zur Abbauzone geleitet wird und für eine Anlage mit gesonderter Sauerstoffzufuhr auf 163 bzw, 205 bzw. PS.

Die Erfindung befaßt sich speziell mit einem Verfahren zum Beseitigen von BSB aus Abwasser in einer abgedeckten Belüftungszone und zum Abbau von belebtem Schlamm in einer abgedeckten Abbauzone durch Belüften mit Sauerstoffgas. Ein erstes Gas, das mindestens 4O Vol.% Sauerstoff enthält, wird in die abgedeckte Belüftungszone eingeleitet, wo es ein Gas bildet, das mit dem Abwasser und dem Rücklaufschlamm in der abgedeckten Belüftungszone gemischt wird. In dieser Zone wird eines der Medien gegenüber dem anderen Medium ständig in ausreichender Menge und Geschwindigkeit umgewälzt, um den Gehalt der Mischflüssigkeit an gelöstem Sauerstoff auf mindestens 0,5 mg/l sowie die Flüssigkeitstemperatur auf mindestens 15 C zu halten. Die Mischflüssigkeit wird in gereinigte Flüssigkeit und belebten Schlamm getrennt. Nicht verbrauchtes sauerstoffhaltiges Gas wird aus der Belüftungszone mit einer solchen Geschwindigkeit ausgetragen, daß sein Sauerstoffgehalt nicht mehr als 40 % des in die Abbauzone insgesamt eingeleiteten Sauerstoffs beträgt, Ein Teil des belebten Schlamms wird dann als der vorstehend genannte Rück-

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laufschlamm zu der Belüftungszone zurückgeleitet.

Ein zweites Gas, das mindestens 80 VoI.% Sauerstoff enthalt und dessen Menge ausreicht, um einen Teil des vorstehend genannten ersten Gases zu bilden, wird zusammen mit dem nicht zurückgeleiteten belebten Schlamm der abgeschlossenen Abbauzone zügel eat et Sie werden dort gemischt, wobei eines der Medien in der Abbo'>zone gleichzeitig gegenüber dem anderen Medium in ausreichende¹" Menge umgewalzt wird, um den Gehalt des Schlamms an gelöstem Sauerstoff auf einem Wert von mindestens 2 mg/1 sowie den Gesamtgehalt des Schlamms an festen Schwebstoffen auf mindestens 150OO mg/1 zu halten. Während dieser Verfahrensstufe wird de' Schlamm auf einer Temperatur gehalten, die mindestens 25 C beträgt und mindestens 1O C über der Flüssigkeitstemperatur in der Abwasserbelüftungszone, jedoch unter 75°C liegt,

Das Mischen und das Umwälzen der Medien in der Abbauzone wird für eine ausreichende Dauer fortgesetzt, um mindestens 60 % des biologisch abbaubaren flüchtigen Schwebstoffgehalts des in die Abbauzone eingeleiteten Schlammes zu oxydieren. Danach werden ein mindestens teilweise oxydierter Schlamm und ein teilweise an Sauerstoff verarmtes Abbaugas von mindestens 4O % Sauerstoff reinheit gesondert in solchen Durchflußmengen abgeleitet, daß der Sauerstoffgehalt des Gases mindestens 35 % des Sauerstoffgehalts des in die Abbauzone eintretenden zweiten. Gases beträgt.

Das aus der Abbauzone austretende, an Sauerstoff verarmte Gos

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wird dann mindestens als der größere Teil des ersten Gases benutzt, das der Abwasserbelüftungszone zugeführt wird.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand von bevorzugten Ausfuhrungsbeispielen näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Figur 1

ein Fließschema einer zur Durchführung des Ve? fan· rens nach der Erfindung geeigneten Anlage mat gesonderten Abwasserbehandlungs- und Schlammabbauzr.-nen,

Figur 2 eine schematische Draufsicht auf eine gleichfalls zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeignete kreisförmige integrierte Abwasserbehandlungs- und Schlammabbauanlage,

Figur 3 ein Fließschema für eine abgewandelte Ausführungsform mit einer Abwasservorbehandlungszone, wobei nachbehandelter belebter Schlamm vor dem Abbau eingedickt wird und die Zufuhr an biologisch abbacfähigem Brennstoff zu der' Schlammabbauzone aus einer·, externen Quelle erhöht wird,

Figur 4 ein Fließschema einer weiteren abgewandelten Ausführungsform, bei der die Nachbehandlungszone eine Kontaktteilzone und eine Stabilisierungstei1 zone

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aufweist und das Saue<~stof"f-Belüftungsgas nacheinander zu der Abbauzone, der Kontoktteilzone und der Stabilisierungsteilzone strömt.

Figur 5

ein Fließschema einer weiteren abgewandelten Ausführungsform mit Kontakt-Stabilisierung, wobei das Sauerstoff-Belüftungsgas nacheinander der sekundären Stabiiisierungsteilzone, der Schlammabbauzone und der sekundären Kontaktteil· zone zugeleitet wird,

Figur 6

eine schematische Darstellung eines als Abbau» zone bei den Ausführungsformen nach den figuren 1 und 3 bis 5 geeigneten Schlammabbautanks mit mehreren Kammern für einen stufenweisen Durchfluß von Flüssigkeit, und Sauerstoff-Belüftungsgas im Gleichstrom,

Figur 7

eine grafische Darstellung der- Verteilung der Op-Reinheiten im Belüftungsgas und des für aen Lösungsvorgang aufgewendeten Energieverbrauchs bei einer mit Sauerstoffbelüftung arbeitenden Abwasserbehandlungs- und SchLammabbauaniage mit gesonderter Op-Zufuhr zur Abwasserbehandlungszone und zur aeroben Warmabbauzone;

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Figur 8

eine grafische Darstellung ähnlich Figur 7 für eine Anlage, bei der der gesamte zugeführte Sauerstoff zunächst z\x der" Belüftungszone und dann zu der Warmabbauzone gelangt.

Figur 9

eine weitere grafische Darstellung ähnlich den Figuren 7 und 8 für eine Anlage, bei der der gesamte zugeführte Sauerstoff erfindungsgemäß zunächst in die Warmabbauzone und dann in die Beluf tungszone eingeleitet wird,

Figur 1O

eine grafische Darstellung, die den Einfluß unterschiedlicher Abbauzonentemperaturen auf den Energiebedarf erkennen läßt,

Figur 11

eine grafische Darstellung ähnlich Figur 7 eine Anlage mit einer Kontakt-Stabi 1 isie<~ungs-Belüftungszone j wobei das Sauerstoffbelüftungsgas nacheinander die Abbauzone, die Kontaktteilzone und die Stabilisierungsteilzone durchströmt

Figur 12

eine grafische Darstellung ähnlich Figur 11 für eine Anlage, bei der das Sauerstoffbelüftungsgas nacheinander die Kontaktteilzone, die Stabi.lisierungsteilzone und die Abbauzone durchströmt.

Figur 13

eine weitere grafische Darstellung ähnlich Fi-

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gur 11 für eine Anlage, bei de»" das Sauerste ffbelüftungsgas nacheinander die Stabilisierungsteiizone, die Abbauzone und die Kontakttei 1/cne du "cnströmt,

Figur 14

eine grafische Darstellung ahnlich Figur ^{Λ 1} für eine Anlage, bei welcher das Sauerstoffbelüftungsgas nacheinander die Abbauzone, die Stab! Ii sierur>gsteilzone und die Kontaktteilzone durchläuft,

Figur 15

eine grafische Darstellung, die den Einfluß unterschiedlicher Abwasser temperatur en auf die Differenz der Sauerstoffgasreinheit von Abbau- und Abwasserbelüftungszone erkennen lassen.

Figur 16 eine grafische Darstellung ähnlich Figu¹" 15, die den Einfluß der Alkalität auf die vorstehend genannte Sauerstoffgasreinheitsdifferenz erkennen läßt, und

Figur 17 eine grafische Darstellung ähnlich Figui- 16. die

den Einfluß des BSB-Beseitigungsbedarfs in de' Abwasserbelüftungszone auf die vorstehend erwähnte Sauerstoffgasreinheitsdifferenz erkennen läßt.

Bei der Anordnung nach Figur 1 gelangt BSB-haltiges Wasser, beispielsweise Abwasser, über eine Leitung 11 in eine Belüftungszc-

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ne 10. Ein erstes Gas, das mindestens 40 VoI■% Sauerstoff enthält, tritt in die Zone 10 über eine gestrichelt dargestellte Leitung 12 ein, während belebter Rücklaufschlamm in die Zone über eine Leitung 13 gelangt, in der eine Pumpe 14 sitzt. In Figur 1 sind ebenso wie in den folgenden Figuren Flüssigkeit und Feststoffe führende Leitungen mit ausgezogenen Linien dargestellt,, während gasführende Leitungen durch gestrichelte Linien veranschaulicht sind. Der Einfachheit halber sind Ventile nicht gezeigt; es versteht sich jedoch, daß diese bei der praktischen Anwendung der Erfindung in zweckentsprechender Weise eingesetzt werden.

Die zuvor genannten Ströme werden in der Belüftungszone 1O mittels eines mechanischen Rührwerks 15 innig gemischt. Das Rührwerk kann motorisch angetriebene Flügelräder aufweisen, die nahe der Flüssigkeitsoberfläche angeordnet oder in die Flüssigkeit eingetaucht sind. Die Zufuhr des Sauerstoffgases über die Leitung 12 kann entweder oberhalb oder unterhalb des Flüssigkeitsspiegeis erfolgen. Vorrichtungen dieser Art sind bekannt; sie sind so auszulegen, daß für eine große Kontaktfläche zwischen den Medien bei kleinstmöglichem Energieaufwand gesorgt wird= Wenn das Sauerstoffgas in die Flüssigkeit eingeblasen oder eindiffundiert wird, sollten die Blasen so klein sein, daß ihre Gesamtoberfläche groß und ihr Auftrieb gering ist. Das Lösen von Sauerstoff wird auch dadurch unterstützt, daß die zum Einbringen des Gases vorgesehene Anordnung in die Flüssigkeit so tief eintaucht, daß der hydrostatische Effekt, eine Rolle spielt.

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Es sind Mittel vorgesehen, um in der Belüftungsrcne ¹O ständig ein Medium gegenüber den anderen Medien umzuwälzen. Beispielsweise wälzt eine Pumpe 16, die mit dem Gas raum Über eine !.eit-m 17 in Verbindung steht, Belüftungsgas zum unte'en Teil der Zcne um, um dieses Gas in Form von kleinen Gasblasen durch e;ne Ei^- blasvorrichtung '\⁷a hindurch freizusetzen. Bei uf tungsgerat e wen den im allgemeinen nach dem sogenannten "Luft-Normalübergangswirkungsgrad" bemessen, der die Fähigkeit des Gerätes kennzeich net, Sauerstoff aus Luft in Leitungswasser zu losen, das ke gelösten Sauerstoff enthält, unter einem Druck von einer Atmosphäre steht und eine Temperatur von 20 C hat. Geeignete Get ate haben einen Luft-Normalübergangswirkungsgrad von mindestens 0,68 κρ Ο» je PS-Stunde und vorzugsweise einen Wirkungsgrad w^ mindestens 1,36 kp O₂ je PS-Stunde, Für diese Zwecke handelt es sich bei der in Verbindung mit der Bemessung des Geräts verwendeten Energie um die Gesamtenergie, die sowohl für das Um rührer: der Flüssigkeit als auch für das Inkontaktbringen von Gas und Flüssigkeit verbraucht wird.

Der vorstehend genannte Sauerstoff wird eingeleitet; gleichzeitig wird eines der Medien ständig gegenüber den anderen Medi^a" in ausreichender Menge und Geschwindigkeit umgewälzt, um den Gehalt der· Mischflüssigkeit an gelöstem Sauerstoff (DO) auf mindestens O,5 mg/l zu halten. Die Flüssigkeitstemperatur wirα fe^r ner auf mindestens 15°C gehalten, so daß bei kaltem Wetter Mit tel erforderlich sein können, um eine niedrigere Temperatur in der Zone 10 zu vermeiden. Beispielsweise kann fur diesen Zw^ok

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das ankommende Abwasser in der Leitung 11 erhitzt werden» Aufbau und Arbeitsweise der Abwasserbelüftungszone 1O können so gewählt sein, wie dies aus den US-PSen 3 547 811, 3 547 812 oder 3 547 815 bekannt ist- Aus den im folgenden noch diskutierten Gründen ist jedoch vorzugsweise dafür gesorgt, daß Gas und Flüssigkeit im Gleichstrom durch mindestens zwei TeiLzonen (entsprechend der Beschreibung des letztgenannten Patents) hindurchtreten .

Die mit Sauerstoff angereicherte Mischflüssigkeit wird aus der abgedeckten Belüftungszone 1O abgeleitet und gelangt über eine Leitung 18 in ein Klärbecken 19, um dort in eine gereinigte, obenschwimmende Flüssigkeit und in belebten Schlamm getrennt zu werden. Nicht verbrauchtes sauerstoffhaltiges Gas verläßt die Belüftungszone 10 über eine Leitung 20 und kann beispielsweise in die Atmosphäre entlüftet werden_t Dieses Gas wird aus der Belüftungszone in einer Durchflußmenge ausgetragen, die so geregelt ist, daß sein Sauerstoffgehalt nicht mehr als 4O % des Gesamtsauerstoffs ausmacht, der in die im folgenden erläuterte abgedeckte Abbauzone eingeführt wird. Aus dem Klärbecken 19 wird überstehende gereinigte Flüssigkeit über eine Leitung 2Oa abgezogen, während belebter Schlamm über eine Leitung 21 ausgetragen wird. Der belebte Schlamm enthält Mikroorganismen in konzentrierter Form. Die Konzentration entspricht einem Gesamtschwebstoffgehalt (MLSS) von ungefähr 15OCO bis 140OO mg/1. Der größere Teil des belebten Schlamms, beispielsweise mindestens 85 %, wird über die Leitung 13 und die Pumpe 14 zu der Belüftungszone zurückge-

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leitet, und zwar vorzugsweise mit. eine^r solchen Dur chf ] ußmenge bezogen auf das BSB-haltige Abwasser, daß das VoIumer-ve'halt nas von Rücklaufschlamm zu BSB-haltigem Abwasser zwischen O₁I und O,5 liegt» Die Du"~chflußmengen der in die abgedeckte Belüftungszone 1O eingeleiteten Medien sind vorzugsweise so bemessen, daß die Gesamtschwebstoffkonzentration (MLSS) zwischen 4OOO und 12OOO mg/1 und der Gehalt an flüchtigen Schwebstoffen (MLVSS5 3OOO bis 1OOOO mg/l beträgt., Die Flüssigkeits-Feststof f-Kcntakt dauer in der Belüftungszone 10 für die Absorption und Assimilation von organischen Stoffen liegt zwischen 3O Minuten und 24 Stunden. Diese Zeit schwankt in Abhängigkeit von der Stärke (d. h. dem BSB-Gehalt) des Abwassers, der Art der Schmutzstoffe, dem Feststoffgehalt in der Belüftungszone und der Temperatur wie sich dies für den Fachmann versteht»

Aus zwei Gründen wird nicht der gesamte im Klärbecken 19 abgetrennte Schlamm zu der Belüftungszone 10 zurücKgefuhrt. Zum einen erzeugt das Belebungsverfahren insgesamt einen Überschuß an Mikroorganismen, weil die Masse der aus den Verunreinigungen im Abwasser synthetisierten neuen Zellen großer als die Masse der Zellen ist, die während der Behandlung eine Selbstoxydation erfahren. Zum anderen enthält das Abwasser normalerweise biologisch nicht abbaufähige Feststoffe, die sich absetzen und zusammen mit der Biomasse ansammeln. Infolgedessen muß ein kleiner Anteil des belebten Schlamms ausgeschieden werden, um für ein Gleichgewicht zwischen der Mikroorganismenbevölkerung und der Zufuhr an organischen Stoffen (BSB) zu sorgen sowie um die An-

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Sammlung von inerten Feststoffen innerhalb des Systems zu unterdrücken. Der Abschlamm macht für gewöhnlich weniger als 3 % des insgesamt abgetrennten Schlamms und selten mehr als 15 % aus.

Zwar stellt der Abschlamm einen kleinen Anteil der im Klärbecken abgetrennten Gesamtfeststoffe dar; gleichwohl bildet er oft absolut gesehen eine große Stoffmenge. Unabhängig von der Menge stellt die Beseitigung dieses Schlamms einen erheblichen Teil der Kosten der Abwasserbehandlung dar; daneben bildet er ein erhebliches ökologisches Problem, Der Schlamm ist verfaulbar und in hohem Maße biologisch aktiv; oft enthält er pathogene Bakterien. Der Schlamm ist als Düngemittel und/oder zur Geländeauffüllung potentiell geeignet. Vor einer solchen Anwendung muß er jedoch gut stabilisiert werden, um Belästigungen und gesundheitliche Risiken zu vermeiden; sein hoher Wassergehalt (z. B. 96 bis 98 %) muß verringert werden.

Ein Teil des Schlamms in der Leitung 21 wird entweder kontinuierlich oder intermittierend in eine abgedeckte erhitzte Abbauzone 22 eingeleitet. Die Temperatur dieser Zone entspricht zunächst ungefähr derjenigen des Abwassers in der Belüftungszone 10, d. h. sie liegt bei mindestens 15 C. Die Temperatur steigt jedoch auf mindestens 25 C an; sie erreicht einen Wert von mindestens 1O°C über der Temperatur der Flüssigkeit in der Zone 1O, bleibt jedoch unterhalb 75 C. Vorzugsweise liegt die Temperatur in der Abbauzone zwischen ungefähr 55 und 65 C. Es ist schwierig, Abbautemperaturen über 65°C autothermisch aufrechtzuerhal-

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ten. Der untere absolute Temperatu^rgrenzwert der Zone 22 und die Temperaturdifferenz sind erforderlich, um den Reinheitsanstieg des Sauer stoffbelüftungsgases in der Belüftungszone zu erzielen. Der cbere Grenzwert basiert auf einer· Teilste^iJisation des Schlamms bei Temperaturen von ungefähr 75 C sowie auf dem ungerechtfertigt höheren Energiebedarf ^fUr ein Erhitzen des Schlamms über diesen Wert hinaus, Die erhöhte Temperatur in de^r abgedeckten Abbauzone 22 kann erreicht werden, indem externe Wärme zugeführt wird, beispielsweise indem man ein zweckentsprechendes erhitztes Medium in einem Wärmeaustauscher 23 umwälzt. Wegen der Neigung der Feststoffe, Überzüge zu bilden und Verstopfungen zu verursachen, sollten innerhalb der Abbauzone angeordnete Wärmeaustauscheroberflächen nicht kompliziert oder in engen Abständen angeordnet sein; vorteilhafterweise können sie in die Wand des Tanks eingebettet oder mit dieser verbunden sein

Ein zweites Sauerstoffgas, das mindestens 8O Vol.% Sauerstoff aufweist, wi'-d der abgedeckten erhitzten Abbauzone 22 über eine Leitung 24 zugeführt. Wie im folgenden erläutert ist, reicht die Menge dieses Gases aus, um für einen ^Teil des e-sten Sauerstoffgases zu sorgen, das in die BeJü^ftungszone 10 übe^r die Leitung 12 eingeleitet wird, Wärmeaustauscher-Verschmutzungsprobleme in der erhitzten Abbauzone 22 lassen sich dadurch besonders klein halten oder gegebenenfalls ganz beseitigen, daß das zust^römenae zweite Sauerstoffgas mittels einer externen Heizeinrichtung 25 erwärmt wird. Wird das Belüftungsgas zu der Abbauzone hin umgewälzt, kann auch der umgewälzte Gasstrom erhitzt werden.

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Vorzugsweise wird die erhöhte Temperatur in der abgedeckten Abbauzone 22 auto.thermisch erzielt, ohne daß Wärmeaustauscher wie die Geräte 23 und 25 notwendig werden. Der konzentrierte Schlamm, wie er bei dem Sauerstoffbelüftungsverfahren gemäß US-PS 3 547 813 üblicherweise anfällt, eignet sich für einen autothermischen Betrieb besonders gut, da er einen gegenüber dem Gehalt an biologisch abbaubarem "Brennstoff" verminderten Wassergehalt hat. Außerdem wird mit hohen Feststoffkonzentrat!onen die Größe des Abbautanks kleiner, wodurch auch Wä^rmeleitverluste durch die Wände des Abbautanks hindurch verringert werden. Wie zuvor erwähnt, sollte der Gesamtschwebstoffgehalt des Schlamms in der Abbauzone mindestens 15OOO mg/l und vorzugsweise mindestens 200OO mg/1 betragen, um den Mindest-ΔΤ-Wert von 10°C zwischen der Flüssigkeit der Abwasserbelüftungszone und dem Schlamm der Abbauzone zu erzielen. Bei einem Versuch, bei dem die Temperatur der Abwasserbelüftungszone 19 C betrug, wurde eine Abbauzonentemperatur von 33°C auf autothermem Wege mit ungefähr 2 % Feststoffen (20000 mg/l) und einer Schlammverweildauer von sieben Tagen erzielt. Der· ΔΤ-Wert betrug 14 C. Ein Schwebstoff gehalt von 150OO mg/l in der Abbauzone dürfte ein ΔΤ von ungefähr 10°C zur Folge haben, insbesondere wenn die Größe der Abbauzone verringert wird, um eine Verweildauer zu erzielen, die dem Optimalwert für diesen Schlamm näherkommt,

Die oberen Grenzwerte für die Feststoffkonzentration in der Abbauzone werden von zwei Faktoren bestimmt. Allgemein hängt die Maximalkonzentration von der Fähigkeit von Sedimentations- und

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Eindickungseinrichtungen ab, den Wassergehalt zu vermindern, Flotationseinrichtungen, Zentrifugalscheider und Schwerkra^teindicker sorgen oft für Konzentrationen von 5OOOO mg/1. Der Feststoffgehalt kann ferner dadurch erhöht werden, daß Frischschlamm oder konzentrierter Abfall aus einer anderen Quelle als dem Abwasser zugemischt wird« Der zweite Faktor, der die Feststoff konzentrationen begrenzt, ist die zunehmende Schwierigkeit, in der Abbauzone Sauerstoff zu lösen und die Feststoffe zu mischen, Ein bevorzugter oberer Grenzwert ist 500OO mg/1, wodurch sichergestellt wird, daß der gelöste Sauerstoff in dem Schlamm gleichmäßig verteilt wird. Außerdem lassen sich bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in den meisten Fällen Temperaturen, die nahezu den maximalen Abbaugeschwindigkeiten entsprechen, autothermisch erzielen, wenn der Feststoffgehalt nicht höher als 5OOOO mg/1 ist. Bei einer weiteren Steigerung der Feststoffkonzentration würde mehr CO„ in den Gasraum der Abbauzone gelangen; der Sauerstoffpartialdruck des Gases würde unnötigerweise vermindert.

Die Konstruktion des Abbautanks beeinflußt ebenfalls die autothermischen Temperaturwerte. Betonwände sind wegen des geringeren Wärmeleitungsverlustes von Beton gegenüber Metallwänden vorzuziehen. Der Wärmeverlust läßt sich weiter herabdrücken, indem der Tank unterirdisch eingebettet und Erde gegen alle freiliegenden lotrechten Tankwände aufgeworfen wird. Falls erforderlich, kann eine Wärmeisolation, beispielsweise ein Beton von niedriger Dichte oder ein Schaumstoff, über eine metalIi-

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sehe Abdeckung aufgebracht werden.

Vorzugsweise werden für das Verfahren nach der Erfindung ferner Abbautanks verwendet, die ein Oberflächen-Volumen-Verhältnis

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von weniger als 2,62 m /m haben. Dabei umfaßt der Begriff "Oberfläche" die gesamte Wandoberfläche des abgedeckten Abbautanks einschließlich Boden, Deckel und Seitenwänden. Oberflä-

2 3 chen-Volumen-Verhältnisse von mehr als 2,62 m /m führen zu großen Wärmeleatungsverlusten durch die Wände hindurch bezogen auf die Menge der im Abbautank erzeugten Wärme. Ein derartiger Wärmeverlust erfordert normalerweise eine Wärmeisolation auf den der Außenatmosphäre ausgesetzten Wänden. Außerdem bedeuten größere Oberflächen-Volumen-Verhältnisse im allgemeinen Abbautanks mit kleineren Abmessungen, bei denen eine Belüftung und gleichförmige Durchmischung schwierig ist.

Die Verweildauer des Schlamms im Abbautank beeinflußt ebenfalls die autothermischen Temperaturwerte, die aufrechterhalten werden können. Das Verhältnis von Verweildauer und Temperatur wird von zahlreichen Faktoren bestimmt, unter anderem von der Abbaufähigkeit und der Stärke (dem Feststoff gehalt.) des Schlamms. Im allgemeinen sollte mit einer Schlammverweildauer von mindestens zwei Tagen gearbeitet werden, um eine ausreichende Menge an flüchtigen Schwebstoffen zu oxydieren, so daß die erzeugte Wärme der Kühlwirkung des in den Abbautank gelangenden Schlamms entgegenwirkt. Vorzugsweise beträgt die Verweildauer mindestens drei Tage, um nicht nur die Temperatur zu maximieren, sondern

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um auch die Feststoffe für die Beseitigung besser zu stabilisieren. Eine übermäßig lange Verweildauer setzt dagegen den autothermischen Temperaturwert herab und stellt einen unnötigen Aufwand an Tankraum und Mischleistung dar» Für typische Schlämme wird eine geeignete Stabilisierung innerhalb von drei bis zehn Tagen erzielt. Eine Verweildauer von mehr als zehn Tagen hat für gewöhnlach eine niedrigere Temperatur zur Folge, Letzteres ist darauf zurückzuführen, daß nach ausgedehnter Sauerstoff anreiche'ung der Brennstoffgehalt des Schlamms erschöpft wird und in abnehmendem Maße Wärme beisteuert, während die auf Wärmeleitung und Verdampfung zurückzuführenden Wärmeverluste, die mit dem Schlammvolumen und der Verweildauer in dem Tank verbunden sind, hoch bleiben, Schlämme aus Abwasser mit einem hohen Anteil an kommunalem Abwasser und ohne die Abbaugeschwindigkeit beeinträchtigende Verunreinigungen lassen sich im allgemeinen innerhalb von drei bis sieben Tagen zufriedenstellend stabilisieren.

Die Abbau7orie 22 ist mit einem mechanischen Rührwerk 26 ausgestattet, das von der gleichen Art wie das Rührwerk 15 in der Belüftungszone IO sein kann. Außerdem sind Mittel vorgesehen, um ständig ein Medium gegenüber den anderen Medien umzuwälzen. So kann beispielsweise eine Pumpe 27 vorhanden sein, die mit dem Gasraum über· eine Leitung 28 verbunden ist, um Belüftungsgas zum unteren Teil der Zone zurückzuleiten, wo das Gas in Form von kleinen Gasblasen mittels einer Einblasvorrichtung freigesetzt wird,

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Das mindestens 80 % Sauerstoff enthaltende zweite Gas wird der abgedeckten Abbauzone 22 in ausreichender Menge und Geschwindigkeit zugeleitet, um den Gehalt des Schlamms an gelbstem Sauerstoff bei mindestens 2 mg/l zu halten, Bei fortschreitendem Abbau wird CO_? erzeugt. Ein verhältnismäßig großer Anteil des COp geht in die Gasphase über, wodurch die Sauerstoffkonzentration beträchtlich herabgesetzt ward. Außerdem führt der verhältnismäßig hohe Dampfdruck von Wasser bei der erhöhten Temperatur der Abbauzone zu einem erheblichen Anteil von Wasser in dem Belüftungsgas. Der Verlust an Triebkraft für den Stoffübergang in der flüssigen Phase auf Grund der verminderten Löslichkeit von Op bei erhöhter Temperatur zwingt zu einem entgegengesetzten Anstieg der Triebkraft in der Gasphase. Die vorstehend erläuterten Einflüsse von C0_? und HpO suchen jedoch die Gasphasentriebkraft herabzusetzen, was dem gewünschten Effekt genau entgegengerichtet ist.

Es ist festzuhalten, daß die COp-Vertei lung zwischen de¹" flussigen Phase und der Gasphase in der Abbauzone in Abhängigkeit von Faktoren wie der Alkalitdt, dem pH-Wert, der Isttempe^roto^r und der O^-Ausnutzung schwankt.

Der Abbauvorgang wird für eine ausreichende Zeitdauer fortgesetzt, um mindestens 60 % und vorzugsweise 8O % der biologisch abbaubaren flüchtigen Schwebstoffe des Schlamms zu oxydieren, welcher der Abbauzone zugeführt wird, Unter "Gehalt an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen" soll vorliegend

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im wesentlichen die maximale Feststof"!"verminderung verstanden werden, die erhalten werden kann, indem der Schlamm mit O_?-hal ■ tigern Gas bei Außentemperatur, z, B, 20 C, und einem Gehalt an gelöstem Sauerstoff von mindestens 2 mg/l belüftet wird. Dabei wird angenommen, daß die maximale Feststoff verminderung nach 30-tägiger Belüftung erzielt wird. Angaben für eine solche Bestimmung befinden sich in "Water Pollution Control" von WW. Eckenfelder und D= L, Ford, The Pemberton P^ress, 19"⁷O, Seite 152. Durch Bestimmung der Gehalte an flüchtigen Schwebstoffen (VSS) von Frischschlamm und nach 30-tägiger Belüftung kann der biologisch abbaufähige Anteil der gesamten flüchtigen Schwebstoffe berechnet werden als;

VSS/. . . χ - VSSz₀₀ -r χ

(frisch) (30 Tage) ^VSS(frisch)

Vorzugsweise werden mindestens 8O % der biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffe des in die Abbauzone gelangenden Schlamms oxydiert. Allgemein sollten im Hinblick auf die mit einer minimalen Verweildauer verbundenen Gründe mindestens 60 % der biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffe oxydiert werden, d, h. mindestens dieser Anteil der verfügbaren flüchtigen Schwebstoffe ist zu verbrauchen, damit die erzeugte Wärme die Kühlwirkung des durch die Abbauzone laufenden Schlamms ausgleicht. Außerdem sind mindestens 60 % der flüchtigen Schwebstoffe zu oxydieren, um eine für die Schlammbeseitigung brauchbare Stabilisierung zu erzielen. Eine mindestens 8O %ige Oxydation ist vorzuziehen, um die Stabilität des Rück-

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Standes weiter zu verbessern. In de-- Praxis kann eine Oxydation von mindestens 8O % meist bei einer Verweildauer von drei bis sieben Tagen erreicht werden; dabei wird für eine maximale autothermische Temperatur in der Abbauzone gesorgt.

Danach wird der stabilisierte Schlammrückstand entweder kontinuierlich oder intermittierend über eine vom Boden des Abbautanks abgehende Leitung 3O abgezogen, um weiterverarbeitet» z, B, entwässert, zu werden.

Ein an Sauerstoff verarmtes Abbaugas mit einer Sauerstoffreinheit von mindestens 40 % wird aus der abgedeckten, erwärmten Abbauzone 22 über die Leitung 12 mit einer solchen Durchflußmenge abgezogen, daß sein Sauerstoffgehalt mindestens 35 % des Sauerstoffgehalts des Sauerstoffeinsatzgases ausmacht, das über die Leitung 4 einströmt. Das Gas in der Leitung 12 gelangt zu der abgedeckten Belüftungszone 10, wobei mindestens ein größerer Teil des erwähnten ersten Gases den Sauerstoff stellt, der für die biochemische Sauerstoffanreicherung des Abwassers erforderlich ist. Falls erforderlich, kann zusätzliches sauerstoffhaltiges Gas von einer externen Quelle aus über eine Leitung 31 zugeführt werden. Das Einsatzgas der Abwasserbelüftungszone braucht nur 40 % Sauerstoff zu enthalten, während die Sauerstoff belüf tungssysteme , die in den obengenannten Patenten beschrieben sind, ein Einsatzgas mit höherer Op-Reinheit bedingen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei dem Verfahren nach der Erfindung mindestens der größere Anteil des Einsatzgases

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von dem Abgas der Abbauzone gebildet wird, das erhebliche Mengen an CO₂ und H„O enthält; diese Komponenten werden aus dem Belüftungsgas in der Zone 1O rasch entfernt, wie dies im folgenden noch näher erläutert ist.

Zusätzliches CO_? wird in der Zone 10 erzeugt, während BSB aus dem Abwasser beseitigt wird, Andere Gase, insbesondere Stickstoff, werden,im Abwasser gelöst, ebenfalls in die Abwasserbelüftungszone eingebracht. Da das über die Leitung 12 einströmende Einsatzgas bereits einen erheblichen Anteil an Verdünnungsgas enthält, würde man eine weitere Herabsetzung der Sauerstoffkonzentration in dem Belüftungsgas der Zone 1O auf einen prohibitiv niedrigen Wert erwarten. Statt dessen wurde gefunden, daß das Abwasserbelüftungsgas im Bereich der Einsatzgasemleitung eine wesentlich höhere Sauerstoff reinheit als das Einsatzgas hat, Der Grund dafür, daß die O„-Reinheit des Belüftungsgases über diejenige des Einsatzgases ansteigt, ist darin zu suchen, daß CO~ und Wasserdampf in dem in der Belüftungszone befindlichen Abwasser rasch absorbiert werden. Der größere Strom an verhältnismäßig kaltem Wasser in der Abwasserbelüftungszone (verglichen mit der Abbauzone) hat ein sehr großes COp-Lösungsvermögen, wodurch der CO„-Gehalt des ankommenden Gases rasch herabgesetzt wird. Die niedrigere Temperatur des Wassers in der Abwasserbelüftungszone führt ferner zu einem erheblich niedrigeren Dampfdruck als in der Abbauzone, so daß der h^O-Gehalt des ankommenden Gases durch Kondensation rasch abgesenkt wi rd c

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Bei der Aus ^fün,-ungs fern nach Figur 2 sind alle in Verbindung mit Figur 1 beschriebenen Anlagenteile zu einer kreisförmigen Abwasserbehand1ungs-Schlammabbauanlage zusammengefaßt, die von einer krei s fö^r migen Wand 35 umschlossen ist. De:- bessere" Übe·'-sieht halber sind in Figur 2 und den weiteren Figuren für entsprechende Anlagenteile die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 verwendet. Die kreisförmige Anlage als solche ist in der US-Patentanmeldung Ssr, No. 347 398 vom 2, April 1973 (L M. LaClair et al) beschrieben. Abwasser und das erste sauerstoff haltige Gas werden in eine erste bogenförmige Belüftungs-Tei1-zone 1Oa über die Leitungen 11 bzw„ 12 eingeführt. Belebter Schlamm wird in die Teilzone 10a bei 13 über eine Rinne 37 eingeleitet. Nach dem Mischen mittels eines mechanischen Rüh^rwerks 15a werden die Flüssigkeit und das an Sauerstoff teilweise verarmte Belüftungsgas gesondert in eine zweite mittlere kreisförmige Abwasserbelüftungs-Teilzone 10b eingeleitetem mitteis eines Rührwerks 15b weiter gemischt zu werden, wobei das eine Medium ständig umgewälzt wird. Die erste und die zweite Teilzone 10a und 1Ob sind durch eine kreisförmige Innenwand 35a voneinander getrennt, Für die Gas- und Flüssigkeitsströme 12a bzw. 6 sind Öf^fnungen vorgesehen, die durch die Wand 35a hindurchführen oder unter dieser hindurchreichen. Erstreckt sich die Wand 35a beispielsweise bis zu der Abdeckung, kann Belüftungsgas nacheinander von der ersten Teilzone 10a zur zweiten Teilzone 1Ob über Öffnungen in der Wand gelangen, die über dem Flüssigkeitsspiegel liegen (vergleiche die durch die Wand 35a hindurchführende gestrichelte Linie 12a)_s Unverbrauchten Sauer-

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stoff enthaltendes Gas wird aus der zweiten mittleren kreisförmigen Belüftungsteilzone 10b über die Leitung 20 abgezogen, Die Mischflüssigkeit wird über eine zweckentsprechende, nicht veranschaulichte Verteilereinrichtung an der Innenkante der bogenförmigen Klärzone 19 weitergeleitet, um die Klärzone in Richtung auf die Außenwand 35 zu durchqueren. Dabei wird die Mischflüssigkeit in belebten Schlamm und in gereinigte Flüssigkeit getrennt, die über ein Wehr 39 abströmt. Ein Teil des belebten Schlamms wird in nicht näher veranschaulichter Weise zur Rinne 37 zurückgeleitet und bei 13 in die erste bogenförmige Belüftungsteilzone 10a eingebracht. Der restliche Schlamm gelangt zu der bogenförmigen Abbauzone 22, wo er mit dem zweiten Sauerstoffeinsatzgas gemischt wird, das über die Leitung 24 einströmt. Mit Ausnahme der bogenförmigen Klärzone 19 sind alle vorstehend genannten Zonen der kreisförmigen Anlage abgedeckt. Nachdem ein Abbau in der oben beschriebenen Weise erfolgt ist, wird ein an Sauerstoff verarmtes Abbaugas aus der abgedeckten Abbauzone 22 über die Leitung 12 abgezogen und der ersten bogenförmigen Belüftungsteilzone 1Oa als mindestens ein größerer Teil des sauerstoffhaltigen Einsatzgases zugeführt. Der stabilisier te Rückstand wird aus der Abbauzone über nicht veranschaulichte Mittel abgeleitet. Falls erwünscht, kann zusätzliches Sauerstoffgas in die Teilzone 1Oa eingeführt werden=

Bei den Verfahren gemäß den Figuren 1 und 2 wird Rohabwasse"- in der Abwasserbelüftungszone 1O während einer ausreichenden Verweildauer behandelt, um in dieser Verfahrensstufe den größten Teil der biologisch abbaufähigen Verunreinigungen zu oxydieren. Durch

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eine selche Arbeitsweise wird der Sauerstoffbedarf in der Abbauzone minimal gehalten; auch die für die Abbauzone zur Verfügung stehende "Brennstoffmenge¹* hat. einen Kleinstwerte Die Stoffübergangsbedingungen in der Abbauzone werden erleichtert, jedoch sind die autothermischen Temperaturwerte im allgemeinen begrenzt

Figur 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung mit einem Vorklärbecken 4O, in dem ein wesentlicher Anteil der Feststoffe aus dem Abwasser abgesetzt wird, bevor das Wasser in der Belüftungszone 1Oa-IOb behandelt wird. Der gesamte Primärschlamm oder ein vorbestimmter Anteil dieses Schlamms, der beispielsweise bis zu 4O % der oxydierbaren Verunreinigungen des Rohabwassers enthält und eine Feststoffkonzentration bis zu 6 % (6OOOO mg/l) hat, wird" über eine Leitung 41 unmittelbar der abgedeckten Abbauzone 22a-22b zugeführt. Das oxydierbare Material im Primärschlamm umgeht also die Behandlung in der Abwasserbelüftungszone 1Oa-IOb; der Sauerstoffbedarf wird von der Belüftungszone auf die Abbauzone verschoben. Das über eine Leitung 11a in die Zone 1Oa-IOb gelangende vorbehandelte Abwasser wird dann an BSB teilweise verarmt. Der Primärschlamm vereinigt sich mit dem Sekundärüberschußschlamm, der vom Klärbecken 19 in die Abbauzone gelangt . Da der Primärschlarnm normalerweise konzentrierter als der Sekundärschlamm ist, steigt der Feststoffgehalt in der Abbauzone an. Der höhere Feststoffgehalt und der zusätzliche "Brennstoff" in der Abbauzone führen zu höheren autothermischen Temperaturen; auf Grund dieser höheren Temperaturen erfolgt eine raschere Stabilisierung der Feststoffe. In der Ab-

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wasserbelüftungszone wird die Verweildauer au^f G^rund de¹" verringerten organischen Belastung verkürzt; der- Aufwand für Tonkraum und das Mischen ist geringer,

Falls erwünscht, kann der Sekundär Überschußschlamm von" Klarbecken 19 vor dem Abbauvorgang entwässert und eingedickt werden, Bei der Ausführungsform nach Figur 3 ist für diesen Zweck eine Zentrifuge 42 vorgesehen, die den Feststcffgehalt des Schlamms in der Leitung 21 auf beispielsweise 5 % (5OOOO mg/l) erhöht. Dies trägt gleichfalls zu höheren autothermischen Temperaturen in der Abbauzone bei. Das in de' Zentrifuge 42 abgetrennte Wasser kann über eine Leitung 43 abgeleitet werden; vorzugsweise wird es aber über eine Leitung 44 zu der ersten Teilzone 10a der Abwasserbehandlung zurückgeführt,

Die Brennstoffzufuhr zur Abbauzone 22a, 22b kann durch eine Hilfseinspeisung über eine Leitung 45 weiter erhöht werden, Diese Hilfseinspeisung erfolgt von eine«" vom Rchabwasser unabhängigen Quelle aus; es kann sich beispielsweise um gemahlenen Müll oder um konzentrierte industrielle Ab^calIstoffe, ζ B von einer Molkerei oder einem Schlachthaus handeln₌

Bei der Ausführungsform nach Figur 4 erfolgt eine Abwasserbehandlung mit Kontaktstabilisie^ung. Die Reaktoren ¹Oa-IOb bilden die Kontaktteilzonen der Abwasser beiüf tungsstu'f'e; sie sorgen nur für ausreichende Zeit, um das Wasser mit dem belebten Schlamm in Kontakt zu bringen, damit über die Leitung 2Oa vom Klarbecken 19

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ein hinreichend reines Wasser abströmt. Ein großer Teil der oxydierbaren organischen Verunreinigungen wird in der Biomasse nur physikalisch adsorbiert; in diesem Zustand werden das Wasser und der Schlamm im Klärbecken 19 voneinander getrennt, Der größere Teil des konzentrierten Schlamms, der mit abbaufähigen Verunreinigungen "beladen" (und in diesem Sinne nicht belebt) ist, gelangt über eine Leitung 46 zu den Stabilisierungsteilzonen 1Oc-IOd, wo die organischen Verunreinigungen assimiliert werden und der Schlamm belebt wird. Der· belebte Schlamm wird über die Leitung 13 zu der Kontaktteil zone 1Oa zurückgeleitet. Der nicht zur Leitung 46 abgeleitete Uberschußschlamm gelangt über die Leitung 21 weiter zur Abbauzone 22a-22b„

Die mit drei Sauerstoffmischzonen arbeitende Anlage nach Figur 4 bietet eine erhebliche Flexibilität bezüglich der Auslegung des Sauerstoff gaszuf uhrsystems., Wie in der Zeichnung veranschaulicht, wird das frische Sauerstoffeinsatzgas der Abbauzone über die Leitung 24 zugeleitet; Belüftungsgas mit teilweise erschöpftem Sauerstoffgehalt gelangt von der letzten Abbauteilzone 22b über die Leitung 12 zu der Kontaktteilzone 1Oa, wo CO_?, H_?O und zusätzliches Op in dem vollen Abwasserstrom absorbiert werden. An Sauerstoff weiter verarmtes Belüftungsgas wird aus der letzten Kontaktteilzone 1Ob über eine Leitung 47 abgezogen und der ersten Stabilisierungsteilzone 1Oc zugeführt, wo der Sauerstoffgehalt weiter ausgenutzt wird. "Verbrauchtes" Belüftungsgas, das vorzugsweise mindestens 21 % O_? enthält, wird aus der letzten Stabilisierungsteilzone 1Od über eine Leitung 48 abgelassen,

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Wegen des hohen Gehalts an CO_? und H_?O in dem aus der Abbauzone über die Leitung 12 abgeführten Belüftungsgas und der raschen Absorption dieser Bestandteile in der Abwasserkontaktteilzone 1Oa enthält das Belüftungsgas in der Leitung 47 oft wesentlich höhere Prozentsätze an O„ als das Gas in der Leitung 12. Infolgedessen verbleibt in dem Belüftungsgas der Abwasserbelüftungs-Stabilisierungstei1zcnen 1Oc-IOd eine ausreichende Konzentration an Ο», um für einen wirkungsvollen StoffÜbergang zu sorgen.

Wahrend die O„-Aufnahmegeschwindigkeit in den Abwasserbelüftungs-KontaktteiIzonen 1Oa-IOb normalerweise hoch ist, kann der Sauerstoff verbrauch in diesen Teilzonen wegen der kurzen Verweildauer recht niedrig sein. Infolgedessen ist die in den Kontaktteilzonen benötigte Gesamtenergie klein im Verhältnis zu der Energie, die in den Stabilisierungsteilzonen oder der Abbauzone erforderlich ist.

Entsprechend einer weiteren Abwandlung kann das an Sauerstoff teilweise verarmte Belüftungsgas, das die Abbauzone 22 verläßt, in die erste Abwasserbelüftungs-Stabilisierungsteilzone 1Oc statt, in die erste Kontaktteil zone 1Oa eingeleitet werden., In diesem Falle wird an Sauerstoff weiter verarmtes Belüftungsgas, das aus der letzten Stabilisierungsteilzone 1Od austritt, in die erste Kontaktteilzone 10a eingeführt« Obwohl der Flüssigkeitsstrom durch die StabilisierungsteiIzonen nur einen Bruchteil (z, B, ein Viertel) des Stroms durch die Kontaktteilzonen darstellt, ist der Strom in der Leitung 13 um ein Vielfaches größer

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als derjenige durch die Abbauzone« Typischerweise kann der Stabj1islerungsst^rom 25- bis 2OOmal größer als der Strom in de^r Abbauzone sein, wobei dieser Faktor teilweise davon ab-Hangt,ob ein Vorklärbecken benutzt wird. Infolgedessen befindet sich de·· Schlamm in der Stabi lisierungstei i zone im wesentlichen ou^f Speisewassertemperatur. d, h „ autothermische Wärme wird im wesentlichen ohne Temperaturanstieg abgeführt; das zur Verfügung stehende Volumen reicht aus, um den größten Teil des in dieser Zone erzeugten CO_ zu absorbieren und zurückzuhalten. Infolgedessen nimmt die Op-Reinheit des Belüftungsgases in der Stabi11sierungstei1 zone, verglichen mit der Abbauzone, nur mäßig ab, Wenn Belüftungsgas bei dieser Ausführungsform von der Stabilisierungsteilzone zu der Abwasserbelüftungs-Kontaktteilzone strömt und in die Teilzone 1Oa als Übertragungsgas gelangt, absorbiert das größere Wasservolumen CO₂ aus dem Gas; im allgemeinen ist die 0₂~Reinheit des Belüftungsgases innerhalb dieser Teil zone höher als diejenige des Übertragungsgases.

Eine weitere mögliche Auslegung der Sauerstoffzufuhr für die Kontakt-Stabilisierungs-Form der Abwasserbelüftung ist in Figur 5 veranschaulicht- Dabei wird der ersten Stabi1isierungsteilzone 10c frisches Sauerstoffeinsatzgas zugeführt. Das an Sauerstoff teilweise verarmte Belüftungsgas, das die letzte Stabi1isierungsteilzone 1Od über eine Leitung 5O verläßt, wird zunächst durch die Abbauzone 22 hindurchgeleitet und gelangt dann über die Leitung 12 zu der ersten Kontaktteilzone 10a. Die Saue·· sto^f f reinheiten in de!" Abbauzone sind etwas geringer,

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und der Energieaufwand ist etwas große' , De' erhöhte Energieaufwand wird jedoch fast vollkommen dwcn deo Anstieg de¹' O_p-Reinheit und die Verkleinerung des Ene'gieau'wands in de^r S+obilisierungsteilzone ausgeglichen Dos in die Kcntaktteilzoⁿe eintretende Abbauzonenbelü^ftungsg:>s i.n ae^r Leitung ^Λ 2 erfahrt eine wesentliche Steigerung de^r Op-Remheit .

Wie aus den Figuren 4 und 5 he' »o^r geht , erfolgt ve zugsweise die Ableitung des Überschußschlamms zu^r Abbauzone von dem Gesamtschlamm in de^r· Leitung 2¹ an eir.e^r Stelle stromaufwärts der Stabilisierungsteilzone, Es ist jedoch auch möglich, den Gesamtschlammstrom zu stabilisieren und dann de^ Uberschußschlamm abzuleiten. In einem solchen Falle wi"d de' in die Abbauzone 22 einzubringende Schlammst^om von dem gesamten belebten Schlamm in der Leitung 13 abgeleitet. Dacfu-ch w.i^r d de^r Sauerstoffbedarf in der Abbauzone verringert, wahrend der Sauerstoffbedarf in der StabilisierungsteiIzcne ansteigt

Bei der praktischen Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung werden vorzugsweise (wenn auch nicht notwendigerweise) sowohl das Sauerstof f belüf t ungsgas als auc¹-· die Flüss-i gkeit nacheinander durch mindestens zwei Teil zo<~>eri jeweils de·" abgedeckten Belüftungszone und der Warmabbauzone hindu'chgeleitet. wobei Gas und Flüssigkeit im Gleichstrom lau^fen. wie dies aus der US-PS 3 547 815 bekannt ist In der Warmabbauzone wenden gleichfalls vorzugsweise mehrfach abgestufte Teilzonen vorgesehen, weil sie es erlauben, für eine raschele, vollständigere

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Oxydation der flüchtigen Schwebsto f <"e zu sorgen.

Figur 6 zeigt, eine Vorrichtung, die es bei Anwendung zweckentsprechender Abwandlungen erlaubt; bei jedem der Ausfüh^rungsbeispiele nach den oben beschriebenen Figuren 1 bis 5 für eine stufenweise Behandlung von Gas und Flüssigkeit im Gleichstrom zu sorgen,

Die Abwasserbelüftungszone IO hat die Form eines Tanks mit lotrechten Trennwänden 55a-b und 55b-c, die derart in Abstand voneinander angeordnet sind, daß drei als Belüftungsstufen dienende Kammern 1Oa, 10b und 1Oc gebildet werden. Die Trennwände reichen im wesentlichen bis zum Boden des Tanks IO und sind mit dem Tank flüssigkeits- und gasdicht verbunden» Em mit Sauerstoff angereicherter Flüssigkeits-Feststoff-Strom tritt durch eine Drosselöffnung 56, die in der ^Trennwand 55a-b zwischen erster und zweiter Kammer vorzugsweise nahe ode^r unter dem unteren Ende der Trennwand angeordnet ist. und eine Drosselöffnung 57 hindurch, die sich vorzugsweise im oberen Teil der Trennwand 55b-c zwischen der zweiten und der dritten Kammer befindet. Das unverbrauchten Sauerstoff enthaltende Gas strömt durch Drosselöffnungen 58 nahe der Obe^rseite der Trennwände von Kammer zu Kammer. Der Gasraum über jede'' Kammer wird von eine¹" gemeinsamen Abdeckung 59 abgeschlossen, mit der die oberen Enden der Trennwände leckdicht verbunden sind. Inrolgedessen wird ein Rückmischen von Sauerstoffgas aus einer nachfolgenden Kammer zu einer vorhergehenden Kammer vermieden, solange eine kleine

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- 39 Druckdifferenz aufrechterhalten wird.

Die Mischeinrichtung jeder Kammer weist Flügelräder ¹5a, 15b, 15c auf j die in die Flüssigkeit eintauchen und über eine Welle 6O mit einem zweckentsprechenden Antrieb, beispielsweise einem Motor 61 verbunden sind. Zur Umwälzung eines der' Medien sind die mit der Abdeckung 59 verbundene Entnahmeleitung 17... die Pumpe 16, eine Rückleitung 62, die mit der Einlaßseite der vom Motor 61 angetriebenen Hohlwelle 6O verbunden ist und eine Einblasvorrichtung 17a vorgesehen, die am unteren Ende der Welle 6O unterhalb des Flügelrades 15a sitzt, Die kleinen Sauerstoffgasblasen, die auf Grund des von der Pumpe 16 erzeugten Druckes aus der Einblasvorrichtung 17a bzw, den entsprechenden Einblasvorrichtungen 17b, 17c austreten, werden innerhalb jeder Kammer verteilt und mit der Flüssigkeit in innigen Kontakt gebrachte Sie steigen durch die Flüssigkeit zu deren Oberfläche an, Dort tritt der nicht verbrauchte Teil des Gases zusammen mit den Oxydationsreaktionsproduktgasen in den Gasraum über..

Die Mischflüssigkeit, welche die dritte und letzte Belüftungskammer 1Oc über die Drosselleitung 13 verläßt, gelangt in das Klärbecken 19, wo sie in eine überstehende Flüssigkeit und in belebten Schlamm getrennt wird„ Die Auslegung derartiger Klärbecken ist. dem Fachmann bekannt, Beispielsweise kann ein rotierender Abstreifer 63 am unteren Ende vorgesehen sein, um die Eindickung zu unterstützen und eine Kegelbildung zu verhindern Der belebte Schlamm wird über die Bodenleitung 21 abgezogen.

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Mindestens 85 Gew.% des Schlamms werden mittels der Pumpe 14 über die Leitung 13 zu der ersten Sauer stuf fanreicherungskammer 10a zurückgeleitet, um dort mit dem BSB-haltigen Speisewasser und sauerstoffhaltigern Einsatzgas gemischt zu werden, Die gereinigte Flüssigkeit wird über die Leitung 2Oa aus dem Klärbecken 19 abgeleitet.

Der nicht zurückgeleitete belebte Schlamm wird mittels einer Pumpe 66 über eine Zweigleitung 65 zu der Abbauzone 22 gefördert, die als Tank ausgebildet ist, der eine untere lotrechte Trennwand 67 und eine davon in Abstand befindliche obere lotrechte Trennwand 68 aufweist, welche den Tank in zwei Kammern 22a und 22b unterteilen. Der Schlammstrom zu der Abbauzone 22 und durch diese Zone hindurch kann kontinuierlich erfolgen, so daß bei Anwendung mehrerer Stufen ein Rückmischen von Flüssigkeit über die Drosselöffnungen in der bevorzugten Weise verhindert wird. Die Flüssigkeits-Feststoff-Kontaktdauer in der Abbauzone 22 ist lang im Vergleich zu der entsprechenden Zeitdauer in der Belüftungszone 10, beispielsweise 3 bis 10 Tage gegenüber 1 bis 2 Stunden. Außerdem ist die volumetrische Durchflußmenge der in die Abbauzone eingeleiteten Flüssigkeit sehr klein im Vergleich zu der Durchflußmenge der in die Belüftungszone gelangenden Flüssigkeit. Beispielsweise ist erstere oft Heiner als 5 % der letzteren. Infolgedessen sind die Drosseloffnungen zwischen den Stufen einer mehrstufigen Abbauzone verhältnismäßig klein, so daß an den Öffnungen eine ausreichende Druckdifferenz aufgebaut wird, um ein Rückmischen zu verhindern.

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Kleine Öffnungen verstopfen jedoch verhältnismäßig leicht '_ es sollte infolgedessen für eine Reinigung dieser Öffnungen ohne Betriebsunterbrechung gesorgt werden.

Die in Figur 6 veranschaulichte Ausbildung der Abbauzone 22 vermeidet eine mögliche Verstopfung der Öffnungen beim Übergang des teilweise abgebauten Schlamms von einer¹ Stufe zur nächsten, Der Schlammpegel in der zweiten Stufe 22b liegt niedriger als der Pegel in der ersten Stufe 22a. Die untere lotrechte Trennwand 67 wirkt als Wehr, über welches der Schlamm beim Durchgang von der Kammer 22a zur Kammer 22b fallen muß. Für einen stufenweisen Gasdurchgang wird durch die obere lotrechte Trennwand 68 gesorgt, die sich von der über dem Tank befindlichen gasdichten Abdeckung 69 aus nach unten in den Schlamm hineinerstreckt, Eine Drosselöffnung 70 in der oberen Trennwand 68 läßt unverbrauchten Sauerstoff enthaltendes Gas ohne Rückmischen von der ersten Kammer 22a in die zweite Kammer 22b gelangen ,

Anstelle der im Abwasserbelüftungstank vorgesehenen gesonderten Flüssigkeitsmisch- und Umwälzvorrichtungen sind für jede Kammer des Abbautanks 22 rotierende Oberflächenflügelräder 26a und 26b vorgesehen. Jedes Flügelrad ist über eine Welle mit einem Antrieb, beispielsweise einem Elektromotor 71 , verbunden: Die rotierenden Flügelräder halten die Feststoffe suspendiert. Sie werfen außerdem Flüssigkeit und Feststoffe in das im übe¹--kopfraum unterhalb der Abdeckung 69 befindliche Sauerstoffgas,

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Auf diese Weise wird das Flüssigkeits-Feststoffgemisch ständig gegenüber dem Gas umgewälzt. Falls erwünscht, können die Wellen der Flügelräder 26a und 26b nach unten verlängert sein und in den Schlamm eintauchende Turbinen oder Propeller antreiben, um das Mischen der Feststoffe zu unterstützen. Es versteht sich, daß in Figur 6 zwei verschiedene Arten von Misch- und Umwälzgeräten nur beispielshalber gezeigt sind; sowohl im Belüftungsais auch im Abbautank kann der eine oder der andere Gerätetyp verwendet werden.

Mit der Erfindung werden erhebliche Einsparungen im Energieverbrauch verglichen mit bekannten Systemen erzielt, Bei den folgenden Vergleichen gelten die Energiebedarfsdaten für den Energieverbrauch für das Lösen von Sauerstoff in der Flüssigkeit; nicht eingeschlossen ist ein Sonderenergiebedarf, der in einigen Fällen erforderlich sein kann, um den Tankinhalt umzurühren und innerhalb der Flüssigkeit für eine homogene Verteilung der Feststoffe und des gelösten Sauerstoffs zu sorgen. Der Bedarf an zusätzlicher Mischenergie hängt von verschiedenen, oft nicht im einzelnen erfaßbaren Faktoren ab, so unter anderem von der Tankgeometrie, der Art der im Einzelfall für das Lösen von Sauerstoff verwendeten Vorrichtung, dem Vorhandensein von oberflächenaktiven Stoffen in dem Abwasser und der Art (Dichte) der zu mischenden Feststoffe,

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- 43 BEISPIEL I

Die Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Figuren 7, 8 und 9, wo die Arbeitsbedingungen für eine Anlage dargestellt sind, die aus einer dreistufigen Abwasserbelüftungszone mit Gas-Flüssigkeits-Gleichstrom entsprechend der US-PS 3 547 815 und einer zweistufigen aeroben Abbauzone mit Gas-Flüssigkeits-Gleichstrom besteht, wobei die Gesamtanordnung entsprechend Figur 6 aufgebaut und mit einem Vorklärbecken entsprechend Figur 3 versehen ist. Die für diesen Vergleich angenommenen Bedingungen waren wie folgt:

Durchflußmenge des Rohabwassers

gelöster Sauerstoff in der Abwasser belüf tungszone

Rohabwasser-BSBj- zur Abwasserbelüftungszone

Abwasser-BSBj- zur Abwasserbelüftungszone

BSB,_-Besei tigung in der Abwasserbelüftungszone

Abwasserbelüftungstemperatur Primärschlamm:

Gesamtschwebstof fgehalt Durchflußmenge zur Abbauzone

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38OOO m /d

6 mg/l

2OO mg/1

14O mg/1

90 %

2O°C

4OOOO mg/1 114 m³/d

Sekundar-Uberschußschlamm; Gesamtschwebstoffgehalt Durchflußmenge zur Abbauzone

Gelöster Sauerstoff in der Abbauzone

2OOOO mg/1 238 m³/d

2 mg/1

Verminderung der flüchtigen Schwebstoffe in der Abbauzone

oC in der Abbauzone

9O %

(biologisch abbaufähige Stoffe)

O,6

Abbautemperαtür

Op-Einsatzgasreinheit

Gesamt-O₂-Ausnutzung

6O°C

98 % 75 %

In der obigen Zusammenstellung ist der cC-Wert im wesentlichen ein Korrekturfaktor für den Stoffübergangskoeffizienten K.a; er stellt die Abweichung dieses Faktors zwischen Leitungswasser bei 20 C und dem betreffenden Schlamm dar, der bei erhöhter Temperatur abgebaut wird.

Die Figuren 7, 8 und 9 zeigen die Verteilung der 0₂-Reinheiten und des Lösungsenergieverbrauchs innerhalb der Anlage für verschiedene Ausbildungen der O„-Zufuhr_u Figur 7 gilt für eine gesonderte O_?-Zufuhr und eine gesonderte Gasableitung aus der Abwasserbelüftungszone (mit den Teilzonen R^, R₂ und R^) und der Abbauzone (mit den Teilzonen D. und D₂). Die Sauerstoffaufteilung auf die beiden Stufen ist so eingestellt, daß der Gesamt-

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energiebedarf auf einen Minimalwert gebracht und gleichzeitig eine Gesamt-O_-Ausnutzung von 75 % aufrechterhalten ist ο Figur 8 gilt für eine Anordnung, bei der der insgesamt zugeführte Sauerstoff der Reihe nach zuerst die Abwasserbelüftungszone und dann die Warmabbauzone durchläuft. Der Energieverbrauch gemäß den Figuren 7 bis 14 ist nur der mit dem Lösen von O„ verbundene Energieverbrauch; ein etwaiger zusätzlicher Energiebedarf für ein neben dem Losungsvorgang erforderliches Mischen ist nicht eingeschlossen .

Mit Bezug auf Figur 7 ist festzuhalten, daß die Belüftungsgasreinheit steil auf unter 50 % abfällt, wenn die O„-Zufuhr zur Abbauzone nur auf den O_-Bedarf in der Abbauzone beschränkt ist. Der Abfall des O„-Partialdruckes in der Gasphase verbunden mit der geringen Löslichkeit.von O_ bei erhöhter Temperatur bedingt einen übermäßig hohen Energieverbrauch für den Lösungsvorgang in der Abbauzone, Der Gesamtlösungsenergiebedarf für beide Stufen beträgt 366 PS,

Bei der Anlage nach Figur 8 ist der Op-Stoffübergang im Abwasserreaktor verbessert; dies geht jedoch auf Kosten der Abbauzone, Obwohl eine im Vergleich zu Figur 7 größere Menge an O₀ in die Abbauzone gelangt, ist die 0₂-Remheit geringer; das Gas hat eine erhöhte Temperatur. Der Energieverbrauch in der Abbauzone ist sogar höher. Energieeinsparungen in der Abwasserbelüftungszone werden durch den erhöhten Energieverbrauch in der Abbauzone fast vollständig ausgeglichen, so daß die Gesamtlösungsenergie hoch

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- 46 bleibt, nämlich 364 PS beträgt.

Bei der für die Erfindung geltenden Figur 9 ist der Abfall der Op-Reinheit beim Eintritt des zugefügten O_ in die erste Stufe D., der Abbauzone weniger stark ausgeprägt als im Falle der Figuren 7 und 8; die Belüftungsgasreinheit liegt gut über 5O %„ Außerdem ist der weitere Abfall der Reinheit in der zweiten Stufe Dp der Abbauzone verhältnismäßig gering. Wenn das Gas mit dem teilweise verbrauchten CU-Gehalt die Abbauzone nach Dp verläßt und in die erste Stufe der Abwasserbelüftungszone bei R₁ eintritt, ist ein steiler Anstieg der Belüftungsgasreinheit von ungefähr 5O % auf ungefähr 7O % O_? zu beobachten. Die Verbesserung der Op-Reinheit ist auf die rasche Absorption von COp und auf die Kondensation von Wasser zurückzuführen; sie hat einen Sauerstoffpartialdruck in R. zur Folge, der die hohe O_?-Aufnahmegeschwindigkeit in dieser Stufe befriedigt, ohne daß eine übermäßige Energie erforderlich ist. Der Gesamtlösungsenergiebedarf für beide Stufen beträgt 262 PS. Es ist festzuhalten, daß das Belüftungsgas nach Durchlaufen aller drei Stufen der Abwasserbelüftungszone noch immer eine Reinheit hat, die größer als diejenige des Gases ist, das in R₁ einströmt. Zusammenfassend ergibt also der Vergleich nach den Figuren 7 bis 9, daß mit der Erfindung Lösungsenergieeinsparungen von 28 % erzielt werden, indem in der mit erhöhter Temperatur arbeitenden Abbauzone für eine wesentlich größere Sauerstoffpartialdruck-Triebkraft gesorgt wird.

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BEISPIEL II

Die Figuren 7, 8 und 9 basieren auf einer verhältnismäßig hohen Abbauzonentemperatur von 60 C, bei welcher das Stoffübergangsproblem in der Abbauzone recht akut zu werden neigt» Figur IO zeigt den Einfluß von unterschiedlichen Abbauzonentemperaturen auf den Lösungsenergiebedarf in den beiden an Hand der Figur 9 erläuterten Verfahrensstufen. Mit Ausnahme der Abbautemperatur sind alle für die Figur 9 angenommenen Bedingungen unverändert. Die Kurve A läßt erkennen, daß bei Absenken der Abbautemperatur ausgehend von 6O C der Lösungsenergiebedarf in der Abbauzone sinkt, was weitgehend auf den Anstieg der O_p-Löslichkeit und die Herabsetzung des Dampfdrucks von Wasser zurückzuführen ist. Der Lösungsenergiebedarf in der Abwasserbelüftungszone (Kurve B) bleibt jedoch durch Temperaturänderungen in der Abbauzone praktisch unbeeinflußt. Die lotrechte Versetzung der Kurven A und B läßt erkennen, daß es verhältnismäßig schwierig ist, den beiden Verfahrensstufen gelösten Sauerstoff zuzuführen, Würde Primärschlamm nicht an der Abwasserbelüftungszone vorbei zur Abbauzone umgeleitet, würden die Kurven wesentlich nähe^r beieinander liegen, was einer Verschiebung des BSB von der Abbauzone auf die Belüftungszone bedeutet. Die Kurve C der Figur 10 zeigt, wie die Abbauzonentemperaturen die Änderung der O_?-Reinheit beeinflussen, die zwischen dem Gas der letzten Abbauteilzone und dem Gas der ersten Abwasserbelüftungs-Teilzone zu beobachten ist. Die Verbesserung der Reinheit ist innerhalb des gesamten Temperaturbereichs der Figur 1O beträchtlich, doch wird

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der Effekt ausgeprägter, wenn die Abbautemperatur ansteigt.

Die Kurve D der Figur 10 beruht auf der gleichen Gruppe von Parametern wie die Kurve C, mit der Ausnahme, daß kein Vorklärbecken vorgesehen ist, d. h. für den Fall, daß kein Primärschlamm erzeugt uhd um die Abwasserbelüftungszone herumgeleitet wird. Allgemein ist festzustellen, daß der Sprung der Sauerstoff reinheit von der Abbauzone zu der Abwasserbelüftungszone nicht so ausgeprägt ist, wenn kein Vorklärbecken vorgesehen wird.

Der Punkt E gilt für eine bei 6O C arbeitende einstufige Abbauzone und eine einstufige Abwasserbelüftungszone, während den vorhergehenden Vergleichen mehrstufige Zonen zugrunde liegen. Der Punkt E beruht ferner auf einer Anlage ohne Vorklärbecken und mit einem Abwasser-BSB ähnlich demjenigen des abströmenden Primärwassers, das in der Anlage gemäß Kurve C behandelt wurde. Die Parameter sind die folgenden:

Abwasserbelüftüngstemperatur	2O°C
Rohabwasserdurchflußmenge	38OOO m3/d
Rohabwasser-BSBc-	150 ppm
Gelöster Sauerstoff in der Ab
wasserbelüftungszone	6 mg/1

BSB-Beseitigung bei der Abwasserbelüftung 90 %

Sekundärüberschußschlamm:

Gesamtschwebstoffgehalt 25OOO ppm

Durchflußmenge zur Abbauzone 201 m /dt

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Gelöster Sauerstoff in der Abbauzone

Herabsetzung des Gehalts an flüchtigen Schwebstoffen in der Abbauzone

oC in der Abbauzone Abbautemperatur

Op-Einsatzgasreinheit Gesamt-Op-Ausnutzung

2 mg/1

90 % (biologisch abbaufähig)

O,6

6O°C

98
75

BEISPIEL III

Die mit der Erfindung bei einer Kontakt-Stabilisierung erzielbaren Vorteile lassen sich ebenfalls grafisch darstellen. Entsprechend den vorstehenden Ausführungen ist eine Anzahl von Variationen möglich; einige derselben sind vorteilhafter als andere. In gewissem Umfang hängt die Entscheidung, welcher Alternative der Vorzug zu geben ist, von den jeweiligen Arbeitsbedingungen ab.

Bei einer mit Kontakt-Stabilisierung arbeitenden Abwasserbelüftungszone kann der Gesamtsauerstoffbedarf in der Kontaktteilzone wegen der kurzen Verweildauer recht gering sein. Während die Geschwindigkeit der Sauerstoffaufnahme in der Kontaktteilzone für gewöhnlich hoch ist, liegt der in dieser Teilzone verbrauchte Anteil der Gesamtlösungsenergie im allgemeinen niedrig; der

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nachteilige Einfluß eines verhältnismäßig geringen Sauerstoffpartialdrucks kann toleriert werden.

In der Stabilisierungsteilzone ist die Verweildauer länger als in der Kontaktteilzone; in dieser Zone muß der BSB₁ der in der Kontaktteilzone von der Biomasse nur physikalisch absorbiert wurde, oxydiert werden. Infolgedessen ist der Sauerstoffbedarf in dieser Stufe erheblich. Außerdem wird bei gleichem Gesamtbelüftungsvolumen (Kontaktteilzone plus Stabilisierungsteilzone) verglichen mit der normalen Auslegung der Belebungsanlage ein größerer Anteil des Schlamms selbstoxydiert. Ein Teil der Feststoffverminderung, der andernfalls in einer Abbauzone erfolgt, die der herkömmlichen ungeteilten Belüftungszone zugeordnet ist, geht auf die Stabilisierungsteilzone über, wenn mit der Kontakt-Stabilisierungs-Anordnung gearbeitet wird. Entsprechend wird in der Abbauzone weniger Sauerstoff benötigt, während in der Stabilisierungsteilzone mehr Sauerstoff erforderlich ist.

Ein weiteres wesentliches Merkmal der Kontakt-Stabilisierung ist der verminderte Wasserstrom in der Stabilisierungsteilzone. Während der Flüssigkeitsdurchsatz durch die Stabilisierungsteilzone wesentlich höher als in der Abbauzone ist, ist er gleichwohl beträchtlich niedriger als in der Kontaktteilzone. Beispielsweise sei angenommen, daß die Abwasserzufuhrmenge und die Rücklaufmenge 1OO Volumen bzw. 30 Volumen je Zeiteinheit betragen. Angenommen sei ferner, daß der Überschußschlamm 1,5 % des im Klärbecken abgetrennten Gesamtschlamms beträgt, In diesem Falle ist die

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Durchflußmenge in der Stabilisierungsteilzone ungefähr 66mal größer als die Durchflußmenge in der Abbauzone. Während daher der Feststoffgehalt und die Selbstoxydation in der Stabilisierungsteilzone hoch sind, werden an dieser Stelle erhöhte Temperaturen nicht autothermisch erzielt, weil der Flüssigkeitsdurchsatz wesentlich größer als in der Abbauzone ist, Infolgedessen ist der Löslichkeitsgrenzwert von Sauerstoff noch hoch; Wasser übt keinen wesentlichen Partialdruck aus. Andererseits sucht der kleinere Flüssigkeitsdurchsatz durch die Stabilisierungsteilzone im Vergleich zu der Kontaktteilzone mehr CO_? von der flüssigen Phase zur Gasphase zu verschieben, wodurch der O_?-Partialdruck herabgedrückt wird. Der K. α-Wert neigt ebenfalls dazu, in dem dicken Schlamm der Stabilisierungsteilzone geringer als in der Mischflüssigkeit der Kontaktteilzone zu sein.

Angesichts der vorstehend geschilderten Umstände ist die Stabilisierungsteilzone für gewöhnlich durch einen hohen Sauerstoffverbrauch und durch StoffÜbergangsbedingungen gekennzeichnet, die weniger günstig als in der Kontaktteilzone aber günstiger als in der Abbauzone sind. Infolgedessen ist der Energieverbrauch in der Stabilisierungsteilzone ein wichtiger Faktor. Bei Maßnahmen zur Verbesserung des StoffÜbergangs in der Abbauzone muß deren Einfluß auf die Stabilisierungsteilzone berücksichtigt werden,

Die Figuren 11 bis 14 zeigen die Profile von Sauerstoffreinheit .und Lösungsenergie für vier Anordnungen eines integrierten Sauer-

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stoffsystems, bei dem eine Kontakt-Stabilisierung mit einer mit erhöhter Temperatur arbeitenden Abbauzone kombiniert ist. Die Kontaktteilzone und die Stabilisierungsteilzone umfassen ebenso wie die Abbauzone jeweils zwei Stufen, innerhalb deren Gas und Flüssigkeit im Gleichstrom fließen. Die für diesen Vergleich angenommenen Bedingungen sind die folgenden:

Abwasserdurchflußmenge Abwasserbelüftungstemperatur BSB,_ des Abwassers

Gelöster Sauerstoff in der Kontakt- und der Stabilisierungsteilzone

Rücklaufschlamm-Durchflußmenge

Gesamtschwebstoffgehalt des Schlamms

Schlammdurchflußmenge zur Abbauzone

Verminderung des Gehalts an flüchtigen Schwebstoffen in der Abbauzone

Abbautemperatur

oC in der Stabilisierungsteilzone oC in der Abbauzone
Reinheit des Op-Einsatzgases Gesamt-O₂-AUSnutzung

38OOO m /d

2O°C

15O mg/1

6 mg/l 114OO m³/d

2OOOO mg/1 m³/d

9O % (biologisch abbaufähig)

45°C

0,6

0,6

98 %

75 %

Die angenommenen Bedingungen erleichtern das Stoffübergangsprp-

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blem in der Abbauzone auf zweierlei Weise, Zürn einen ist die Abbautemperatur (45°C) niedriger als die bei den vorhergehenden Darstellungen angenommene Abbautemperatur (60 C). Zum anderen wird kein Vorklärbecken benutzt, Für die Zwecke dieses Beispiels III werden die Bedingungen in der Abbauzone bewußt erleichtert, um die Rolle der Stabilisierungsteilzone und die Notwendigkeit zu unterstreichen, das Sauerstoffsystem so zu wählen, daß es sich speziellen Arbeitsbedingungen anpaßt,

Bei der grafischen Darstellung nach Figur 11 ist die Folge der von dem Op-System versorgten Stufen: 1) Abbauzone (Teilzonen D., Dp); 2) Kontaktteilzone (Teilzonen C₁, Cp) und 3) Stabilisierungsteilzone (Teilzonen S₁, Sp)* Die zeichnerische Darstellung läßt erkennen, daß das StoffÜbergangsproblem in der Abbauzone wirksam ausgeräumt ist. Dadurch, daß der gesamte Sauerstoff der Abbauzone zugeführt wird, werden dort eine hohe Op-Reinheit und eine niedrige Ldsungsenergie erhalten, wobei die betreffenden Werte nahezu gleich den Werten in der Kontaktteilzone sind. Ein Anstieg der Op-Remheit ist auch noch zwischen Dp (zweite Stufe der Abbauzone) und C. (erste Stufe der Kontaktteilzone) zu beobachten. Es zeigt sich jedoch, daß jetzt ein StoffÜbergangsproblem in der Stabilisierungsteilzone entstanden ist, was zum großen Teil auf den niedrigen oc-Wert, den hohen O_p-Bedarf und das niedrigere COp-Absorptionsvermögen des herabgesetzten Flüssigkeitsstroms zurückzuführen ist, Es liegt nicht nur ein vermindertes Absorptionsvermögen für das in der Stabilisierungsteilzone erzeugte CO₂ vor, sondern die in die Stabilisierungsteilzone

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eintretende Flüssigkeit enthält weniger als 5O % des COp, das in der Abbauzone und der Kontaktteilzone erzeugt wird. Die für die Sauerstofflösung insgesamt erforderliche Energie beträgt 192 PS.

Obwohl die Stabilisierungsteilzone ein StoffÜbergangsproblem in Figur 11 bietet, sind die Verhältnisse gleichwohl besser als dann, wenn die Abbauzone innerhalb des Op-Systems von der ersten in die letzte Position verlegt würde. Eine solche Anordnung ist zu Vergleichszwecken in Figur 12 veranschaulicht, Die Sauerstoffreinheit in der Abbauzone fällt jetzt auf gut unter 5O %; in dieser Stufe steigt der Energieverbrauch steil an. Da die Kontaktteilzone der Abbauzone vorangeht, besteht keine Möglichkeit, das in der Abbauzone erzeugte COp in den vollen Abwasserstrom abzuführen« Infolgedessen tritt innerhalb des Op-Systems nirgends eine Verbesserung der O_?-Reinheit des Belüftungsgases auf; die für den Lösungsvorgang erforderliche Gesamtenergie beträgt 2O8 PS«

Unter den für diesen Vergleich angenommenen speziellen Bedingungen stellt die Figur 11 nicht die beste Auslegung des Sauerstoffsystems bei der praktischen Durchführung der Erfindung dar. Die Figuren 13 und 14 veranschaulichen bessere Anordnungen, bei denen sowohl die Abbauzone als auch die Stabilisierungsteilzone der- Kontaktteilzone vorangehen. Im Falle der Figur 13 befindet sich die Stabilisierungsteilzone an erster Stelle im Op-Belüftungsgasstrom, um die Op-Reinheit maximal zu halten und für eine minimale Lösungsenergie in dieser Stufe zu sorgen. Das über-

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gehende Gas, S„—^- D₁, verläßt die Stabilisierungszone Sp mit ungefähr 75 % Op. Nach Eintreten und Mischen mit dem Gas in der Abbauzone sinkt die Reinheit steil auf ungefähr 55 % in D,. und nahezu 5O % in D„ ab. Normalerweise wäre ein solches Gas von zweifelhafter Güte bei Verwendung als Einsatzgas für die in der Kontaktteilzone ablaufende Verfahrensstufe, Der hohe Gehalt des Gases an leicht absorbierbaren Komponenten führt jedoch zu einer Verbesserung der Reinheit auf 7O % Op beim Eintreten in das und Mischen mit dem Gas in C₁. Infolgedessen tritt innerhalb der Kontaktstufe kein übermäßiger Leistungsverbrauch auf. Die für den Lösungsvorgang insgesamt erforderliche Energie beträgt 186 PS,

Im Falle der Figur 14 haben die Abbauzone und die Stabilisierungsteilzone ihre Plätze gegenüber der Figur 13 vertauscht. Die Op-Reinheit und der Energieverbrauch in der Kontaktteilzone haben nahezu die gleichen Werte wie im Falle der Figur 13, In der Stabilisierungsteilzone sind die Op-Reinheiten etwas niedriger als in Figur 13; der Energieverbrauch ist etwas höher.

Figur 14 zeigt, daß die Kontaktteilzone der Abbauzone nicht unmittelbar zu folgen braucht, um zu einer Verbesserung der Op-Reinheit zu kommen. In diesem Falle stellt die Reinheitsverbesserung zwischen der Abgabe- und der Aufnahmestelle des übergehenden Gases S_? —^-C₁ keine wesentliche Änderung des Wassergehalts dar, da sowohl die Stabilisierungsteilzone als auch die Kontaktteilzone auf praktisch der gleichen niedrigen Temperatur liegen. Die Verbesserung der Reinheit ist auf eine COp-Absorption

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zurückzuführen. Das gesamte CO_? in der Stufe S_? (flüssige Phase und Gasphase) ist nicht nur das in der Stabilisierungsteilzone erzeugte Kohlendioxid, sondern umfaßt zusätzlich eine wesentliche Menge an CO₂, die von der Abbauzone übernommen wurde. Der Flüssigkeitsdurchsatz durch die Stabilisierungsteilzone stellt nur einen kleinen Bruchteil der Durchflußmenge des Abwassers dar; sein COp-Absorptionsvermögen ist begrenzt. Infolgedessen tritt eine wesentliche Verminderung des COp-Gehalts des Gases ein, wenn dieses zum ersten Mal mit der Flüssigkeit in C. in Kontakt kommt. Der Gesamtenergiebedarf für den Lösungsvorgang beträgt 183 PS, d. h. ist der niedrigste der Anordnungen nach den Figuren 11 bis 14.

In Verbindung mit Figur 14 ist festzustellen, daß bei einer höheren Abbauzonentemperatur, beispielsweise 60 C₁ ein stärker ausgeprägter Einfluß auf die Op-Reinheit des zwischen Abgabe- und Aufnahmestelle übergehenden Gases D_?—► S. auf Grund von Wasserabsorption zu beobachten wäre. Die Gasreinheit in der Abbauzone wäre wesentlich geringer als in Figur 14 dargestellt, während die Gasreinheit in der Stabilisierungsteilzone in geringerem Umfang beeinflußt würde. Daher ist es möglich, eine zweifache Verbesserung der Op-Reinheit zwischen der abgebenden und der aufnehmenden Teilzone festzustellen, und zwar zunächst für das übergehende Gas Dp —► S₁ und dann für das übergehende Gas S₂ —► C₁ .

Würde im Falle der Ausführungsformen nach den Figuren 11, 13 und 14 ein Vorklärbecken vorgesehen, würde BSB unter Umgehung der

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Kontakt-Stabilisierungszone unmittelbar zu der Abbauzone gelangen. Sauerstofflösungsbedarf würde sich von der Stabilisierungsteilzone zu der Abbauteilzone verlagern; günstiger wären diejenigen Ausführungsformen, bei denen die Abbauzone im Sauerstoffbelüftungsgasstrom vorne liegt= Während ohne Vorklärbecken die Ausführungsformen nach den Figuren 13 und 14 derjenigen gemäß Figur 11 vorzuziehen sind, wurden bei Anwendung eines Vorklärbeckens die Ausführungsformen gemäß den Figuren 11 und 14 derjenigen nach Figur 13 überlegen sein.

BEISPIEL IV

Der Einfluß einer Änderung der Temperatur der Abwasserbelüftungszone auf den Unterschied der Sauerstoffgasreinheit zwischen der Abbauzone und der Abwasserbelüftungszone ergibt sich aus einer Folge von simulierten Versuchen, deren Ergebnisse in Figur 15 zusammengefaßt sind« Die Anlage weist drei Abwasserbelüftungstei1-zonen (ohne Kontakt-Stabilisierung) und zwei Abbauteilzonen auf, In beiden Fällen bewegen sich Gas und Flüssigkeit im Gleichstrom von Stufe zu Stufe, An Sauerstoff teilweise verarmtes Belüftungsgas strömt von der zweiten Abbauteilzone zu der ersten Abwasser belüftungstei1 zone, Es ist kein Vorklärbecken vorhanden. Bei den Berechnungen wurde angenommen, daß die Abwasserbelüftungszone für eine vorbestimmte BSB-Beseitigungsrate (9O %) basierend auf einer Flüssigkeitstemperatur in der Abwasserbelüftungszone von 2O C ausgelegt ist. Es versteht sich, daß jahreszeitliche Schwankungen der Abwasserzulauftemperatur und infolge-

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dessen der Flüssigkeitstemperatur auftreten. Infolgedessen wurde die Abwasserzulauftemperatur als eine Variable für die eine feste Größe aufweisende Abwasserbelüftungszone behandelt. In diesem Falle ändert sich auch die BSB-Beseitigungsrate. Außerdem kommt es zu einer Änderung des Anfalls von Überschußschlamm in der Abwasserbelüftungszone, was eine variable Belastung der Abbauzone mit flüchtigen Schwebstoffen bedeutet. Ungeachtet dieser variablen Belastung der Abbauzone wird bei den Berechnungen für das Beispiel IV eine konstante Beseitigung von flüchtigen Schwebstoffen in der Abbauzone von 40 % angenommen, was bedeutet, daß man die Größe der Abbauzone schwanken läßt. Die weiteren Annahmen für die Daten waren die folgenden:

Festgrößen

Durchflußmenge des Rohabwassers

Gelöster Sauerstoff in der Abwasserbelüf tungszone

Rohabwasser-BSB₅

Alkalität des Rohabwassers (als CaCCO

BSBj.-Beseitigung in der Abwasserbelüftungszone (nur bei 20 C)

Gesamtschwebstoffgehalt des sekundären Überschußschlamms

Herabsetzung des Gehalts an flüchtigen Schwebstoffen in der Abbauzone

Gelöster Sauerstoff in der Abbauzone oC in der Abbauzone

38OOO m /d

6 mg/l 25O mg/1

mg/1

%
25OOO mg/1

%
(biologisch abbaufähig)

2 mg/1 0,6

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-Einsatzgasreinheit

Gesamt-O₂-Ausnutzung

98 %
75 %

Variable Größen

Abwasserbelüftungstemperatur (WT)

BSBg-Beseitigung in der Abwasserbelüftungszone

Sekundärschlammfluß zur Abbauzone

Temperaturdifferenz des Belüftungsgases zwischen Abbau- und Abwasserbelüftungszone (ΔΤ)

Temperatur in der Abbauzone

15, 2O. 25, 30 C

variabel mit WT variabel mit WT

O, 1O, 20, 30 C WT + ΔΤ

Aus Figur 15 folgt, daß bei einer Flüssigkeitstemperatur in der Abwasserbelüftungszone von 15 C ein Anstieg der Sauerstoffgasreinheit (über O) nicht, auftritt, bis die Temperaturdifferenz (ΔΤ) zwischen der Warmabbauzone und der Abwasserbelüftungszone mindestens 1O C beträgt. Dies begründet die diesbezüglichen unteren Grenzwerte des erfindungsgemäßen Verfahrens, Es ist ferner hervorzuheben, daß bei höherer Wassertemperatur in der Abwasserbelüftungszone bis zu einem ΔΤ-Bereich von ungefähr 21 bis 27°C größere Temperaturdifferenzen erforderlich sind, um die gewünschte Steigerung der Sauerstoffgasreinheit zu erzielen, Figur 15 läßt ferner erkennen, daß die Abbauzone auf mindestens 4O C und mindestens 20 wärmer als die Abwasserbelüftungszone gehalten werden sollte, um für die erwünschte Verbesserung der Reinheit zwischen dem Gasabläßbereich der Abbauzone und dem Gaszufuhrbereich der Abwasserbelüftungszone zu sorgen.

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- 60 BEISPIEL V

In Figur 16 ist eine Reihe von Daten zusammengestellt, die auf den Bedingungen der Figur 15 basieren, mit der Ausnahme, daß Alkalitäten von 250 und 5O mg/l für vorbestimmte Werte der Flüssigkeitstemperatur in der Abwasserbelüftungszone, nämlich 15 C und 3O C, zugrundegelegt sind. Vergleichsweise betrug die Alkalität in den Beispielen I bis IV ungefähr 240 mg/l, soweit nichts anderes angegeben war. Für jedes der gleichen Temperatur zugeordnete Kurvenpaar der Figuren 16 und 17 gilt die obere Kurve für eine Alkalität von 250 mg/l, während die untere Kurve einer Alkalität von 50 mg/l entspricht. Es ist zu erkennen, daß der erwünschte Anstieg der Sauerstoff reinheit des Gases zwischen Abbau- und Abwasserbelüftungszone durch eine hohe Alkalität begünstigt wird. Beispielsweise beträgt bei einer Flüssigkeitstemperatur von 3O°C und einem Δ T von 25 C der Anstieg der O„-Reinheit für die Alkalität von 5O mg/l ungefähr 2 %, während der Anstieg im Falle einer Alkalität von 250 mg/l bei ungefähr 4 % liegt.

BEISPIEL VI

In Figur 17 ist eine Folge von weiteren Daten basierend auf den Annahmen und Bedingungen der Figur 16 zusammengestellt, mit der Ausnahme, daß die BSB-Beseitigung in der Abwasserbelüftungszone 95% bei einer Flüssigkeitstemperatur von 2O°C beträgt. Im Falle der Beispiele IV und V betrug die BSB-Beseitigung 9O % bei 2O°C,

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Aus einem Vergleich der Figuren 17 und 16 folgt, daß eine Steigerung der Anforderungen an die BSB-Beseitigung in der Abwasserbelüftungszone den Wert von ΔΤ erhöht, bei dem der D„—> R,-Anstieg der Sauerstoff reinheit auftritt; das ΔΤ ist ferner bei niedrigeren Anforderungen an die BSB-Beseitigung größer. Beispielsweise kommt es zu einer Steigerung der Op-Reinheit von 5 % bei einer BSB-Beseitigung von 9O %, einer Temperatur der Abwasserbelüftungszone von 3O C, einer Alkalität von 5O mg/1 und einem ΔΤ von 30°C. Demgegenüber zeigt Figur 17 einen Anstieg der Op-Reinheit von 1 % für eine BSB-Beseitigung von 95 % bei gleichen Werten für die Temperatur der Abwasserbelüftungszone, die Alkalität und das ΔΤ.

BEISPIEL VII

Vorzugsweise werden für die Abwasserbelüft'ung und den Schlammabbau Mehrfachzonen verwendet. Die Erfindung führt jedoch auch bei Benutzung von einstufigen Zonen zu erheblichen Energieeinsparungen. Dieses Beispiel stellt einen Vergleich unter Zugrundelegung der Bedingungen des Beispiels I für drei Sauerstoffbelüftungsgas-Zufuhrsysteme dar, die eine einstufige Abwasserbelüftungszone und eine einstufige Abbauzone beschicken. Die drei Ausführungsformen der Sauerstoffgasversorgung sind: (a) gesonderte Gaszuführungen, wobei die Aufteilung des Sauerstoffbelüftungsgases für einen minimalen Energieverbrauch eingestellt ist; (b) Einleitung des gesamten Sauerstoffgases zunächst in die Abwasserbelüftungszone und Überleiten von Belüftungsgas aus dieser

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Zone in die Warmabbauzone sowie (c) Einleiten des gesamten Sauerstoffgases zunächst in die Warmabbauzone und Überleiten des Belüftungsgases von dort in die Abwasserbelüftungszone (erfindungsgemäßes Vorgehen).

	Abwasserbelüftung	121	Schlammabbau	PS
	0o-Reinheit PS 2 (%)		I 0o-Reinheit 2 (%)	122
(a) gesonderte O2-ZUführung	58,7		35,4
Gesamtenergie für
den Lösungsvorgang
243 PS		83
(b) O„ von Abwasser				122
belüftungszone zur	79,1		35,4
Abbauzone
Gesamtenergie für
den Lösungsvorgang
2O5 PS		101
(c) O„ von Abbauzone				62
zur Abwasserbelüf	67,5		62,1
tungszone
Gesamtenergie für
den Lösungsvorgang
163 PS

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In diesem Beispiel bringt das Verfahren nach der Erfindung einen Sprung der O~-Reinheit von 5,4 %; es wird eine Einsparung der für den Lösungsvorgang aufgewendeten Energie von 2O % erzielt .

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Claims (9)

1. - 64 Ansprüche

   Π.)Verfahren zum Beseitigen von BSB aus Abwasser in einer abgedeckten Belüftungszone sowie aus belebtem Schlamm in einer abgedeckten Abbauzone durch Belüften mit Sauerstoffgas, dadurch gekennzeichnet,

   (a) daß ein erstes Gas, das mindestens 4O Vol.% Sauerstoff enthält, in die abgedeckte Belüftungszone eingeleitet und dort als das Belüftungsgas mit dem Abwasser und mit Rücklaufschlamm gemischt wird, während gleichzeitig eines der Medien gegenüber den anderen Medien in der Belüftungszone ständig in ausreichender Menge und Geschwindigkeit umgewälzt wird, um den Gehalt der Mischflüssigkeit an gelöstem Sauerstoff auf mindestens 0,5 mg/1 zu halten, wobei die Flüssigkeitstemperatur mindestens 15 C beträgt, daß die Mischflüssigkeit in gereinigte Flüssigkeit und belebten Schlamm getrennt sowie unverbrauchten Sauerstoff enthaltendes Gas in einer solchen Durchflußmenge aus der Belüftungszone abgezogen wird, daß sein Sauerstoffgehalt nicht mehr als 40 % des in die Abbauzone insgesamt eingeleiteten Sauerstoffs ausmacht;

   (b) daß ein Teil des belebten Schlamms zu der Belüftungszone als der Rücklaufschlamm zurückgeleitet wird;

   (c) daß ein zweites Gas vorgesehen wird, das mindestens 8O VoI.% Sauerstoff enthält und einen Teil des ersten Gases umfaßt;

   (d) daß das zweite Gas und der nicht zurückgeleitete belebte

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   Schlamm aus der Stufe (b) in die Abbauzone eingeleitet und gemischt werden, während gleichzeitig eines der Medien gegenüber den anderen Medien in der Abbauzone mit ausreichender Menge und Geschwindigkeit umgewälzt wird, um den Gehalt des Schlamms an gelöstem Sauerstoff auf mindestens 2 mg/l sowie den Gesamtschwebstoffgehalt des Schlamms auf mindestens 150OO mg/1 zu halten;

   (e) daß der Schlamm in der Abbauzone während der Stufe (d) auf einer Temperatur von mindestens 25 C und mindestens 10 C über der Flüssigkeitstemperatur in der Stufe (a), jedoch unter 75°C gehalten wird;

   (f) daß die Stufe (e) für eine ausreichende Dauer fortgesetzt wird, um mindestens 6O % des biologisch abbaufähigen Gehalts an flüchtigen Schwebstoffen des in die Abbauzone eingeleiteten Schlamms zu oxydieren, worauf stabilisierter Schlammrückstand und an Sauerstoff teilweise verarmtes Abbaugas von mindestens 4O % Sauerstoff reinheit mit. einer solchen Durchflußmenge ausgetragen werden, daß der Sauerstoffgehalt des Abbaugases mindestens 35 % des Sauerstoffgehalts des in die Abbauzone einströmenden zweiten Gases beträgt; und

   (g) daß das an Sauerstoff teilweise verarmte Abbaugas aus der stufe (f) als mindestens der größere Teil des in der Stufe (a) eingeleiteten ersten Gases benutzt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gas der Stufe (c) vor dem Einleiten in die Abbauzone

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   - 66 erhitzt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die FeststoffVerweildauer in der Abbauzone 3 bis 10 Tage beträgt,
4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Feststoffe des Abwassers zuvor abgetrennt und unmittelbar der Abbauzone zugeführt wird.
5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm in der Abbauzone auf einer Temperatur gehalten wird, die mindestens 2O C über der Flüssigkeitstemperatur in der Abwasserbelüftungszone liegt.
6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 80 % des biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffgehalts des in der Abbauzone eingeleiteten Schlamms während der Stufe (f) oxydiert werden.
7. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwasserbelüftungszone eine Kontaktteilzone und eine Stabilisierungsteilzone aufweist, aus der Kontaktteilzone nach vorläufigem Mischen und Umwälzen eines der Medien gegenüber den anderen Medien eine Misch flüssigkeit ausgetragen und in gereinigte Flüssigkeit sowie einen

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   mit Sauerstoff in Kontakt gebrachten Schlamm getrennt wird, der mit Sauerstoff in Kontakt gebrachte Schlamm in die Stabilisierungsteilzone zwecks weiteren Mischens und Umwälzens eines der Medien gegenüber den anderen Medien eingeleitet wird, das teilweise an Sauerstoff verarmte Abbaugas aus der Stufe (f) der Kontaktteilzone als das erste Gas zugeleitet wird sowie an Sauerstoff weiter verarmtes Gas aus der Kontaktteilzone heraus- und in die Stabilisierungsteilzone als das erste Gas eingeleitet wird.
8. 8, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwasserbelüftungszone eine Kontaktteilzone und eine Stabilisierungsteilzone aufweist, aus der Kontaktteilzone nach vorläufigem Mischen und Umwälzen eines der Medien gegenüber den anderen Medien eine Mischflüssigkeit ausgetragen und in gereinigte Flüssigkeit sowie einen mit Sauerstoff in Kontakt gebrachten Schlamm getrennt wird, der mit Sauerstoff in Kontakt gebrachte Schlamm in die Stabilisierungsteilzone zwecks weiteren Mischens und Umwälzens eines der Medien gegenüber den anderen Medien eingeleitet wird, das teilweise an Sauerstoff verarmte Abbaugas aus der Stufe (f) der Stabilisierungsteilzone als das erste Gas zugeleitet wird sowie an Sauerstoff weiter verarmtes Gas aus der Stabilisierungsteilzone heraus- und in die Kontaktteilzone als das erste Gas eingeleitet wird.

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9. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbauzone ein Oberflächen-Volumen-

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   verhältnis von weniger als 2,62 m /m hat.

   1O. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtschwebstoffgehalt des Schlamms in der Abbauzone mindestens 2OOOO mg/l beträgt.

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