DE2705243A1 - Einstufiges verfahren zum kontinuierlichen eintrag von sauerstoffhaltigen gasen in ein belebtschlammhaltiges abwasser - Google Patents

Einstufiges verfahren zum kontinuierlichen eintrag von sauerstoffhaltigen gasen in ein belebtschlammhaltiges abwasser

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DE2705243A1 DE19772705243 DE2705243A DE2705243A1 DE 2705243 A1 DE2705243 A1 DE 2705243A1 DE 19772705243 DE19772705243 DE 19772705243 DE 2705243 A DE2705243 A DE 2705243A DE 2705243 A1 DE2705243 A1 DE 2705243A1
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Description

Bayer Aktiengesellschaft 2705243
Zentralbereich Patente, Marken und Lizenzen
5090 Leverkusen, Bayerwerk
Gr/bc
377
8. Feb. 1377
Einstufiges Verfahren zum kontinuierlichen Eintrag von. sauerstoffhaltigen Gasen in ein belebtschlammhaltiges Abwasser
Zum Betrieb einer biologischen Abwasserkläranlage muß im Belebtschlammbehälter die für den Stoffwechsel der Mikroorganismen nötige Sauerstoffmenge zugeführt und eine bestimmte Sauerstoffkonzentration aufrecht erhalten werden, damit die Bakterienkultur aerob arbeiten kann. Der dazu notwendige Sauerstoff wird der Flüssigkeit aus der Gasphase zugeführt. Die Nachschubgeschwindigkeit von Sauerstoff aus dem Gas in die Flüssigkeit ist einerseits von der Größe der Phasengrenzfläche gasförmig/flüssig und von der dort herrschenden Turbulenz abhängig, andererseits ist sie der Konzentrationsdifferenz /\ c zwischen der maximal erreichbaren CU-Sättigungskonzentration und der herrschenden 02~Konzentration in der Flüssigkeit direkt proportional .
Zur Vergrößerung der Phasengrenzfläche werden unter anderem Oberflächenbelüfter eingesetzt oder das Gas, im allgemeinen
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Luft, wird in die Flüssigkeit geleitet und dort gegebenenfalls mittels Rührer oder Flüssigkeitsstrahlen (Injektor, Zweistoffdüse) dispergiert. Im ersten Fall herrscht am Begasungsort Normaldruck, im zweiten Fall werden in der Regel Becken oder Türme verwendet, wodurch an der Stelle der Gaszerteilung ein hydrostatischer Überdruck genutzt wird.
Eine wesentliche Beschleunigung des Sauerstoffnachschubs in die Flüssigkeit läßt sich durch die Vergrößerung der Konzentrationsdifferenz /\ c erreichen. Diese Vergrößerung der Konzentrationsdifferenz /\ c wird in der Praxis nur durch Steigerung des O2~Partialdrucks im Gas erzielt. Letzteres ist entweder durch Anhebung des Systemdruckes oder durch Übergang von Luft zu Sauerstoff oder zu sauerstoff angereichertem Gas möglich. Die Verwendung von reinem Sauerstoff oder von sauerstoffangereichertem Gas setzt aus wirtschaftlichen Gründen allerdings voraus, daß der Gasstrom beim Passieren der Anlage weitgehend an Sauerstoff verarmt. Dies ist beim Arbeiten unter Normaldruck durch mehrfaches Einführen des Gasstromes in die Flüssigkeit und/oder durch Führen des Gases durch hintereinandergeschaltete Absorptionsstufen möglich (sogenanntes "mehrstufig betriebenes B.elebtschlammbecken") . Das Erzielen einer engen Verweilzeitverteilung des Gasdurchsatzes durch Kaskadenschaltung der Behandlungsräume ist Gegenstand des Verfahrens nach der deutschen Auslegeschrift 2 032 535.
Die Anhebung des Systemdruckes zwecks Vergrößerung der Konzentrationsdifferenz kann ferner durch Ausbildung des Belebtschlammbehälters in Form eines Turmes bewerkstelligt werden. Der Aufbau eines hohen hydrostatischen Druckes in Form
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einer hohen Flüssigkeitssäule ist jedoch mit dem Nachteil
verbunden, daß sowohl das Abwasser auf eine entsprechende Höhe gefördert als auch das sauerstoffhaltige Gas auf den entsprechenden Systemdruck verdichtet werden muß. Führt man eine Begasung in hohen Türmen mit Einstoffdüsen durch, die nahe am Boden angeordnet sind, erfordert diese infolge der schlecht unterdrückten Blasenkoaleszenz hohe Energiekosten für den Eintrag des Sauerstoffs, da der C^-Nutzungsgrad des sauerstoffhaltigen Gases gering ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Entwicklung eines verbesserten einstufigen Verfahrens zur Abwasserbehandlung in hohen Belebtschlammbehältern, welches die genannten Nachteile der bisher bekannten Verfahren vermeidet, und damit gewährleistet, daß die Effizienz Z£gO2/kWh_7 des Sauerstoffeintrags möglichst hoch ist. Das erfindungsgemäße Verfahren soll ferner in der Lage sein, den Sauerstoffgehalt von Luft, wenn diese als Begasungsmittel verwendet wird, in einer einzigen Absorptionsstufe so stark abzusenken, daß ein Restgas mit einem Sauerstoffgehalt von etwa 6 bis 9 Vol'.-% resultiert, welches nach Brennstoffzusatz (z.B. Heizöl, Erdgas) thermisch bei etwa 1000 C desodoriert werden kann.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zum kontinuierlichen Eintrag von luft- oder sauerstoffhaltigen Gasen in ein belebtschlammhaltiges Abwasser, wobei sauerstof fhaltiges Gas in einer einzigen Absorptionsstufe in einem Belebtschlammbehälter weitgehend durch das belebt-
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schlammhaltige Abwasser verbraucht wird und wobei das sauerstoffhaltige Gas mit mehr als 20 Vol.-% O- in das unter dem eigenen hydrostatischen Druck stehende belebtschlammhaltigen Abwasser an Stellen mit hydrostatischen Drucken zwischen etwa 0,9 bis 3 bar eingeführt wird und wobei der Gasdruck des eingeführten Gases etwa 0,01 bis 0,5 m Wassersäule über dem hydrostatischen Druck der Gaseinführstelle liegt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das sauerstoffhaltige Gas mittels Injektoren mit Durchmessern der Treibstrahldüsen - 20 mm, vorzugsweise 8 bis 16 mm, eingeführt wird, wobei die Injektoren mit einem Gasdurchsatz von etwa 5 bis 100 effektiv-m pro Stunde beaufschlagt werden und wobei der Treibstrahldurchsatz etwa 15 bis 60 Vol.-% des Gasdurchsatzes, gemessen in effektivm beträgt, und die Injektoren vorzugsweise einzeln oder in Büscheln in äquidistanten Abständen angeordnet sind,
2 2
wobei auf 1 bis 25 m , vorzugsweise 1 bis 5 m Bodenfläche des Belebtschlammbehälters je ein Injektor 0 bis 1 m über dem Boden, vorzugsweise an Stellen gleichen hydrostatischen Druckes angeordnet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in etwa 10 bis 30 m, besonders bevorzugt in etwa 15 bis 20 m hohen Türmen beliebigen Querschnitts durchgeführt. Das Verhältnis Höhe/Durchmesser liegt vorzugsweise bei Werten zwischen 5 und 0,5. Für das Verfahren ist der Einsatz von Luft als sauerstoffhaltiges Gas bevorzugt; es kann jedoch auch sauerstoffangereichte Luft oder technischer Sauerstoff verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich besonders günstig in einer Vorrichtung durchführen, bei der die Klärräume konzentrisch um den Belebtschlammbehälter angeordnet sind, wobei die Klärräume über Einlaufrohre mit Entgasungs- und Flockungszyklonen in Verbindung stehen. Eine derartige Vorrichtung ist Gegenstand einer älteren Anmeldung P 24 54 495.0.
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Bezogen auf die Querschnittsfläche des Belebtschlammbeckens wird ein Injektor pro 1 bis 25 m , vorzugsweise 1 bis 5 m* vorgesehen. Die Injektoren besitzen einen individuellen Austrittsquerschnitt von etwa 2 bis 15 cm , und vorzugsweise eine kreis- oder schlitzförmige Form. Bei schlitzförmigem Injektoraustritt beträgt das Verhältnis von Breite zu Höhe etwa 1,5 bis 2:1. Durch die Injektoren wird das sauerstoffhaltige Gas in Durchsätzen von etwa 5 bis 100 eff.m /h in den Belebtschlanunbehälter eingeführt. Die Querschnittsbelastung des Injektoraustritts liegt zwischen 2
3 2 bis 8, vorzugsweise 2 bis 4 eff.m Gas/cm h» Dabei beträgt der Flüssigkeitsdurchsatz durch die Treibstrahldüse des Injektors etwa 15 bis 60 Vol.-% des Gasdurchsatzes, wobei dieser in effektiv-m ausgedrückt wird; die Treibstrahlgeschwindigkeiten liegen zwischen etwa 10 und 20 m/sec, vorzugsweise 10 bis 15 m/sec.
Für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich Injektoren mit Durchmessern der Treibstrahldüse - 20 mm, vorzugsweise 8 bis 16 mm, und individuellen Austrittsquerschnitten
von etwa 2 bis 15 cm . In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden Injektoren eingesetzt, die Gegenstand eines bisher unveröffentlichten Vorschlags sind. Diese Injektoren haben einen schlitzförmigen Austrittsquerschnitt, wobei das Verhältnis Breite zu Höhe zwischen 1,5 bis 2:1 beträgt und wobei der Durchmesser der Treibstrahldüse zwischen 10 und 20 mm liegt. Bei diesen Injektoren ist der Mischraum so gestaltet, daß er von einem bevorzugt kreisrunden bis ovalen Querschnitt in einen schlitzförmigen Austrittsquerschnitt Über-
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geht. Dadurch entstehen konvergierende Begrenzungsflächen des Mischraumes, was hohe Schergeschwindigkeiten in der Grenzschicht zur Folge hat und die Bildung von feinsten Primärgasbläschen begünstigt. Bei derartigen Injektoren verläßt die Gas/Flüssigkeits-Dispersion den Injektor als ein flaches Band und mischt sich leichter in die umgebende Flüssigkeit ein. In der beiliegenden Figur 1 ist ein derartiger Injektortyp so dargestellt, daß durch das ausgesparte Segment in der Wandung der Blick in das Innere der Vorrichtung möglich ist. Den Zahlen kommt dabei im einzelnen folgende Bedeutung zu:
1 Treibstahldüse
2 Mischraum
3 Kreisrunder Mischraurteintrit-s-Querschnitt
4 Schlitzförmiger Miscl.raumaus^ritts-Querschnitt
5 Gaseintritt
6 Flüssigkeitseintritt
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Sämtliche Injektoren befinden sich, wenn sie einzeln angeordnet sind, vorzugsweise an Stellen gleich hydrostatischen Drucks und sind in einem Abstand 1 von 1 bis 6 m, vorzugsweise 1 bis 2, angeordnet. Für eine Anordnung der Injektoren in Form von Büscheln vergrößert sich der Abstand. Enthält ein Büschel z-Injektoren, so vergrößert sich der Abstand von Büschel zu Büschel bei gleicher Belegungsdichte (Bodenfläche pro Injektor) gemäß ΐψ~·ζ. Werden die Injektoren in Form von Büscheln angeordnet, so sind die Injektoraustritte so anzuordnen, daß sich die austretenden Gas/Flüssigkeits-Freistrahlen möglichst wenig stören, da dies zu einer unerwünschten Blasenkoaleszenz führen könnte.
Besonders vorteilhaft ist es, als Treibflüssigkeit für die Injektoren belebtschlammhaltiges Abwasser zu verwenden.
Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß die erfindungsgemäß gestellte Aufgabe hervorragend mit speziellen Injektoren, nämlich solchen mit kleinen Durchmessern der Treibstrahldüse (d - 20 mm),gelöst wird. Hierbei werden, was vom energetischen Standpunkt besonders wichtig ist, geringe Treibstrahldurchsätze benötigt, die mit einer relativ kleinen Geschwindigkeit durch den Injektor treten und kleine flüssigkeitsseitiqe Druckverluste verursachen. Für diese geringen Treibstrahldurchsätze ist eine vorgeschaltete Filtration zur Entfernung grobteiliger Abwasserinhaltsstoffe einfach durchführbar. Beim erfindungsgemäßen Verfahren besteht daher die Gefahr einer Verstopfung des Injektors nicht.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft an einer Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung erläutert, die mit Luft arbeitet.
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Ein Belebtschlammbehälter, der ein Flüssigkeitsvolumen von 10 000 m^ besitzt, wird mit 1000 m Abwasser pro Stunde beschickt. Der Sauerstoffbedarf dieser Anlage beträgt 20 Tagestonnen O2 bzw. 833 kg 02/h. Die verlangte 02~Konzentration in der Flüssigkeit beträgt 1 mg pro Liter und die Wassertemperatur 2 5°C. Die Flüssigkeitshöhe beträgt im Falle A 10 m, der Bodenquerschnitt des Belebtschlamm-
2
behälters 1000 m , im Falle B 20 m, der Bodenquerschnitt
500 m . In beiden Fällen werden Injektoren mit einem Durchmesser der Treibstrahldr.se von 8 mm (Austrittsquerschnitt
2
des Mischraumes : 2,3 cn. ) eingesetzt, die äquidistant im Abstand von 2 m angeordnet sind. Im Behälter mit der Höhe 20 m sind daher bei halbem Bodenquerschnitt nur halb so viele Injektoren vorhanden.
Folgende Betriebsparameter gelten für den Fall A:
Flüssigkeitshöhe: 10 m
Zahl der Injektoren: 318
Gasdurchsatz durch alle Injektoren in Norm-m /h: 6200 Flüssigkeitsdurchsatz durch alle Injektoren in m /h: 1330 02~Anteil im Abgas in Volumen-%: 12
Der spezifische O2-Eintrag beträgt 2,5 kgO2/kWh, wenn der Wirkungsgrad des Verdichters mit 0,6 und der der Flüssigkeitspumpen mit 0,75 eingesetzt wird.
Für den Fall B ergeben sich folgende Betriebsbedingungen:
Flüssigkeitshöhe: 20 m
Zahl der Injektoren: 159
Gasdurchsatz durch alle Injektoren in Norm-m /h: 3975
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Flüssigkeitsdurchsatz durch alle Injektoren in m /h: (^-Anteil im Abgas in Volumen-%: 6,3
Der spezifische O2-Eintrag beträgt in diesem Fall 2,9 kgC^/kWh, wobei die Wirkungsgrade von Verdichter und Pumpe auch hier gleich denen im Fall A sind.
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L e e r s e
i te

Claims (6)

Patentansprüche £ / U O 4 H J
1)) Verfahren zum kontinuierlichen Eintrag von luft- oder sauerstoffhaltigen Gasen in ein belebtschlammhaltiges Abwasser, wobei sauerstoffhaltiges Gas in einer einzigen Absorptionsstufe in einem Belebtschlammbehälter weitgehend durch belebtschlammhaltige Abwasser verbraucht wird und wobei das sauerstoffhaltige gas mit mehr als 20 Vol.-% O2 in das unter dem eigenen hydrostatischen Druck stehende belebtschlammhaltige Abwasser an Stellen mit hydrostatischen Drucken zwischen etwa 0,9 bis 3 bar eingeführt wird und wobei der Gasdruck des eingeführten Gases etwa 0,01 bis O,5 m Wassersäule über dem hydrostatischen Druck der Gaseinführstelle liegt, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffhaltige Gas mittels Injektoren mit Durchmessern der Treibstrahldüsen - 20 mm, vorzugsweise 8 bis 16 mm, eingeführt wird, wobei die Injektoren mit einem Gasdurchsatz von etwa 5 bis 100 eff.m /h beaufschlagt werden und wobei der Treibstrahldurchsatz etwa 15 bis 60Vol.-% des Gasdurchsatzes, gemessen in eff.m , beträgt und die Injektoren vorzugsweise einzeln oder in Büscheln in äquidistanten Abständen angeordnet sind, wobei auf 1 bis 25 m ,
2
vorzugsweise 1 bis 5 m Bodenfläche des Belebtschlammbehälters je ein Injektor 0 bis 1 m über dem Boden, vorzugsweise an Stellen gleichen hydrostatischen Druckes, angeordnet ist.
2) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Injektoren mit einem individuellen Austrittsquerschnitt
2
von etwa 2 bis 15 cm verwendet werden.
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OFUGJNAL INSPECTED
3) Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsbelastung des Injektoraustritts zwischen 2 bis 8, vorzugsweise 2 bis
eff.m Gas/cm h liegt.
4) Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsdurchsatz durch die Treibstrahldüse des Injektors etwa15 bis 60 Vol.-% des Gasdurchsatzes, gemessen in eff.-m , beträgt.
5) Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibstrahlgeschwindigkeiten zwischen etwa 10 bis 20 m/sec, vorzugsweise 10 bis m/sec betragen.
6) Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Injektoren mit einem schlitzförmigen Injektoraustritt eingesetzt werden, wobei das Verhältnis von Breite zu Höhe etwa 1,5 bis 2:1 beträgt.
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DE19772705243 1975-04-17 1977-02-09 Einstufiges verfahren zum kontinuierlichen eintrag von sauerstoffhaltigen gasen in ein belebtschlammhaltiges abwasser Withdrawn DE2705243A1 (de)

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