DE2738812A1 - Verfahren und vorrichtung zum behandeln von waessrigem abfallmaterial - Google Patents

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PATENTANWÄLTE R. SPLANEMANN dr. B. REITZNER J. RICHTER F. WERDERMANN DIPL.-ING. DIPL.-CHEM. DIPU-ING. DIPL.-ING. MÖNCHEN OTOOOiA HAMBURG

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Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von wäßrigem

Abfallmaterial

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Beschreibung

Bei dem konventionellen "Belebtschlamm-Prozeß" (aktivierten Schlammverfahren) zur Behandlung von Abwasser folgt auf einen Belüftungsbehälter einer beträchtlichen Größe ein großer Absetz- und Klärbehälter. Das behandelte Material wird in dem ersten Behälter ausreichend lange belüftet, um unter der Einwirkung von Sauerstoff und biologischer Lebewesen, wie aeroben Bakterien und Protozoen, die gewünschte biochemische Entfernung von organischem Abfallmaterial zu erzielen. In dem Absetz- und Klärbehälter setzt sich, wie der Name sagt, der Schlamm in dem unteren Abschnitt des Behälters ab und ein verhältnismäßig klarer Abstrom steigt nach oben.

Abwasser oder ein anderes wässriges Abfallmaterial, das darin suspendierte Feststoffteilchen enthält, wird in den Einlaß des Belüftungsbehälters eingeführt, in dem es zusammen mit dem aktivierten Schlamm (Belebtschlamm), der kontinuierlich in den Behälter zurückgeführt wird, eine "gemischte Flüssigkeit" bildet. Die gemischte Flüssigkeit enthält nicht nur wässriges Abfallmaterial, sondern auch eine aktive "Biomasse", die in Gegenwart von Sauerstoff für die Atmung mit dem wässrigen Abfallmaterial in Kontakt gebracht worden ist. Nachdem sie eine bestimmte Zeitspanne in dem Belüftungsbehälter belassen worden ist, wird die gemischte Flüssigkeit aus dem Auslaß des Behälters kontinuierlich abgezogen und in den Absetz- und Klärbehälter überführt.

In dem Absetz- und Klärbehälter setzt sich ein wesentlicher Anteil der suspendierten Feststoffe in Form eines Schlammes (einschließlich der obengenannten Biomasse als flüchtigem

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Anteil) ab und wird abgezogen, um entweder als "aktivierter Schlamm bzw. Belebtschlamm" in den Belüftungsbehälter zurückgeführt oder als Überschuß beseitigt zu werden. Der aktivierte Schlamm bzw. Belebtschlamm enthält aerobe biologische Lebewesen (z. B. Bakterien und Protozoen) und er wird in den Belüftungsbehälter zurückgeführt, um diesen biologischen Lebewesen die wiederholte Gelegenheit zu geben, den organischen Abfall abzubauen. Ein anderes Material, mit dem die aeroben Bakterien und anderen biologischen Lebewesen gefüttert werden können, einschließlich des synthetischen Zellenmaterials und des löslichen organischen Materials, wird ebenfalls aus dem Absetz- und Klärbehälter als Teil des aktivierten Schlammes bzw. Belebtschlammes in den Belüftungsbehälter zurückgeführt.

Biologische Oxydation und Nitrierung

Um die biochemische Entfernung von organischem Abfallmaterial durch aerobe Bakterien und andere biologische Lebewesen, wie oben angegeben, zu fördern, muß genügend Sauerstoff bereitgestellt werden, um die aerobe biologische Aktivität zu unterhalten. Zu diesem Zweck werden in der Belüftungsstufe des typischen Belebtschlamm-Prozesses der Abwasserbehandlung, wie sie seit vielen Jahren durchgeführt wird, Luftblasen in die gemischte Flüssigkeit in dem Belüftungsbehälter eingeleitet. Luftblasen enthalten nur etwa 23 % Sauerstoff (bezogen auf das Trockengewicht) und aus diesem Grunde hat es sich in den letzten Jahren eingebürgert, die Sauerstoffzufuhr für die biologische Oxydation des organischen Abfallmaterials durch Einführung von an Sauerstoff angereichertem Gas, das bis zu 90 oder 95 Gew.% Sauerstoff enthält, in Form von Gasblasen in das wässrige Abfallmaterial zu erhöhen. Obgleich die

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Erzeugung eines Gases mit einem hohen Prozentsatz an Sauerstoff verhältnismäßig kostspielig ist, bietet die Verwendung eines solchen, an Sauerstoff angereicherten Gases viele Vorteile.

In einer 1-Stufen-Belebtschlamm-Abwasserbehandlungsanlage, wie sie vorstehend beschrieben worden ist, wird die geklärte überstehende Flüssigkeit aus dem oberen Abschnitt des Absetz- und Klärbehälters abgezogen und sie kann gewünschtenfalls als sekundärer Abstrom aus der Behändlungsanlage ausgetragen werden. Bei einer typischen 2-Stufen-Belebtschlamm-Abwasserbehandlungsanlage wird die überstehende Flüssigkeit aus dem Absetz- und Klärbehälter in eine weitere Oxygenierungs- oder Säuerstoffbehänd]ungszone eingeführt, in der eine Nitrierung, d. h. eine Umwandlung des gelösten Ammoniaks in Nitratsalze, erfolgt. Auf den Nitrierungsbehälter folgt ein Absetz- und Klärbehälter, aus dem der aktivierte Schlamm bzw. Belebtschlamm (nachfolgend stets als "Belebtschlamm" bezeichnet), der sich abgesetzt hat, in den Nitrierbehälter zurückgeführt wird und aus dem die überstehende Flüssigkeit gewünschtenfalls als Anlagenabstrom ausgetragen werden kann.

Desinfektion durch Ozonisierung in einer zusätzlichen Behandlungsstufe

Obgleich der Belebtschlamm-Prozeß eines der wirksamsten und wirtschaftlichsten heutigen Abwasserbehandlungsverfahren darstellt, führt er nicht zu einer vollständigen Reinigung des behandelten wässrigen Abfallmaterials. Somit verbleibt in einer typischen Belebtschlamm-Abwasserbehandlungsanlage des 1-Stufen- oder 2-Stufen-Typs, wie vorstehend beschrieben, in

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der Regel organisches Abfallmaterial in der überstehenden Flüssigkeit zurück, die aus dem letzten Absetz- und Klärbehälter ausfließt, und zwar in einer solchen Menge, daß die Anzahl der Fäkal-Kolibakterien bis zu 1(r pro 100 cnr Abstrom beträgt.

Als praktische Maßnahme muß der aus einer solchen Anlage ohne weitere Behandlung abgezogene Abstrom eine beträchtliche Menge an oxydierbarem Material, das den chemischen Sauerstoffbedarf (COD) repräsentiert, einschließlich eines biologisch abbaubaren organischen Materials, das den restlichen biologischen Sauerstoffbedarf (BOD) repräsentiert, enthalten. Obgleich der größte Teil des einem Belebtschlamm-Behandlungssystem zugeführten BOD durch die aeroben Bakterien in dem System assimiliert wird, bleibt selbst in einer ordnungsgemäß betriebenen Anlage unvermeidlich ein restlicher BOD in dem Abstrom zurück, der aus hochdispergierten Bakterien besteht, die sich nicht abgesetzt haben und nicht entfernt worden sind.

Die Bakterien umfassen potentiell pathogene Formen und außerdem enthält der Abstrom andere pathogene Agentien in Form von Viren. Die Einleitung dieser Bakterien und Viren in öffentliche Gewässer könnte die Ausbreitung von ansteckenden Erkrankungen fördern und deshalb ist in der Regel eine zusätzliche Desinfektionsbehandlung durch die staatlichen Gesundheitsgesetze vorgeschrieben, bevor die AnIagenabströme in die sie aufnehmenden Gewässer abgelassen werden. So fordern beispielsweise die Vorschriften der United States Environmental Protection Agency, daß die Anzahl der Fäkal-Kolibakterien eines behandelten Abwasserabstroms nicht größer als 200 pro 100 cm* Abstrom sein dürfe. Eine solche Desinfektion wird

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üblicherweise erzielt durch Verwendung von verschiedenen Chlorierungsmitteln, die, wie gefunden wurde, eine wirkungsvolle bakterizide Wirkung haben.

Die Wirksamkeit von Ozon als generelles Desinfektionsmittel ist bereits seit langem bekannt. So haben beispielsweise die bekannten bakteriziden Eigenschaften von Ozon dazu geführt, daß Ozon insbesondere in Europa für die Sterilisierung von Trinkwasser verwendet wird. In den letzten Jahren ist mehrfach die Behandlung des Abstromes von Abwasserbehandlungsanlagen (Kläranlagen) mit Ozon in Form von Luft oder Sauerstoff, die (der) einige wenige Prozent Ozon enthält, als Alternative zu der Chlorierung vorgeschlagen worden. Die Ozonisierung des Abwasser-Kläranlagenabstroms hat sich als sehr wirksam zur Desinfektion des Abstromes erwiesen, sie ist jedoch sehr kostspielig, ein Problem, das durch die vorliegende Erfindung gelöst wird.

Betrieb des Ozongenerators

Bei den Ozongeneratoren handelt es sich in der Regel um solche vom stillen elektrischen Entladungs-Typ, die je nach der Sauerstoffkonzentration des Beschickungsgases und der Ozonkonzentration des durch den Generator erzeugten Gases starke Schwankungen des Wirkungsgrades aufweisen. Mit einer reinen Sauerstoffbeschickung oder einem Beschickungsgas mit etwa 90 bis 95 % Sauerstoff arbeiten diese Generatoren in der Regel höchst wirkungsvoll bei einer Bildungsrate von nur etwa 1,5 bis 2 % Ozon. Ein Hersteller eines häufig verwendeten Ozongenerators hat festgestellt, daß bei der genannten Sauerstoffkonzentration in dem Beschickungsgas die wirksamste

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Anwendung dieses Generators eine Leistungsabgabe von etwa 1,7 % Ozon ergibt. Die Herstellung von bis zu etwa 4- % Ozon ist zwar mit den derzeit erhältlichen Generatoren möglich, bei Konzentrationen oberhalb etwa 2 % ist dies Jedoch mit einem zunehmend höheren wirtschaftlichen Aufwand verbunden.

Wenn das in dem Ozonisierungsbeliälter verwendete Gas eine Ozonkonzentration hat, die so niedrig ist, wie sie im Hinblick auf das Leistungsvermögen des vorstehend beschriebenen Ozongenerators wirtschaftlich erwünscht wäre, do müßte eine große Menge Trägergas zur Einführung des Ozons in den zu behandelnden Abstrom verwendet werden. Wenn Luft sowohl als Sauerstoffquelle für die Erzeugung von Ozon als auch als Trägergas für die Einführung des Ozons in das Wasser in dem Ozonisierungsverfahren verwendet wird, steht dieses Gas natürlich zur Verfügung, wobei lediglich Kosten für seine Kompression und sein Mischen entstehen. Der Wirkungsgrad eines Ozongenerators steigt jedoch im allgemeinen an, wenn der Prozentsatz an Sauerstoff in dem Beschickungsgas zunimmt. Aus diesem Grunde müssen zur Erzeugung von Ozon aus Luft verhältnismäßig große Investitionen in Ozongeneratoren gemacht werden und es ist etwa die doppelte Energie erforderlich, wenn das Beschickungsgas aus reinem Sauerstoff oder zu 90 bis 95 % aus reinem Sauerstoff besteht.

Erhöhung des gelösten Sauerstoffgehaltes

Außerdem enthält die Luft nur etwa 20 Vol.% Sauerstoff, was die Durchführung einer anderen Stufe bei der Behandlung des Abstromes, die mit der Ozonisierung zweckmäßig kombiniert werden kann, verhindert. Diese Stufe besteht darin, den

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Gehalt an gelöstem Sauerstoff (DO) des Abstromes zu erhöhen, um eine solche Menge an gelöstem Sauerstoff zu erzielen, die sich einem Wert nähert oder einen Wert erreicht, der äquivalent zu dem biologischen Sauerstoffbedarf oder einem anderen chemischen Sauerstoffbedarf ist, der noch in dem Abstrom verbleibt. Ziel ist es, genügend Sauerstoff bereitzustellen, um dem Restsauerstoffbedarf in dem Anlagenabstrom zu genügen und dadurch zu verhindern, daß dieser restliche BOD und anderer COD zu einem Sauerstoffmangelzustand in dem aufnehmenden Strom beiträgt.

In der Tat ist in einigen Fällen eine zusätzliche Menge an gelöstem Sauerstoff auch über den Wert hinaus erwünscht, der erforderlich ist, um dem restlichen BOD und dem anderen COD des Abstromes zu genügen. Dieser zusätzliche DO ist erwünscht, um die Qualität des aufnehmenden Gewässers auf einen Wert über den Wert hinaus zu verbessern, die es hätte, wenn der Abstrom nicht in dieses Gewässer abgelassen würde, für die Fälle, in denen die Qualität des aufnehmenden Gewässers in nachteiliger V/eise beeinflußt wird durch die Verschmutzung durch andere Quellen als das Abwassersystem (Klärsystem). Eine solche Situation könnte beispielsweise eintreten, wenn ein ungewöhnlicher Zulauf von Regenwasser, ein wesentlicher Austrag von Verschmutzungsstoffen in das Gewässer stromaufwärts oder stromabwärts von den Gemeindegrenzen, oder eine nicht genehmigte Entleerung oder Verunreinigung innerhalb der Gemeinde auftritt.

Recycling des Ozonabgases

Aus den angegebenen Gründen ist es erwünscht, den Ozon-

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generator für die Herstellung eines Ozon enthaltenden, an
Sauerstoff angereicherten Gases für die Behandlung des Abstromes aus einer Belebtschlamm-Kläranlage mit einem Gas zu
beschickendes zu mindesterßetwa 90 bis 95 % aus reinem Sauerstoff besteht. Wie oben angegeben, macht ein hoher Gehalt des Sauerstoffs in dem Beschickungsgas für den Ozongenerator den Betrieb des Generators wirkungsvoller. Gleichzeitig wirkt
dieses an Sauerstoff angereicherte Gas nicht nur als Träger
für den Ozon, sondern auch als Sauerstoffvorrat, der für die Erhöhung des DO-Gehaltes des Anlegenabstromes verfügbar ist.

Die hohen Kosten für das an Sauerstoff angereicherte Gas mit einem Sauerstoffgehalt von 90 % oder mehr haben es bei der
Abwasserbehandlung als zweckmäßig erscheinen lassen, das Abgas aus dem Ozonisierungsprozeß wieder zu verwenden in gleicher Weise wie in der Vergangenheit häufig versucht worden
ist, ein Abgas wieder zu verwenden, um die Verschwendung von teuren Chemikalien in vielen industriellen chemischen Prozessen zu vermeiden. Je nach den Umständen umfaßte diese frühere Verwendung die Rezyklisierung des Abgases aus einer gegebenen Stufe eines speziellen chemischen Prozesses zurück in die gleiche Stufe oder das Abziehen des Abgases in eine
stromabwärts gelegene Stufe für die Verwendung in dieser Stufe oder das Umlenken des Abgases in eine frühere, stromaufwärts gelegene Stufe für die Verwendung in dieser Stufe.

Recycling nach der Entfernung sämtlicher Verunreinigungen

Es wurde bereits vorgeschlagen, für die Abwasserbehandlung
den Sauerstoff, der in dem überschüssigen, an Sauerstoff angereicherten Gas (gewöhnlich als "Abgas" bezeichnet) aus dem

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Ozonisierungsprozeß eingelöst bleibt, zurückzugewinnen, dieses gesamte Abgas in den Ozongenerator zurückzuführen und es von hier in Form eines Ozon enthalterden, an Sauerstoff angereicherten Gases erneut in den Ozonkontaktbehälter zurückzuführen. Dieses Abgas ist aber nicht nur mit Wasser gesättigt und muß deshalb vor der Rezirkulierung durch den Ozongenerator getrocknet werden, sondern es enthält auch beträchtliche Mengen Stickstoff und Kohlendioxid, die durch das an Sauerstoff angereicherte Trägergas aus dem Abstrom während der Ozonisierungsbehandlung abgetrennt (gestrippt) werden müssen. (Stickstoff ist in dem wässrigen Abfallmaterial vorhanden, weil er unvermeidbar in sehr großen Mengen aus der Atmosphäre durch diese Flüssigkeit absorbiert wird, wenn sie in das Abwasserbehandlungssystem eintritt und dieses passiert, und Kohlendioxid liegt in erster Linie als Nebenprodukt der Oxydation von kohlenstoffhaltigen Materialien während der Behandlung vor).

Ein Trägergas, das sehr reich an Sauerstoff ist und das aus den angegebenen Gründen als Trägergas, das aus einem Ozongenerator austritt, bevorzugt ist, hat natürlich einen extrem niedrigen Gehalt an Stickstoff, Kohlendioxid und Argon, die alle in viel höheren Mengen in der normalen Mischung, welche die Luft bildet, vorhanden sind. Wenn nun das Trägergas sein Ozon in dem Ozonisierungsprozeß in das wässrige Abfallmaterial einführt, bewirken die niedrigen Partialdrucke von Stickstoff, Kohlendioxid und dergleichen in dem Trägergas, daß von dem flüssigen Inhalt des Ozonisierungsbehälters beträchtliche Mengen dieser Gase abgestrippt werden,und dadurch werden die prozentualen Gehalte an diesen verunreinigenden Gasen in dem Abgas axis dem Ozonisierungsbehälter erhöht.

Wenn diese Verunreinigungen nicht entfernt werden, drücken

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sie den Säuerst of f part ialdruck in dem Beschickungsgas für den Ozongenerator stark und dadurch wird der Vorteil der Verwendung eines Beschickungsgases mit einem hohen Sauerstoffgehalt für den Ozongenerator stark geschwächt, da die Anwesenheit dieser Verunreinigungen notwendigerweise den Wirkungsgrad des Generators herabsetzt. Wenn die Rezyklisierung des Trägergases fortgesetzt wird, strippt das Trägergas mehr und mehr Stickstoff- und Kohlendioxid-Verunreinigungen aus dem zu behandelnden wässrigen Abfallmaterial ab, so daß der Sauerstoffgehalt des in den Ozongenerator eingeführten Ozonisierungs-Abgases zunehmend niedriger und niedriger wird, wodurch der Wirkungsgrad des Ozongenerators in entsprechender Weise leidet.

Wegen der Anreicherung der vorstehend beschriebenen Verunreinigungen, die eine Folge der Rezyklisierung des Abgases oder des überschüssigen, an Sauerstoff angereicherten Gases aus dem Ozonisierungsbehälter zurück in den Ozongenerator ist, wurde diese Maßnahme zur Vermeidung der Verschwendung von kostspieligem, an Sauerstoff angereichertem Gas bisher nur angewendet, wenn das Abgas aus der Ozonisierungsstufe nicht nur durch eine Trocknungsstufe zur Entfernung der Feuchtigkeit, sondern den gesamten Weg zurück auch durch eine Reinigungsstufe zur Entfernung der Stickstoff- und Kohlendioxidverunreinigungen rezyklisiert werden konnte. Beispiele für ein solches Verfahren sind in den US-Patentschriften 3 7^8 262 und 3 856 671 angegeben. Unglücklicherweise ist die Entfernung von Stickstoff, Kohlendioxid und Wasser aus dem Abgas, um seine Rezyklisierung zu ermöglichen, sehr kostspielig und sie hat sich daher allgemein als nicht praktikabel erwiesen.

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Rezyklisierung des Ozonabgases in den Säuerstoffbehandlungsbehälter

Um die Kosten für die Entfernung der vorstehend beschriebenen Verunreinigungen zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, das Abgas aus dem Ozonisierungsprozeß stromaufwärts in der Belebtschlamm-Kläranlage in einen Sauerstoffbehandlungsbehälter einzuführen, in dem das an Sauerstoff reiche Abgas auf wirksame Weise die aerobe biologische Aktivität fördert, die erforderlich ist für die biochemische Entfernung von organischem Abfallmaterial, und worin die Anwesenheit von beträchtlichen Mengen an Stickstoff, Kohlendioxid und Wasser nur einen geringen oder keinen nachteiligen Einfluß hat. Bei Anwendung dieser Maßnahme zur Vermeidung der Verschwendung von teurem Sauerstoffgas war das einzige Beschickungsgas, das dem Ozongenerator zugeführt wurde, das von außen zugeführte, an Sauerstoff angereicherte Gas, das noch nicht in das Abwasserbehandlungssystem eingeführt worden war. Ein Beispiel für ein System dieses Typs, das dazu bestimmt ist, die Verschwendung von teurem Sauerstoffgas zu vermeiden, ist das in der US-Patentschrift 3 660 277 beschriebene System.

Ein System des vorstehend beschriebenen Typs, bei dem das Abgas aus demOzonisierungsbehälter stromaufwärts in die Sauerstoffbehandlungsstufe eines Belebtschlamm-Klärverfahrens eingeleitet wird, nützt natürlich einen Teil des Ozonisierungsabgases aus, gleichzeitig wird jedoch ein sehr großer Teil des Sauerstoff enthaltenden Gases verschwendet, weil bei den typischen Abwassern der Sauerstoffbedarf für die Ozondesinfektion und die DO-Anreicherung in dem Ozonisierungsbehälter viel größer ist als der Sauerstoffbedarf für die biologische Oxydation stromaufwärts in dem Belebtschlamm-Prozeß. Die

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einzigen Fälle, bei denen nur eine geringe odei* keine Verschwendung von Sauerstoff enthaltendem Ozonisierungsabgas bei Anwendung des Verfahrens und Verwendung der Vorrichtung, wie sie in der obengenannten US-Patentschrift beschrieben sind, auftritt, sind die, wenn der BOD₁- des zu behandelnden wässrigen Abfallmaterials ungewöhnlich hoch ist oder wenn die Desinfektionsanforderungen für das Ozon in dem Abstrom aus der Sauerstoffbehandlungsphase des Abwassersystems ungewöhnlich niedrig sind.

Zusätzlich zu der Verschwendung einer großen Menge Sauerstoff werden bei einem System des beschriebenen Typs die Pumpkapazität und der Energiebedarf für die Diffusion des Sauerstoff enthaltenden Gases in die stromaufwärts gelegenen Sauerstoffbehandlungsbehälter übermäßig erhöht wegen des niedrigeren prozentualen Gehaltes an Sauerstoff in dem Ozonisierungsabgas als in dem an Sauerstoff angereicherten Gas aus der ursprünglichen Quelle. Wenn das an Sauerstoff angereicherte Gas aus der ursprünglichen Quelle etwa 95 % Sauerstoff enthält, von diesem Gas jedoch nichts als Auffrischungsgas (Anreicherungsgas) dem Ozonisierungsabgas, das beispielsweise etwa 84· % Sauerstoff enthält, zugesetzt wird, dann werden sowohl die Pumpkapazität als auch der Energiebedarf gesteigert, um die gleiche Menge Sauerstoffgas in der Flüssigkeit, die mit Sauerstoff behandelt werden soll, zu dispergieren, gegenüber dem was erforderlich wäre, wenn ein Teil des an Sauerstoff angereicherten Gases aus der ursprünglichen Quelle dem Ozonisierungsabgas zugesetzt würde, bevor dieses in den Sauerstoff behandlungsbehält er eingeführt wird.

Aus den vorstehend angegebenen Gründen schien es bisher unmöglich, das Abgas zu rezyklisieren oder das überschüssige>

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an Sauerstoff angereicherte Gas, das mindestens teilweise an seinem Gehalt an Ozon und Sauerstoff verarmt ist, aus der Ozondesinfektionsstufe in die biologische Oxydationsstufe stromaufwärts der Ozonisierungsstufe einzuführen, ohne eine sehr große und kostspielige Menge Sauerstoffgas zu verschwenden und ohne die Pumpkapazität und den Energiebedarf für das Diffundieren des an Sauerstoff angereicherten Gases in den Inhalt des biologischen Oxydationsbehälters übermäßig zu steigern. Es schien bisher auch unmöglich, das Ozonisierungsabgas in den Ozongenerator zu rezyklisieren, ohne die Stickstoff- und Kohlendioxid-Verunreinigungen aus dem Abgas zu entfernen unter Verwendung einer Vorrichtung, die sowohl was die Investitionskosten als auch die Betriebskosten anbetrifft kostspielig war. Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß diese bisher allgemein akzeptierten Annahmen unrichtig sind.

Erfindungsgemäß wurde nämlich gefunden, daß dann, wenn ein wässriges Abfallmaterial mit einem typischen BODc und einem Ozondesinfektionsbedarf in einem Belebtschlamm-System behandelt wird, ein begrenzter, aber dennoch wesentlicher Anteil des Stickstoff und Kohlendioxid enthaltenden Abgases aus der Ozonisierungsstufe in den Ozongenerator rezyklisiert werden kann, ohne daß der erwartete nachteilige Effekt auf den Betrieb des Ozongenerators auftritt, während ein wesentlicher Anteil, und häufig die Gesamtmenge, des Restes des Ozonisierungsabgases mit Erfolg stromaufwärts zurück in den Sauerstoffbehandlungsabschnitt des Systems eingeführt werden kann. In vielen Situationen tritt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung überhaupt keine Verschwendung an Sauerstoff auf und in den meisten anderen üblichen Situationen wird nur ein geringer Anteil des in das

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Gesamtsystem eingeführten Sauerstoffs verschwendet (abgelassen).

Im Gegensatz dazu müssen bei den bekannten Systemen, welche die Rückführung des Ozonisierungsabgases in den Ozongenerator umfassen, die Stickstoff- und Kohlendioxid-Verunreinigungen mit einem beträchtlichen finanziellen Aufwand aus dem Ozonisierungsabgas entfernt werden. Darüber hinaus werden unter den üblichen Umständen bei den bekannten Systemen, bei denen das Abgas stromaufwärts in eine Säuerstoffbehandlungsstufe zurückgeführt wird, ein sehr großer Anteil des Sauerstoff enthaltenden Ozonisierungsabgases verschwendet und dadurch ist die erforderliche Sauerstofferzeugung um vieles höher und viel kostspieliger; unter den gelegentlich auftretenden optimalen Umständen benötigen diese Systeme immer noch eine übermäßig teure Fumpeiririchtung sowie teure Energie zum Betrieb der Einrichtung.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung beruhen in bezug auf ihre Wirksamkeit darauf, daß gefunden wurde, daß bei dem typischen BOD₅- Schwankungsbereich von etwa 60 bis etwa 300 ppm in dem wässrigen Abfallmaterial, das in einer öffentlichen Abwasser-Kläranlage behandelt wird, und bei einem Ozondesinfektionsbedarf von mindestens etwa 4- ppm in dem behandelten Abstrom aus der Sauerstoffbehandlungsanlage der Belebtschlamm-Kläranlage, wenn ein bestimmter Bruchteil des Ozonisierungsabgases in die stromaufwärts gelegenen Behandlungsbehälter eingeführt wird, dieser Bruchteil

(1) dazu beiträgt, den üblichen BOlV-Bereich, der in den stromaufwärts gelegenen Sauerstoffbehandlungsbehältern erforderlich ist, zu erfüllen,

(2) zu keiner übermäßigen Erhöhung der Pumpkapazität oder des

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Energiebedarfs für die Einführung von an Sauerstoff angereichertem Gas in die stromaufwärts gelegenen Behälter führt,

(3) nicht zu einem großen Abfallüberschuß von Sauerstoff gegenüber dem Sauerstoff in den stromaufwärts gelegenen Behandlungsstufen führt,

(4) etwa der Menge entspricht, die aus dem in den Ozongenerator rezyklisierten Abgas entfernt werden muß, um eine unerwünschte Anreicherung von Stickstoff- und Kohlendioxid-Verunreinigungen in dem Beschickungsgas für den Ozongenerator zu vermeiden, und

(5) bewirkt, daß ein Bruchteil des Abgases für die Rezyklisierung in den Ozongenerator zurückbleibt, der bei einer typischen Vorrichtung mit einem gegebenen maximalen Eigen-Wirkungsgrad für die Erzeugung von Ozon wesentlich dazu beiträgt, die richtige Ozondosis und die richtigen Säuerstoffmengen für die kombinierte Ozondesinfizierungsund DO-Anreicherungsstufe dieses Verfahrens zu erzeugen.

Bei den bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei denen ein Teil des Ozonisierungsabgases als Spülgas in einem Zwei-Durchgang-Selbstspülungstrockner verwendet wird, um die Entfernung von Feuchtigkeit aus dem Teil des Abgases zu unterstützen, der in den Ozongenerator zurückgeführt werden soll (z. B. wenn ein unbeheizter Trockner verwendet wird), tritt außerdem der zusätzliche auf f al] ige Zusammenhang auf, daß die Betriebsbedingungen in der Trocknungsstufe so sind, daß der Bruchteil des Ozonisierungsabgases, der zweckmäßig als Spülgas verwendet wird, etwa der gleiche Bruchteil ist, der

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stromaufwärts in die Sauerstoffbehandlungsstufe zurückgeführt werden kann und noch die oben aufgezählten Vorteile aufweist.

Die Folgen der erfindungsgemäßen Verwendung sind eine beträchtliche Einsparung an Kosten. Nur sehr wenig Sauerstoff, wenn überhaupt, muß in die Atmosphäre abgelassen werden, wegen des oben erwähnten eintretenden Gleichgewichts zwischen dem Sauerstoffbedarf für die biologische Oxydation in den stromaufwärts gelegenen Sauerstoffbehandlungsstufen einerseits und dem Sauerstoffbedarf für die Ozondesinfektion und die DO-Anreicherung in dem Ozonisierungsbehälter andererseits. Gleichzeitig werden die Kosten für die Vorrichtung, die zur Handhabung des Ozonisierungsabgases, das stromaufwärts geführt wird, niedrig gehalten, weil die Anforderungen an die Apparatur und der Energiebedarf für die Pumpen und Diffusoren zur Einführung des Ozonisierungsabgases in die stromaufwärts gelegene Stufe bei einem verhältnismäßig niedrigen Wert gehalten werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird zusammen mit der im übrigen konventionellen Behandlung eines wässrigen Abfallmaterials, das pathogene Keime, wie Bakterien und Viren enthält, unter Anwendung des bekannten Belebtschlamm-Prozesses angewendet, wobei die weitere Sauerstoffbehandlung und Desinfektion des dabei erhaltenen flüssigen Abstromes unter Anwendung einer bekannten Ozonisierungsstufe durchgeführt werden.

Erfindungsgemäß wird aus einem beträchtlichen Anteil des Abgases, nicht jedoch aus dem gesamten Abgas - in der Regel aus mindestens etwa 30 % - aus der Ozonisierungsstufe (in Form von mit überschüssigem Sauerstoff angereichertem Gas, das mindestens teilweise an Ozon und Sauerstoff verarmt ist)

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praktisch die gesamte Feuchtigkeit entfernt, während die in dem Abgas enthaltenen Stickstoff- und Kohlendioxid-Verunreinigungen darin belassen werden, wobei das auf diese Weise getrocknete, Stickstoff und Kohlendioxid enthaltende Ozonisierungsabgas mit dem an Sauerstoff angereicherten Gas aus der ursprünglichen Quelle gemischt und die Mischung in den Einlaß des Ozongenerators eingeführt wird zur Herstellung von weiterem Ozon. Ein weiterer Anteil des Ozonisierungsgases wird stromaufwärts in die Gaszuführungsleitung der Sauerstoffbehandlungseinrichtung der Belebtschlamm-Behandlungsanlage eingeführt, wobei mindestens ein Teil dieses Anteils des Ozonisierungsabgases in das in der Sauerstoffbehandlungseinrichtung enthaltene wässrige Material eingeführt wird.

Ein beliebiger Anteil des Ozonisierungsabgeses kann getrocknet werden, wenn er die Ozonisierungszone verläßt, solange dadurch genügend getrocknetes Abgas - in der Regel etwa 30 bis etwa 90 % der Gesamtmenge des Ozonisierungsabgases - erzeugt wird für die Rezyklisierung aus dem Ozonisierungsbehälter in den Ozongenerator, wie vorstehend beschrieben. Bessere Ergebnisse werden erzielt, wenn die Menge des in den Ozongenerator rezyklisierten Abgases zwischen etwa 50 und etwa 80 % der Gesamtmenge des Abgases aus der Ozonisierungszone liegt und vorzugsweise beträgt diese Menge etwa 60 %.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Teil des Ozonisierungsabgases, der in die Gaszuführungsleitung der stromaufwärts gelegenen Sauerstoffbehandlungseinrichtung eingeführt wird, mit an Sauerstoff angereichertem Gas als Ergänzungsgas (Zusatz) aus der ursprünglichen Quelle gemischt und die Mischung wird in das wässrige Material in der Sauerstoffbehandlungseinrichtung eingeführt. Ein

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Teil des in die Gaszuführungsleitung der Sauerstoffbehandlungseinrichtung zurückgeführten Ozonisierungsabgases kann gewünschtenfalIs direkt in die Atmosphäre abgelassen werden, ohne in die Sauerstoffbehandlungseinrichtung eingeführt zu werden, während bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens das gesamte in die Gaszuführungsleitung zurückgeführte Ozonisierungsabgas in das wässrige Material in der Sauerstoffbehandlungseinrichtung eingeführt wird.

Es kann eine Stufe eingeschoben werden, bei der die Menge des in dem flüssigen Inhalt der Sauerstoffbehandlungseinrichtung gelösten Sauerstoffs bestimmt und entsprechend der Bestimmung die Menge des zugeführten Auffrischungsgases eingestellt oder die Menge des in die Atmosphäre direkt abgelassenen Ozonisierungsabgases eingestellt wird.

Bei der Sauerstoffbehandlungseinrichtung dieser Ausführungsform des Verfahrens kann es sich um eine einzige Zone handeln, entweder (1) um eine Säuerstoffbehandlungszone, in der nur kohlenstoffhaltiges Material entfernt wird, oder (2) um eine Nitrierungszone, die der Zone zur Entfernung des kohlenstoffhaltigen Materials vorgeschaltet ist (z. B. ein Rieselfilter oder ein Belüftungsbehälter), ohne Verwendung irgendeines Gases, das mehr als 23 % Sauerstoff, bezogen auf das Trockengewicht, enthält, oder (3) um eine einzige Zone, in welcher der Sauerstoffbehandlungsbehälter und die darin enthaltene Gastransporteinrichtung eine ausreichende Kapazität haben, um sowohl die Entfernung des kohlenstoffhaltigen Materials (durch biologische O:xydation) als auch die Nitrierung zu bewirken. Gewünschtenfalls kann die Sauerstoffbehandlungseinrichtung aber auch sowohl eine Sauerstoffbehandlungszone als auch eine Nitrierungszone, die stromabwärts davon

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angeordnet ist, umfassen.

Die Trocknungsstufe, bei welcher die Feuchtigkeit aus dem Ozonisierungsabgas entfernt wird, wird vorzugsweise unter Verwendung eines Zwei-Durchgang-Selbstspültrockners durchgeführt, wobei der Anteil des Ozonisierungsabgases, der nicht als Rezyklisierungskomponente in den Ozongenerator zurückgeführt wird, als Spülgas für den Trockner verwendet wird. Gute Ergebnisse werden erhalten, wenn mindestens etwa 10 %, bezogen auf das Trockengewicht, des Ozonisierungsabgases als Spülgas für den Trockner verwendet werden. Bessere Ergebnisse werden erhalten, wenn mindestens etwa 25 %, bezogen auf das Trockengewicht, des Ozonisierungsabgases als Spülgas verwendet werden. Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn etwa 40 %, bezogen auf das Trockengewicht, des Ozonisierungsabgaals Spülgas verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt eine Vorrichtung dar, mit deren Hilfe das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen wässrigen Abfallmaterial-Behandlungsvorrichtung, die eine einzige Sauerstoffbehandlungsstufe umfaßt und die durchschnittlichen Verfahrensbedingungen während des 24-stündigen Betriebs bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens angibt;

Fig. 2 eine ähnliche schematische Darstellung eines bekannten Systems, bei dem das gesamte Abgas aus der

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Ozonisierungsstufe, das nicht in die Atmosphäre abgelassen wird, stromaufwärts in die Sauerstoffbehandlungsstufe des Systems rezyklisiert wird;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen wässrigen Abfallmaterial-Behandlungsvorrichtung, die zwei Sauerstoffbehandlungsstufen umfaßt und die
durchschnittlichen Verfahrensbedingungen während
eines ?Λ-stündigen Betriebs unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens angibt;

Fig. 4- eine schematische Darstellung ähnlich der Fig. 3»

die ein bekanntes System zeigt, bei dem das gesamte Abgas aus der Ozonisierungsstufe, das nicht in die
Atmosphäre abgelassen wird, stromaufwärts in die
Sauerstoffbehandlungsstufe rezyklisiert; wird;

Fig. 5 ein Diagramm, in dem der rohe.Abwasserstrom und die BOD,—Konzentration in Zeitabständen von 1 Stunde während einer 24-stündigen Betriebsdauer, ohne Ausgleichung des Stromes, in einer typischen 1-Stufen-Kläranlage gegeneinander aufgetragen sind, welche
den stündlichen Sauerstoffbedarf sowohl für die biologische Behandlung als auch für die Einführung von Sauerstoff in den Ozongenerator als Beschickungsgas zeigt;

Fig. 6 ein Balkendiagramm, welches den stündlichen Sauerstoffbedarf aus der ursprünglichen Sauerstoffquelle für die biologische Oxydation und die nachfolgende
Ozonbehandlung und ferner für die Erhöhung des gelösten Sauerstoffs (DO) in einer typischen 1-Stufen-Kläranlage bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und unter Verwendung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit den in der Fig. 5 angegebenen

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typischen Betriebsbedingungen zeigt;

Fig. 7 ein ähnliches Balkendiagramm für die gleiche Kläranlage bei Verwendung des bekannten Systems, das in der Fig. 2 schematisch dargestellt ist;

Fig. 8 ein Diagramm, in dem der rohe Abwasserstrom und die BOD^-Konzentration in Zeitabständen von 1 Stunde während einer 24— stündigen Betriebsdauer, unter Annahme der Egalisierung des Stromes, in einer typischen 1-Stufen-K3äranlage aufgetragen sind, welches den stündlichen Sauerstoffbedarf für die biologische Oxydation und für die Einführung von Sauerstoff in den Ozongenerator als Beschickungsgas sowohl bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als auch bei Verwendung des bekannten Systems, wie es in der Fig. 2 schematisch dargestellt ist, zeigt;

Fig. 9 ein Diagramm, in dem die Vergleichsmengen an Sauerstoff gegeneinander aufgetragen sind, die während eines 24—stündigen Betriebs für die jeweiligen Systeme, auf die sich die Fig. 8 bezieht, erforderlich sind;

Fig. 10 eine schematische Darstellung eines unbeheizten Zwei-Durchgang-Selbstspülungstrockners für die Verwendung bei der praktischen Durchführung der Erfindung; und

Fig. 11 eine schematische Darstellung eines Trockners mit aufgespaltenem Strom und zurückgewonnener Wärme für die Verwendung zur praktischen Durchführung der Erfindung.

Die in den Fig. 1 bis 4- enthaltenen, mit einem Stern versehenen Zahlenwerte stehen für die Zuführungsmengen in englischen Pfunden (0,4-54 kg). Das Zeichen@, bedeutet "bei".

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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung, mit deren Hilfe das Abgas aus der Ozonisierungsstufe in einer Belebtschlamm-Abwasser-Kläranlage sowohl durch den Ozongenerator als auch stromaufwärts in eine Sauerstoffbehandlungszone rezyklisiert wird, wird nachfolgend an Hand von vier Beispielen, welche die praktische Durchführung der Erfindung beschreiben, näher erläutert.

Beispiel 1

1-Stufen-Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit_den_durchschnittliehen täglichen_Verfahrensbedingungen

Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der wässrigen Abfallmaterial-Behandlungsvorrichtung der Erfindung, die eine einzige Sauerstoffbehandlungsstufe umfaßt. Die dargestellte Vorrichtung ist bestimmt für die Durchführung der Behandlung des wässrigen Abfallmaterials unter Anwendung eines konventionellen Belebtschlamm-Verfahrens und durch zusätzliche Behandlung mit Ozon, um den Abstrom aus den ersten Stufen des Systems zu desinfizieren und außerdem den Abstrom weiter mit Sauerstoff zu behandeln, um seinen Gehalt an gelöstem Sauerstoff zu erhöhen.

Biologische Oxydation

Das unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung behandelte wässrige Abfallmaterial kann einen BOD₁- von etwa 60 bis etwa 300 ppm auf v/eisen und pathogene Keime, wie z. B. Bakterien

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und Viren, in einer Menge enthalten, die eine Ozondesinfektion des Abstromes aus der Sauerstoffbehandlungseinrichtung der Belebtschlamm-Kläranlage mit mindestens etwa 4 ppm erforderlich macht. Das wässrige Abfallmaterial wird durch den Einlaß 22 in den Säuerstoffbehandlungsbehalter 20 eingeführt. Durch die ursprüngliche Sauerstoffquelle 24- wird ein an Sauerstoff angereichertes Gas, das mindestens etwa 70 %, bezogen auf das Trockengewicht, Sauerstoff enthält, bereitgestellt, das in die Beschickungsgasleitung 25 einströmt zur Einführung desselben durch die Gasdiffusoreinrichtung 30 in das wässrige Abfallmaterial in dem Behälter 20. Die Einführung des Gases auf diese Weise durch die Diffusoreinrichtung 30 führt zu einer gründlichen Durchmischung des wässrigen Abfallmaterials mit dem an Sauerstoff angereicherten Gas und dem zurückgeführten Belebtschlamm (aktivierten Schlamm), der durch die Leitung 32 in den Einlaß 22 des Behälters eingeführt wird. Dabei entsteht eine gemischte Flüssigkeit, die in Form einer Flüssigkeit mit darin suspendierten Feststoffteilchen vorliegt, und diese strömt aus dem Behälter 20 durch die Auslaßleit\rng 34. Das an Sauerstoff angereicherte Gas aus der Quelle 24 strömt durch die Leitung 26, das Ventil 36, die Leitung 28 und den Kompressor 38 und wird von da in die Gasleitung 25 und den Sauerstoffbehandlungsbehälter 20 eingeführt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Einrichtung 40 zur Bestimmung des gelösten Sauerstoffs in dem Sauerstof fbehandlungsbehalt er 20 angeordnet und steht mit dem Ventil 36 in Arbeitsverbindung. Dieses Ventil stellt automatisch entsprechend dem Gehalt an gelöstem Sauerstoff, der von der Meßeinrichtung 40 bestimmt wird, die Menge des an Sauerstoff angereicherten Gases ein, die aus der ursprünglichen Quelle 24 in den Behälter 20 eingeführt wird. Die gemischte Flüssigkeit strömt aus dem Sauerstoffbehandlungsbehälter 20 durch

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die Auslaßleitung 3^· in den Absetz- und Klärbehälter 42. Die gemischte Flüssigkeit wird in dem Behälter 42 gehalten, um zu bewirken, daß sich der Belebtschlamm auf dem Boden des Behälters absetzt, während der flüssige Abstrom durch den Auslaß 44 des Behälters abströmt. Wie bereits erläutert, wird mindestens ein Teil des Belebtschlammes, der sich in dem Behälter 42 abgesetzt hat, durch die Leitung 32 in den Einlaß 22 des Sauerstoffbehandlungsbehälters 20 zurückgeführt. Gewünschtenfalls wird ein weiterer Teil des Belebtschlammes durch die Leitung 45 beseitigt.

Ozonisierung und Erhöhung des Gehaltes an gelöstem Sauerstoff

Der flüssige Abstrom, der aus dem Absetz- und Klärbehälter 42 durch die Auslaßleitung 44 fließt, gelangt in den Ozonisierungsbehälter 46, der stromabwärts von dem Säuerstoffbehandlungsbehälter 20 bzw. dem Absetz- und Klärbehälter 42 angeordnet ist. Der Ozonkontaktbehälter 46 weist aus den weiter unten erläuterten Gründen einen gasdichten Deckel auf. Das an Sauerstoff angereicherte Gas strömt aus der ursprünglichen Quelle 24 durch die Leitung 26, den Kompressor 48 und die Leitung 50 und bildet einen Teil des Beschickungsgases, das in den Ozongenerator 52 eingeführt wird. Das an Sauerstoff angereicherte Gas der Ausführungsform gemäß Fig. 1 besteht zu 95 %y bezogen auf das Trockengewicht, aus Sauerstoff. Die besten Ergebnisse werden bei den meisten Ozongeneratoren des konventionellen Typs erzielt, wenn das Beschickungsgas für den Generator mindestens zu etwa 90 oder 95 %, bezogen auf das Trockengewicht, aus reinem Sauerstoff besteht. Das Endprodukt des Ozongenerators 52 ist ein an Sauerstoff angereichertes Gas, das mindestens 1 %, bezogen auf das Trockengewicht, Ozongas enthält. Bei einem typischen Ozongenerator,

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wie er üblicherweise kommerziell verwendet wird, wurde gefunden, daß die Leistungsfähigkeit des Generators am größten ist, wenn das Endprodukt des Generators etwa 1,7 %<> bezogen auf das Trockengewicht, Ozon enthält. Das Ozon enthaltende, an Sauerstoff angereicherte Gas aus dem Ozongenerator 52 strömt durch die Leitung 54 in den Ozonisierungsbehälter 46, in dem es durch die Diffusoreinrichtung 56in den Inhalt des Behälters eingeleitet wird. Bei der Einleitung von Gas durch die Diffusoreinrichtung 56 wird das Gas mit dem flüssigen Inhalt des Ozonisiex'ungsbeliälters gründlich gemischt, wodurch die darin enthaltenen pathogenen Keime inaktiviert werden und ein praktisch desinfiziertes Wasser erzeugt wird, das durch die Auslaßleitung 58 als Anlagenabstrora abgezogen wird. Ein Teil des in dem Austragsgas aus dem Ozongenerator 52 enthaltenen Sauerstoffs löst sich in dem flüssigen Inhalt des Ozonisierungsbehälters 56» wodurch der Gehalt des die Abwasser-Kläranlage durch die Auslaßleitung 58 verlassenden Abstromes an gelöstem Sauerstoff erhöht wird. Wie oben erläutert, ist diese Erhöhung des Gehaltes des Anlagenabstromes an gelöstem Sauerstoff häufig erwünscht.

Rezyklisierung des Ozonisierungsabgases in den Ozongenerator

Das an überschüssigem Sauerstoff angereicherte Gas, das mindestens teilweise an seinem Ozon- und Sauerstoffgehalt verarmt ist, strömt als "Abgas" aus dem gasdichten Ozonisierungsbehälter 46 durch die Leitung 60 in den Kompressor 62. Von da strömt das Abgas durch die Leitung 63 in den Trockner 64, in dem praktisch der gesamte Feuchtigkeitsdampf und die mitgerissene Feuchtigkeit bei dieser Ausführungsform aus mindestens etwa 30 Gew.% des an überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases aus dem Ozonisierungsbehälter 46 entfernt wird.

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Dieser Anteil des Abgases wird auf diese Weise getrocknet, während der Stickstoff und das Kohlendioxid, die darin enthalten sind, in dem Gas verbleiben. Mindestens ein Teil des getrockneten, Stickstoff und Kohlendioxid enthaltenden, an überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases aus dem Ozonisierungsbehälter 4-6, jedoch nicht das gesarate Gas, strömt aus dem Trockner 64- durch die Leitung 66 in den Einlaß 67 des Ozongenerators 52, in dem dieses getrocknete Abgas gemischt wird mit an Sauerstoff angereichertem Gas, das durch die Leitung 50 aus der ursprünglichen Sauerstoffquelle 24 zugeführt wird. Das gemischte Gas tritt als Beschickungsgas für den Generator in den Ozongenerator 52 ein und das vorstehend beschriebene Verfahren wird fortgesetzt.-

In der Regel ist es erwünscht, das in dem Abgas aus dem Ozonisierungsbehälter 46 enthaltene restliche Ozongas zu entfernen (z. B. durch Rückverwandlung desselben in Sauerstoff oder durch Umsetzung des Ozons mit bekannten katalytischen Materialien), bevor das Abgas durch irgendeine andere Einrichtung, z. B. den Kompressor 62, strömt. Der Grund dafür ist die sehr korrosive Wirkung des Ozons auf Metallteile, insbesondere in Gegenwart eines hohen Gehaltes an Feuchtigkeit sdampf. Es wird angenommen, daß durch den hohen Druck und die hohe Temperatur in dem Kompressor 62 jegliches restliches Ozon in Sauerstoff rückverwandelt wird, wenn das Abgas durch den Kompressor strömt. Gewünschtenfalls kann jedoch eine konventionelle Ozonzersetzungseinrichtung in der Leitung 60 vorgesehen sein, um irgendwelches Ozon, das in dem Ozonisierungsabgas verblieben ist, zu zerstören, bevor das Gas in den Kompressor 62 gelangt. Es ist wesentlich, daß das getrocknete Ozonisierungsabgas, das als Rezyklisierungskomponente durch die Leitung 66 in den Ozongenerator 52 eingeführt wird, einen

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beträchtlichen Anteil, jedoch nicht die Gesamtmenge des Abgases darstellt, das aus dem Ozonisierungsbehälter 46 durch die Leitung 60 strömt. Die Einführung eines Teils, der etwa 30 bis etwa 90 Gew.% des Ozonisierungsabgases aus dem Behälter 46 ausmacht, als Rezyklisierungskomponente in den Ozongenerator 52 führt zu befriedigenden Ergebnissen in bezug auf die Aufrechterhaltung des Wirkungsgrades des Ozongenerators bei gleichzeitiger Vermeidung einer unnötigen Verschwendung von teurem Sauerstoffgas. Noch bessere Ergebnisse werden erzielt, wenn die Rezyklisierungskomponente des Ozongenerators aus dem Abgas des Ozonisierungsbehälters etwa 50 bis etwa 80 %, bezogen auf das Trockengewicht, des Abgases aus dem Behälter 46 ausmacht. Zur Erzielung bester Ergebnisse ist es bevorzugt, daß dieser Prozentsatz etwa 60 % beträgt. Überraschenderweise werden dann, wenn, wie oben erläutert, die angegebenen Mengenanteile des Abgases aus dem Ozonisierungsbehälter 46 als Rezyklisierungskomponente verwendet werden, die als Teil des Beschickungsgases für den Ozongenerator 52 eingeführt wird, sowohl eine unerwünschte Anreicherung von Verunreinigungen in Form von Stickstoff und Kohlendioxid als auch eine unnötige Verschwendung von teurem Sauerstoffgas vermieden. Gleichzeitig wird auch die kostspielige Entfernung der Stickstoff- und Kohlendioxid-Verunreinigungen, die bei einigen bekannten Systemen erforderlich ist, vermieden.

Rezyklisierung des Ozonisierungsabgases in den Sauerstoffbehandlungsbehälter

Eine weitere Einsparung wird erzielt bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wenn man mindestens einen Teil des

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Ozonisierungsabgases aus dem Behälter 46, der nach der vorstehend beschriebenen fiezyklisierung des Ozonisierungsabgases in dem Ozongenerator 52 zurückbleibt, durch die Leitung 68 und den Kompressor 38 in die Gasbeschickungsleitung 25 des Sauerstoffbehandlungsbehälters 20 einleitet. Dieser Teil des Ozonisierungsabgases aus dem Behälter 46 wird dadurch für die Einleitung in das in dem Sauerstoffbehandlungsbehälter 20 enthaltene wässrige Material verfügbar gemacht. Gewünschtenfalls kann ein Teil oder die Gesamtmenge des Abgases aus dem Ozonisierungsbehälter 46, das durch die Leitung 68 in den Sauerstoffbehälter 20 strömt, um den Trockner 64 herumgeführt werden. Außerdem kann, wie nachfolgend näher erlä\itert wird, dann, wenn der Trockner 64 ein Zwei-Durchgang-Selbstspültrockner ist, der einen Teil seines eigenen getrockneten Austragsmaterials als Spülgas zur Regenerierung einer Hälfte des Trockners verwendet, während die andere Hälfte sich im Gastrocknungszyklus befindet, das beim Spülen des Trockners 64 erhaltene, Feuchtigkeit enthaltende Gas durch die Leitung 68 in den Behälter 20 eingeleitet werden. Überschüssiger Sauerstoff, der in dem wässrigen Material in dem Sauerstoffbehandlungsbehälter 20 ungelöst bleibt, wird durch das obere Ende des Behälters 20 in die Atmosphäre abgelassen, wenn es sich dabei um einen oben offenen Behälter handelt, oder er entweicht durch die Leitung 74-» wenn der Behälter oben geschlossen ist.

In der dargestellten Ausführungsform werden auch Vorkehrungen getroffen, um die Einführung von zu viel Sauerstoff in den Behälter 20 zu vermeiden. Insbesondere ist in der Leitung 68 eine Abzweigung 70 vorgesehen, um einen Entlüftungsweg durch das Ventil 72 für bestimmte Situationen zu schaffen. In der Regel ist es nicht erwünscht, den Gehalt der gemischten

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Flüssigkeit und des Sauerstoffbehandlungsbehälters 20 an gelöstem Sauerstoff auf einen Wert oberhalb eines bestimmten Wertes ansteigen zu lassen und deshalb ist es untex· bestimmten Umständen erwünscht, einen Teil des mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases aus dem Ozonisierungsbehälter 46 in die Atmosphäre abzulassen, ohne ihn in den Inhalt des Behälters einzuleiten. Eine Sauerstoffbestimmungseinrichtung 40 im Behälter 20 ist mit dem Ventil 72 arbeitsmäßig verbunden, welche das Ventil automatisch öffnet, um das Sauerstoff enthaltende Gas entsprechend einem vorher festgelegten Wert des gelösten Sauerstoffs, der durch die Einrichtung 40 bestimmt wird, abzulassen. Die Sauerstoffbestimmungseinrichtung 40 steuert (betätigt) das Ventil 36 (oben erwähnt) wie auch das Ventil 72, Wenn der durch die Einrichtung 40 bestimmte Wert an gelöstem Sauerstoff unter einen vorher festgelegten Minimalwert abfällt, wird das Ventil 36 weiter geöffnet, so daß zusätzlicher Ergänzungssauerstoff aus der Sauerstoffquelle 24 in den Sauerstoffbehandlungsbehälter 20 einströmen kann. Wenn der durch die Einrichtung 40 bestimmte Gehalt an gelöstem Sauerstoff über einen vorher festgelegten Wert oberhalb dieses vorher festgelegten Minimums ansteigt, wird das Ventil 36 etwas geschlossen, so daß es in seinen vorherigen Zustand zurückkehrt, und wenn der gemessene Gehalt an gelöstem Sauerstoff noch weiter ansteigt bis zu einem vorher festgelegten Maximalwert, wird das Ventil 36 völlig geschlossen und das Ventil 72 wird geöffnet, um einen Teil des Ozonisierungsabgases in die Atmosphäre abzulassen. Das Abgas, das nicht abgelassen wird, strömt weiterhin durch die Leitung in die Gasbeschickungsleitung 25 für den Sauerstoffbehandlungsbehälter 20. Das Ventil 72 schließt sich wieder, wenn der mittels der Einrichtung 40 bestimmte Gehalt an gelöstem Sauerstoff unter den vorher festgelegten Maximalwert sinkt.

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Durchschnittlicher täglicher Verbrauch an Sauerstoff

Die Fig. 1 gibt das Trockengewicht der durch die jeweiligen Leitungen und Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die in dieser Figur dargestellt sind, strömenden Gase an. In entsprechender Weise ist auch der Prozentsatz des Sauerstoffgehaltes in dem durch die jeweiligen Leitungen strömenden Gas angegeben. Bei den angegebenen Gasgewichten handelt es sich um die Gesamtgewichte in kg (pounds), die bei der angenommenen Situation während eines vollständigen Tages erforderlich sind. Da sich die dargestellte Situation nicht auf irgendeinen speziellen Zeitraum während des Tages bezieht, sind natürlich die täglichen Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit des BOD,-, die in einer typischen Abwasser-Kläranlage auftreten, in diesen Zahlen nicht enthalten. Die BODj--Konzentration in dem wässrigen Abfallmaterial, das bei dem Einlaß 22 in den Säuerstoffbehandlungsbehälter 20 eintritt, hat in der Fig. 1 einen durchschnittlichen täglichen Wert von I50 mg/1. Der Ammoniak-Stickstoffgehalt des wässrigen Abfallmaterials hat während der gleichen 24 Stunden Betriebsdauer einen Durchschnittswert von I5 mg/1. Die Ozonmenge, die für die Desinfektion des Inhalts des Ozonisierungsbehälters 46 erforderlich ist, beträgt 6,66 ppm. Der Wirkungsgrad des Ozongenerators 52 beträgt 1,7 %· Die durch das dargestellte System bewirkte BODc-Entfernung beträgt etwa 87 bis 92 #, während die Entfernung an Ammoniak-Stickstoff vernachlässigbar gering ist. Wie aus den Gasgewichten und den Prozentsätzen des Sauerstoffs, wie sie in Fig. 1 angegeben sind, zu ersehen ist, wird unter den angegebenen Bedingungen kein Sauerstoff in dem Ozonisierungsabgas in die Atmosphäre abgelassen, sondern der gesamte Sauerstoff wird entweder als Beschickungsgas in den Regenerator 52 rezyklisiert oder in Form von Sauerstoff in den Sauerstoffbehandlungsbehälter 20 eingeleitet für

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die biologische Oxydation der darin enthaltenen gemischten Flüssigkeit.

Das an Sauerstoff angereicherte, Ozon enthaltende Gas strömt aus dem Ozongenerator 52 in den Ozonisierungsbehälter 46, in dem sein Sauerstoffgehalt von 86 % auf 80 % herabgesetzt wird sowohl dadurch, daß sich der Sauerstoff in dem flüssigen Inhalt des Behälters 46 löst, als auch durch das "Abstrippen" des Stickstoffs und Kohlendioxids aus dem Inhalt des Behälters. Wenn ein Teil des Abgases aus dem Behälter 46 getrocknet und wieder in den Einlaß des Ozonisierungsgenerators 52 rezyklisiert wird, wo er mit 95 % Sauerstoff aus der ursprünglichen Sauerstoffquelle 24 gemischt wird, erhält man ein an Sauerstoff angereichertes Gas, das 86 % Sauerstoff enthält. Obgleich bekannt ist, daß die besten Ergebnisse mit einem Beschickungsgas mit 90 bis 95 % reinem Sauerstoff für den Ozongenerator erzielt werden, hat sich überraschenderweise die Verwendung des Beschickungsgases innerhalb des angegebenen generellen Bereiches als völlig zufriedenstellend erwiesen. Daraus ist zu ersehen, daß die Rezyklisierungskomponente des Ozongeneratorbeschickungsgases in der in Fig. 1 dargestellten Situation nicht nur gleich, sondern tatsächlich größer ist als die Auffrischungskomponente aus der ursprünglichen Quelle 24.

Weitere wichtige Kosteneinsparungen resultieren aus der Tatsache, daß das Gas, das aus dem Ozonisierungsbehälter 46 durch die Leitung 68 in die Gasbeschickungsleitung 25 des Sauerstoffbehandlungsbehälters 20 als Rezyklisierungskomponente strömt, mehr als dreimal so viel Sauerstoff liefert wie durch die Auffrischungskomponente, die durch die Leitung 28 aus der Sauerstoffquelle 24 strömt, zugeführt wird. In der Bilanz

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werden die zusätzlichen Kosten durch das Einpumpen und Eindiffundieren der Gasmischung, die 83 % Sauerstoff enthält (die resultieren aus der 80%igen Rezyklisierungskomponente und der 95%igen Auffrischungskomponente) anstelle des zu 95 % reinen Sauerstoffgases aus der ursprünglichen Quelle 24, das in den Behälter 20 eingeführt würde, wenn kein Abgas stromaufwärts von dem Ozonisierungsbehälter in den Behälter 20 rezyklisiert würde, in den Sauerstoffbehandlungsbehälter 20 mehr als aufgewogen durch die beträchtlichen Sauerstoffeinsparungen, wenn kein Ozonisierungsabgas durch die Leitung 70 und das Ventil 72 abgelassen wird. Das Aufwiegen der Rezyklisierung des Abgases aus dem Ozonisierungsbehälter 46 stromaufwärts von dem Sauerstoffbehandlungsbehälter 20 gegen die überraschend durchführbare Rezyklisierung des Stickstoff und Kohlendioxid enthaltenden Abgases in den Ozongenerator wirkt zusammen unter Erzielung von bemerkenswerten Ergebnissen bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Prozentsatz der Ausnutzung des Sauerstoffs aus der ursprünglichen Quelle 24 in der in Fig. 1 erläuterten Situation betrug, wie gefunden wurde, etwa 91 %. Dieser Prozentsatz der Ausnutzung ist tatsächlich die höchste Sauerstoffausnutzung, die in der Praxis erzielt werden kann, weil es unmöglich ist, daß der Sauerstoff sich immer vollständig löst in dem zu behandelnden wässrigen Abfallmaterial.

Vergleich mit dem bekannten 1-Stufen-System, bei dem nur eine Rezyklisierung des Ozonabgases in die SauerstoffbehandlunKS-stufe angewendet wird

Die bei der praktischen Durchführung der Erfindung erzielten bemerkenswerten Ergebnisse ergeben sich auch, wenn man das

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wässrige Abfallmaterial-Behandlungsverfahren und die dafür verwendete Vorrichtung, wie in Fig. 1 erläutert, dem in Fig. 2 erläuterten bekannten System gegenüberstellt. Bei dem bekannten System ist man bemüht, die Verschwendung von teurem Sauerstoffgas dadurch zu vermeiden, daß man möglichst viel Abgas aus der Ozonisierungsstufe stromaufwärts von der Sauerstoff behandlungsstufe des Systems rezyklisiert, ohne den Gehalt der gemischten Flüssigkeit in dem Sauerstoffbehandlungsbehälter an gelöstem Sauerstoff zu stark zu erhöhen. In der Fig. 2 wird das gleiche wässrige Abfallmaterial durch die Einlaßleitung 22 wie in Fig. 1 in den Sauerstoffbehandlungsbehälter 20 eingeführt. Auch hier hat das wässrige Abfallmaterial wiederum eine BOD₁--Konzentration von I50 mg/1» eine Ammoniak-Stickstoff-Konzentration von I5 nig/1 und es enthält Bakterien und Viren in einer Menge, welche die Ozondesinfektion des Abstroms aus der Sauerstoffbehandlungseinrichtung der Anlage von etwa 6,66 mg/1 erforderlich macht. Die Ergebnisse, ausgedrückt durch die Behandlung und die Desinfektion des wässrigen Abfallmaterials nach dem bekannten System der Fig. 2 sind praktisch die gleichen wie die Ergebnisse bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie in Fig. 1 dargestellt. In beiden Fällen beträgt die BOD,--Entfernung etwa 87 bis etwa 92 % und die Ammoniak-Stickstoff-Entfernung ist vernachlässigbar. Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und durch Verwendung der in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung können Jedoch enorme Einsparungen in bezug auf die Menge an verbrauchtem Sauerstoff erzielt werden. In dem System gemäß Fig. 2 wird ein an Sauerstoff angereichertes Gas durch den Kompressor 38, die Gasbeschickungsleitung 25 und die Gasdiffusoreinrichtung 30 in die gemischte Flüssigkeit in dem Säuerstoffbehandlungsbehälter 20 eingeleitet. Die

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Differenz zwischen dem in Fig. 1 dargestellten System und dem in Fig. 2 dargestellten bekannten System besteht darin, daß in letzterem das gesamte an Sauerstoff angereicherte Gas, das in den Behälter 20 eingeleitet wird, als Abgas aus dem Ozonisierungsbehälter 46 kommt und kein Teil des an Sauerstoff angereicherten Gases (über die Verbindungsleitungen 26 und 28) direkt aus der ursprünglichen Sauerstoffquelle 24 stammt. Wie in der Fig. 2 dargestellt, fließt die Flüssigkeit durch die Leitung 3^ in den Absetz- und Klärbehälter 42. Aus dem Behälter 42 wird der Belebtschlamm, der sich abgesetzt hat, durch die Leitung 32 in den Einlaß 22 des Behälters 20 zurückgeführt. Gewünschtenfalls kann überschüssiger Belebtschlamm durch den Auslaß 45 ausgetragen werden. Der Abstrom aus dem Absetz- und Klärbehälter 42 strömt durch die Leitung 44 in den Ozonisierungsbehälter 46. Das an Sauerstoff angereicherte Gas, das Ozon enthält, wird durch die Gasdiffusoreinrichtung 56 in den Ozonkontaktbehälter 46 eingeleitet. Das Ozon enthaltende Gas wird durch den Ozongenerator 52 erzeugt und es strömt aus diesem durch die Leitung 54 in den Ozonisierungsbehälter 46. Der Abstrom der Anlage strömt durch die Leitung 58 ab.

Daraus ergibt sich, daß dieses bekannte System auf der Annahme beruht, die bisher allgemein anerkannt war, daß es unmöglich sei, irgendwelches Abgas aus einer Ozonisierungsstufe wieder in den Ozongenerator zu rezyklisieren, ohne die Stickstoff- und Kohlendioxid-Verunreinigungen, welche den Betrieb des Generators stören, zu entfernen. Deshalb ist das einzige Beschickungsgas, das in dem System gemäß Fig. 2 in den Generator 52 eingeführt wird, ein an Sauerstoff angereichertes Gas, das etwa 95 % reinen Sauerstoff enthält, das direkt aus der ursprünglichen Quelle 24 stammt und durch die Leitiang 26,

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den Kompressor 4-8 und die Leitung 50 eingeführt wird. Aus den in der Fig. 2 angegebenen Gasgewichtsmengen und Sauerstoffprozentsätzen ist zu ersehen, daß unter den angegebenen Bedingungen der Ozongenerator des bekannten Systems die kontinuierliche Einführung von sehr großen Mengen an dem an Sauerstoff angereicherten Gas aus der ursprünglichen Quelle 24 erfordert und daß außerdem eine sehr große Menge Sauerstoff verschwendet wird durch das Ablassen des Abgases aus dem Ozonkontaktbehälter 46 durch die Leitungen 60, 68 und 70 und das Ventil 72. Darüber hinaus sind die Einsparungen in bezug auf die Kosten für das Pumpen und Diffundieren des an Sauerstoff angereicherten Gases, das durch die Gasbeschickungsleitung 25 in den Sauerstoffbehandlungsbehälter 20 bei dem in Fig. 2 dargestellten bekannten System eingeführt wird, im Vergleich zu den Kosten des in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Systems vernachlässigbar gering, da der Prozentsatz des Sauerstoffgehaltes der durch den Diffusor 30 in den Behälter 20 eingeführten Gase in beiden Fällen im wesentlichen gleich ist.

Beispiel 2

Zwei-Stufen-Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit_den_durchschnittlichen_täglichen_Verfa^ensbedingungen

Die Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer zweistufigen wässrigen Abfallmaterial-Behandlungsanlage gemäß der Erfindung. Dieses System ähnelt im Prinzip dem in Fig. 1 dargestellten System, wobei jedoch ein zusätzlicher zweiter Behälter vorgesehen ist, in dem das an Sauerstoff angereicherte Gas in das zu behandelnde wässrige Material eingeführt wird,

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und bei dem ein Klär- und Absetzbehälter diesem Behälter zugeordnet ist. In den Fig. 1 und 3 werden gleiche Komponenten mit gleichen Ziffern bezeichnet. In dem in Fig. 3 dargestellten Zwei-Stufen-System strömt der flüssige Abstrom aus dem Absetz- und Klärbehälter 42 durch die Leitung 44 in den Nitrierbehälter 80, in dem das mit Sauerstoff angereicherte Gas durch die Leitung 84 mittels der Gasdiffusoreinrichtung 82 in den flüssigen Inhalt des Behälters eingeleitet wird. Der flüssige Abstrom aus dem Nitrierbehälter 80 strömt durch die Auslaßleitung 86 in den Absetz- und Klärbehälter 88. Aus dem Behälter 88 wird der Belebtschlamm, der sich darin abgesetzt hat, durch die Leitung 90 in den Einlaß des Nitrierbehälters 80 zurückgeführt. Gewünschtenfalls kann ein Teil des Belebtschlammes aus dem Behälter 88 durch die Leitung 92 verworfen werden. Der flüssige Abstrom aus dem Klär- und Absetzbehälter 88 strömt durch die Leitung 94 in den Ozonisierungsbehälter 46. Darin wird der Abstrom mit dem Ozon enthaltenden« mit Sauerstoff angereicherten Gas, das durch den Diffusor 56 in den Behälter eingeführt wird, gründlich gemischt. Dadurch erhält man eine Desinfektion des Anlagenabstroms.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung strömt ein Teil des Abgases aus dem Ozonkontaktbehälter 46 (durch die Leitung 60, den Kompressor 62, die Leitung 63» den Trockner 64, die Leitung 68 und den Kompressor 38) nicht nur in die Gasbeschikkungsleitung 25 des Sauerstoffbehandlungsbehälters 20, sondern auch in die Gasbeschickungsleitung 84 des Nitrierbehälters 80. Wie bei der in Fig. 1 dargestellten 1-stufigen Ausführungsform wird der überschüssige ungelöste Sauerstoff oben aus dem Sauerstoffbehandlungsbehälter 20 in die Atmosphäre abgelassen, wenn es sich dabei um einen offenen Behälter handelt, oder er wird durch einen Auslaß 74 abgelassen, wenn der

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Behälter oben geschlossen ist. In entsprechender Weise wird der überschüssige ungelöste Sauerstoff entweder oben aus dem Nitrierbehälter 80 oder durch die Auslaßleitung 96 abgelassen. Wie aus den in der Fig. 3 angegebenen Gasgewichtsmengen und Sauerstoffprozentsätzen zu ersehen, stellt das Gas, das aus dem Ozonisierungsbehälter 46 in den Ozongenerator 52 als eine Rezyklisierungskomponente strömt, einen wesentlich größeren Anteil des durch den Einlaß 67 in den Generator eingeführten Sauerstoffs dar als das Gas, welches als Auffrischungskomponente aus der ursprünglichen Sauerstoffquelle 24 durch die Leitung 50 zugeführt worden ist. Wiederum erhält man dadurch überraschend einen sehr wirkungsvollen Betrieb des Generators 52 und dies führt zu beträchtlichen Einsparungen durch Verminderung der Menge an neuem oder Auffcischungssauerstoff, die in dem Beschickungsgas für den Ozongenerator erforderlich ist. In der Fig. 3 ist auch dargestellt, daß kein Anteil des Ozonisierungsabgases in der gezeigten Situation in die Atmosphäre abgelassen wird und daß eine wesentlich größere Gewichtsmenge Sauerstoff in den Sauerstoffbehandlungsbehälter 20 und in den Nitrierbehälter 80 durch das Ozonisierungsabgas eingeführt wird als durch das Auffrischungsgas aus der ursprünglichen Sauerstoffquelle 24. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nicht nur die Verschwendung von teurem Sauerstoff vermieden, sondern dadurch werden auch eine BODc-Entfernung vorjmehr als 95 % und eine Ammoniak-Stickstoff-Entfernung von etwa 98 % erzielt.

Vergleich mit dem bekannten Zwei-Stufen-System, in dem nur die Rezyklisierunft des Ozonisierungsabgases in die Sauerstoffbehandlungsstufe angewendet wird

Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung ein bekanntes

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System, bei dem man bestrebt ist, die Verschwendung von teurem Sauerstoffgas zu vermeiden durch Rezyklisierung des Abgases aus dem Ozonisierungsbehälter, jedoch nur stromaufwärts in die Sauerstoffbehandlungsstufe. Das in Fig. 4 dargestellte Zwei-Stufen-System ist das gleiche wie das in Fig. 3 dargestellte Zwei-Stufen-System, jedoch mit dem wesentlichen Unterschied, daß das Abgas aus dem Ozonisierungskontaktbehälter 46 nicht in den Ozongenerator 52 zurückgeführt wird. Statt dessen erfolgt die einzige Rezyklisierung, die in der Vorrichtung gemäß Fig. 4 angewendet wird, durch die Leitungen und 68 und den Kompressor 38 in die Gasbeschickungsleitungen 25 und 84 des Sauerstoffbehandlungsbehälters 20 bzw. des Nitrierbehälters 80. Das in das System gemäß Fig. 4 eingeführte wässrige Abfallmaterial hat die gleichen Eigenschaften wie das mit dem System gemäß Fig. 3 behandelte Material. Das heißt, die BOD^-Konzentration, die Ammoniak-Stickstoff-Konzentration und die erforderliche Ozonmenge sind bei dem in den Fig. 3 und 4 behandelten Material gleich. Die in dem Anlagenabstrom erzielten Endergebnisse sind ebenfalls die gleichen mit einer BODc-Entfernung von 95 % und einer Ammoniak-Stickstoff -Entfernung von 98 %. Der wesentliche Unterschied zwischen dem System gemäß der vorliegenden Erfindung, wie es in Fig. 3 erläutert ist, und dem bekannten System, wie es in Fig. 4 erläutert ist, besteht darin, daß bei dem bekannten System eine große Menge Sauerstoff verschwendet wird durch Ablassen in die Atmosphäre und daß deshalb eine viel größere Menge an mit Sauerstoff angereichertem Gas aus der ursprünglichen Säuerstoffquelle 24 während des 24-Stunden-Betriebs, auf die sich die in der Fig. 4 angegebenen Daten beziehen, zugeführt werden muß. Die Folge davon ist, daß bei dem System gemäß Fig. 4 ein sehr viel niedrigerer Prozentsatz der Säuerst off ausnutzung erzielt wird als bei dem System gemäß Fig. 3.

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Von dem während der angegebenen 24—Stunden-Betriebsdauer durch die ursprüngliche Sauerstoffquelle 24- zugeführten Sauerstoff werden bei dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß Fig. 4- nur 67 % ausgenutzt. Wenn man diesen Wert mit der 91%igen Säuerstoffausnutzung vergleicht, die mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung, wie sie in Fig. 3 erläutert ist, erzielt wird, so wird daraus die technische Bedeutung der vorliegenden Erfindung klar.

Beispiel 3

1-stufige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Verfahrensbedingungen, welche die täglichen Schwankungen in dem_Abfallmaterial_und_in_der_Zuflußrate_wieders£iegeln

Die Bedeutung der vorliegenden Erfindung ist auch ersichtlich, wenn man die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Behandlung eines wässrigen Abfallmaterials einer Art untersucht, das in der Regel in eine städtische Kläranlage strömt mit den täglichen Schwankungen sowohl in bezug auf die BOD₁--Konzentration des behandelten Abwassers als auch in bezug auf seine Zuflußrate.

Typisches wässriges Abfallmaterial in einer städtischen Kläranlage

Die Fig. 3-2 des "Technology Transfer Bulletin", herausgegeben 1974 von der United States Environmental Protection Agency unter dem Titel "Process Design Manual of Upgrading Existing Wastewater Treatment Plants" zeigt,ein Beispiel für einen

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rohen Abwasserstrom und eine BOD₁--Konzentration mit den täglichen Schwankungen für eine typische Abwasser-Kläranlage. Die Figur aus dem obengenannten EPA-Bulletin gibt Informationen über die stündliche rohe BOD₁--Konzentration und den Zufluß einer Anlage, die einen durchschnittlichen Strom von etwa 16,3 x 10⁶£ (4,3 χ 10⁶Gallons) pro Tag aufnimmt.

Das Diagramm der Fig. 5» welches den Sauerstoffbedarf unter den angegebenen Bedingungen angibt, wurde aus der obengenannten EPA-Figur hergestellt. Da eine typische Behandlungsanlage auch die Primärbehandlung zur Entfernung von großen Feststoffen und etwas BOD₁- umfaßt, wurde der für die BODc-Konzentration in der EPA-Figur 3-2 angegebene Wert bei der Anfertigung der erfindungsgemäßen Fig. 5 um 25 % herabgesetzt. Dies entspricht den Vorschlägen in dem gleichen EPA Technology Transfer bulletin, zweiter Abschnitt, der die Primärbehandlung betrifft. Wie oben bei den erfindungsgemäß erzielten Vorteilen erläutert, beruhen das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung bezüglich ihrer Wirksamkeit darauf, daß gefunden wurde, daß ein bemerkenswerter Zusammenhang zwischen verschiedenen Betriebsbedingungen des erfindungsgemäßen Systems besteht. Die angegebenen Zusammenhänge sind alle um so überraschender, als keine notwendige Beziehung bei einer gegebenen Zeit zwischen dem für die biologische Oxydation oder die Behandlung des Abwassers erforderlichen Sauerstoff und dem für die Bildung des Ozons für die am Ende durchgeführte Desinfektion des Anlagenabstromes erforderlichen Sauerstoff besteht. Der Sauerstoffbedarf für die biologische Oxydation wird bestimmt durch die BODc-Konzentration des behandelten wässrigen Abfallmaterials und den hydraulischen Strom in den Sauerstoffbehandlungsbehälter. Der Ozonbedarf wird bestimmt durch den gewünschten Ozongehalt in mg/1

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und den hydraulischen Strom durch den Ozonisierungsbehälter. Bei der Berechnung des Sauerstoffbedarfs für die biologische Oxydation und die Ozonisierung, wie in Fig. 5 (sowie in den nachfolgend erläuterten Figuren 6 bis 9) angegeben, wurde von einem Säuerstoffbehandlungsbehälter mit einer Retentionszeit von 1,75 Stunden auf der Basis des durchschnittlichen Zustromes von 16,3 x 10 £ (4,3 χ 10⁶ Gallons) pro Tag (wie in dem EPA-Bulletin) und einer Retentionszeit in dem End-Absetzbehälter von 2,5 Stunden ausgegangen, wobei beide Annahmen entsprechend der üblichen Verfahrenspraxis gemacht wurden. Es wurde auch davon ausgegangen, daß der Strom durch den Sauerstoffbehandlungsbehälter und den letzten Absetzbehälter die Form eines "Pfropfenstromes" hat. In der Fig. 5 ist die BODc-Konzentration in mg/1 (abgeleitet aus der oben erwähnten EPA-Figur 3-2 und verringert wie oben angegeben) durch die untere gestrichelte Kurve angegeben und der Zustrom mit den angegebenen Raten (Geschwindigkeiten), ausgedrückt durch Millionen Liter (Gallons) pro Tag durch das untere Balkendiagramm angegeben (aus der gleichen EPA-Figur 3-2, der Bequemlichkeit halber umgewandelt in ein Balkendiagramm).

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Der Sauerstoffbedarf für die BOD,--Entfernung und für die Aufrechterhaltung von 4 mg/1 gelöstem Sauerstoff in dem
Sauerstoffbehandlungsbehälter (entsprechend der üblichen technischen Praxis) wurde aus den in den BODj-- und Zuflußraten-Kurven angegebenen Informationen errechnet und das dabei erhaltene Ergebnis wurde aufgetragen unter
Bildung der oberen gestrichelten Kurve. Dabei handelt es sich um die Sauerstoffmenge, die durch die Beschickungsgasleitung 25 in der Fig. 1 die in den Sauerstoffbehandlungsbehülter 20 strömt. Der Sauerstoffbedarf für die
Bildung von Ozon, welcher die Verwendung von 5 mg/1 Ozon in dem Ozonisierungsbehälter erlaubt, wurde dann aus den Informationen aus der Zuflußratenkurve errechnet, wobei man von einer 89 %igen Ozonübertragung in das flüssige Medium und einer Bildung von 2 % Ozon aus dem dem Ozongenerator zugeführten Sauerstoff (beides entsprechend der üblichen technischen Praxis) ausging,und das dabei erhaltene Ergebnis wurde aufgetragen unter Bildung des'oberen Balkendiagramms. Dabei handelt es sich um die Sauerstoffmenge, die in der Fig. 1 durch den Einlaß 67 in den Ozongenerator 52 einströmt und durch die Leitung 54 ausströmt. Ein Teil dieses Sauerstoffs steht als Trägergas für den Ozon zur Verfügung zur Erhöhung des Gehaltes des Abströmes aus dem Ozonisierungsbehälter an gelöstem Sauerstoff. Die Gesamtmenge Sauerstoff, die stündlich für die biologische Oxydation und für die
Einleitung in den Ozongenerator als Beschickungsgas erforderlich wären, wenn überhaupt keine Recyclisierung aus dem Ozonisierungsbehälter stattfände und somit der gesamte
Sauerstoffbedarf für das System durch den Sauerstoff aus der ursprünglichen Quelle gedeckt würde, wäre die Summe
aus dem oberen gestridielt en Diagramm und dem oberen Balkendiagramm.

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Für die 1-stufige Ausführungsform der Erfindung erforderlicher Sauerstoff

Das Diagramm der Fig. 6 zeigt den Sauerstoffbedarf für die biologische Oxydation, die Ozonbildung und die Erhöhung des gelösten Sauerstoffs bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Situation, mit den täglichen Schwankungen, die in der Fig. 5 erläutert ist. Die in den Diagrammen der Fig. 6 angegebene Informationen beziehen sich auf ein System, bei dem 60 % des Abgases aus dem Ozonisierungsbehälter in den Ozongenerator recyclisiert werden,wobei der Rest des Abgases stromaufwärts in den Sauerstoffbehandlungsbehälter recyclisiert wird.

Das obere Balkendiagramm in der Fig. 6 (bei dem es sich um das gleiche wie das obere Balkendiagramm der Fig. 5 handelt) zeigt die gesamte S_auerstoffmenge, die in dem Beschickungsgas für den Ozongenerator erforderlich ist bei einer Ozonverwendung von 5 mg/1, unabhängig davon, ob es sich bei dem Sauerstoff um eine Recyclisierungskomponente in Form des Abgases aus dem Ozonisierungsbehälter handelt oder nicht. Das Beschickungsgas für den Ozongenerator wird verwendet, um Ozon für die Desinfektion zu bilden, um zusätzlichen Sauerstoff (in Form des Ozonträgergases) zur Verfügung zu stellen, um den Gehalt an gelöstem Sauerstoff in dem Anlagenabstrom zu erhöhen, und schließlich um Sauerstoff zu liefern (in Form des Ozonisierungsabgases) für die notwendige biologische Oxydation, wenn es stromaufwärts in den Sauerstoffbehandlungsbehälter recyclisiert wird, beispielsweise durch die Leitung 73 in dem System gemäß Fig. 1 oder Fig. 2* In dem System gemäß Fig. 1 strömt ein Teil des durch das obere Balkendiagramm gemäß Fig. 6, dargestellten Sauerstoffs durch die Leitung 50 in den Ozongenerator 52 und zum Teil durch die Leitung 66. In dem System gemäß Fig. 2 strömt

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der gesamte Sauerstoff, der durch das obere Balkendiagramm gemäß Pig. 6 dargestellt wird, durch die Leitung 50 in den Ozongenerat or.

Das mittlere zusammengesetzte Balkendiagramm zeigt die in der in Fig. 5 dargestellten Situation erforderliche Sauerstoffgesamtmenge aus der ursprünglichen Quelle (die zugeführt wird in Form von Auffrischungsgas zu dem recyclisierten Ozonisierungsabgas, das sowohl in den Ozongenerator als auch in den Sauerstoffbehandlungsbehälter eingeführt wird), wenn die Recyclisierung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung angewendet wird. Bei dieser Fig. werden 60 % des Abgases aus dem Ozonislerungsbehälter in den Ozongenerator und 40 % stromaufwärts in den Sauerstoffbehandlungsbehälter recyclisiert. In diesem mittleren Balkendiagramm repräsentiert der schraffierte Teil oberhalb jedes Striches die aus der ursprünglichen Quelle 24 in der Fig. 1 erforderliche Säuerstoffmenge, um eine Erhöhung des Gehaltes an gelöstem Sauerstoff in dem Anlagenabstrom von 25 mg/1 zu erzielen. Der größere untere Abschnitt jedes Balkens repräsentiert die aus der ursprünglichen Quelle 24 in Fig. 1 erforderliche Auffrischungssauerstoffmenge, um die erforderliche biologische Oxydation in dem Saüerstoffbehandlungsbehälter herbeizuführen und die gewünschte Ozonerzeugung in dem Ozongenerator aufrechtzuerhalten. Die Gasmen^e, welche dieses mittlere zusammengesetzte Balkendiagramm repräsentiert, ist die Menge, die durch die Leitung 26 strömt, oder die Summe dessen, was durch die Leitungen 50 bzw. 28 strömt, in der Fig. 1.

Das untere Balkendiagramm zeigt die Sauerstoffmenge aus der ursprünglichen Sauerstoffquelle, die als Auffrischungsgas dem 40 %igem Ozonisierungsabgas zugesetzt werden muß, die in diesem Beispiel des erfindun^sgomüßen Verfahren stromaufwärts in die Sauerstoffbehandlungsstufe recyclisiert wird.

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Diese Säuerstoffmenge strömt durch die Leitung 28 in die Vorrichtung gemäß Fig. 1. Da das mittlere Balkendiagramm den Strom des Erfrischungssauerstoffs durch beide Leitungen 28 und 50 darstellt, repräsentiert die Differenz zwischen dem unteren Balkendiagramm und dem mittleren Balkendiagramm das, was in der Fig. 1 durch die Leitung 50 strömt.

Der wichtige Unterschied, der zwischen den Balkendiagrammen in Fig. 6 besteht, ist die Differenz zwischen dem mittleren Balkendiagramm, das, wie oben erläutert, die Gesamtmenge des Auffrischungssauerstoffs darstellt, die aus der ursprünglichen Quelle strömt, wenn die Erfindung angewendet wird, und dem oberen Diagramm, welches die Menge an Auffrischungssauerstoff darstellt, die erforderlich ist, wenn das bekannte System gemäß Fig. 2 verwendet wird. Diese Differenz repräsentiert die Einsparungen an Auffrischungssauerstoff, die erfindungsgemäß erzielt werden können. Für die in den Fig. 5 und 6 dargestellten speziellen Anlagebedingungen betragen die durchschnittlichen Mengen des durch die oberen und mittleren Balkendiagramme repräsentierten Auffrischungssauerstoffs 20? kg (4 56,1 lbs) pro Stunde bzw. 132 kg (290,5 lbs) pro Stunde. In dieser Situation wird durch die vorliegende Erfindung Sauerstoff eingespart, und zwar in einer Menge von etwa 75 kg (166 lbs) pro Stunde oder fasti ,8Tonnen (2 tons) Sauerstoff pro Tag.

Daraus folgt, daß dann, wenn eine Vorrichtung installiert wird, um stündlich genügend Sauerstoff zu erzeugen, um dem stündlichen Spitzenbedarf zu genügen, sowohl bei dem erfindungsgemäßen System gemäß den Fig. 1 und 6 als auch bei dem bekannten System gemäß Fig. 2 das bekannte System einen Sauerstoffgenerator erfordern würde, dessen Kapazität um etwa 1,8 t (2 tons) pro Tag größer wäre als bei dem erfindungsgemäßen System. Das heißt mit anderen Worten, bei der praktischen Durchführung der Erfindung werden Betriebs-

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kosten eingespart in der Größenordnung von etwa 960 Kilowattstunden pro Tag, wenn man von einem geschätzten Energiebedarf von 20 Kilowatt pro 0,9 t (1 ton) pro Tag der installierten Kapazität ausgeht.

Ein Grund für diese bemerkenswerten Kosteneinsparungen besteht, wie aus der Fig. 6 zu ersehen ist, darin, daß dann, wenn das erfindungsgemäße System verwendet wird, in den Zeiträumen von 1 Uhr bis 5 Uhr, von 6 Uhr bis 7 Uhr und von 19 Uhr bis 21 Uhr überhaupt kein frischer oder Ergänzungesauerstoff der Originalquelle (durch die Leitung 28 in der Fig. 1) für die biologische Oxydation zugesetzt werden muß, da die recyclisierten 40 % des Ozonisierungsgases genügend Sauerstoff für die biologische Oxydation während dieser Zeiträume Idefern. Ein anderer Grund ist natürlich die völlig unerwartete Durchführbarkeit der Recyclisierung eines beträchtlichen Anteils (in diesem Beispiel 60 %) des Stickstoff und Kohlendioxid enthaltenden Ozonisierungsabgases in den Ozongenerator.

Vergleich mit dem für die einstufige Ausführungsform des bekannten Systems erforderlichen Sauerstoff

Die Fig. 7 zeigt den Sauerstoffbedarf für die biologische Oxydation, die Ozonbildung und die Erhöhung des gelösten Sauerstoffs bei Verwendung des in der Fig. 2 dargestellten einstufigen bekannten Systems in der in Fig. 5 erläuterten Situation. In der Fig. 7 zeigt das obere zusammengesetzte Balkendiagramm den Sauerstoffbedarf für das Ozongenerator-Beschickungsgas und (in dem schraffierten Teil) für die Erhöhung des Gehaltes an gelöstem Sauerstoff in dem Anlagenabstrom um 25 mg/1, wobei in beiden Fällen dieser Bedarf bei dem bekannten System durch den Sauerstoff aus der Orginalquelle gedeckt werden muß (das obere Balkendiagramm ist, wie zu sehen ist, das gleiche wie das obere Balkendiagramm in den Fig. 5 und 6).

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Das untere Balkendiagramm zeigt den Sauerstoff, der für die biologische Oxydation erforderlich ist, der durch das Abgas aus dem Ozonisierungsbehälter in dem System gemäß Fig. 2 zuführt wird. Da kein Anteil des Ozonisierungsabgases in den Ozongenerator recyclisiert wird und der gesamte Bedarf für das Ozongenerator-Beschickungsgas durch den Sauerstoff aus der Originalquelle gedeckt werden muß, ist daraus zu ersehen, daß in jeder in dem Diagramm der Fig. angegebeen Stunde die Differenz zwischen (a) dem stündlichen Sauerstoffbedarf, repräsentiert durch den unteren, unschraffierten Teil des oberen zusammengesetzten Balkendiagramms und (b) dem stündlichenSauerstoffbedarf, repräsentiert durch das untere Balkendiagramm der verschwendete Sauerstoff ist, der in die Atmosphäre abgelassen werden muß.

Beispiel 4

Einstufige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Ausgleichung der Strömungsgeschwindigkeit

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind auch anwendbar für die Behandlung eines typischen wäßrigen Abfallmaterials, das in einer städtischen Abwasserkläranlage aufgenommen und in einem Ausgleichsbehälter gelagert v/ird, um den Strom des wäßrigen Abfallmaterials durch die Kläranlage an irgendeinem gegebenen Tag über den Zeitraum von 24 Stunden zu glätten oder zu beruhigen.

Typisches wäßriges Abfallmaterial in einer städtischen Abwasserkläranlage mit beruhigtem oder konstantem Strom

Die Fig. 3-4 in dem "Technology Transfer bulletin", herausgegeben 1974 von der United States Environmental Protection Agency, auf die weiter oben Bezug genommen wurde, liefert ein Beispiel für einen typischen rohen Abwasserstrom und die

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BODc-Schwankung in einer typischen städtischen Abwasser-Kläranlage, in welcher die Strömungsgeschwindigkeit für einen vollen Tag ausgeglichen ist. Die Pig. 3-4- zeigt die dabei erhaltene konstante Strömungsgeschwindigkeit von etwa 16,3 x 10⁶ 1 (4,3 x 10⁶ gallons) pro Tag mit stündlichen Informationen über die rohe BOD (--Konzentrat ion des die Kläranlage passierenden Materials.

Das Diagramm der Fig. 8, welches den Sauerstoffbedarf unter den angegebenen Bedingungen zeigt, wurde aus der oben genannten EPA-Figur angefertigt. Auch hier wurden wie bei der Anfertigung der Fig. 5 die BODc-Konzentrationswerte um 25 % verringert aufgrund der Annahme, daß die Kläranlage eine Primärbehandlungsstufe für die Entfernung, von großen Feststoffen und eines Teils des BOD₁^ umfaßt. Die BOD ,--Konzentrat ion in mg/1 ist durch die untere gestrichelte Kurve in der Fig. 5 angegeben. Der Zustrom, ausgedrückt in Millionen Litern (gallons) pro Tag,wird durch die untere gerade Linie abgegeben, welche den oben erläuterten beruhigten Strom repräsentiert. Der Sauerstoffbedarf für die BOD ,.-Entfernung und für die Aufrechterhaltung von 4- mg/1 gelöstem Sauerstoff in dem Sauerstoffbehandlungsbehälter wurde aus den in der vorstehend beschriebenen BOD₁-- und Zufluß-Kurve angegebenen Informationen errechnet und das dabei erhaltene Ergebnis wurde so aufgetragen, daß die obere gestrichelte Kurve entstand. Der Sauerstoffbedarf für die Bildung von Ozon, um die Verwendung von 5 mg/1 Ozon in dem Ozonisierungsbehälter zu erlauben, wurde aus den Informationen der Strömungsgeschwindigkeitskurve errechnet, wobei .man von einer 89 %igen Ozonübertragung in das flüssige Medium und einer Bildung von 2 % Ozon aus dem dem Ozongenerator zugeführten Sauerstoff ausging. Der für die biologische Oxydation und für die Einleitung in den Ozongenerator als Beschickungsgas erforderliche Gesamtsauerstoff wurde dann errechnet und wie angegeben in Form der oberen

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geraden Linien aufgetragen.

Vergleich des Sauerstoffbedarfs für den beruhigten Strom bei dem erfindungsgemäßen System und bei dem bekannten System

Die Fig. 9 zeigt den Sauerstoffbedarf für die biologische Oxydation, die Ozonbildung und den erhöhten Gehalt an gelöstem Sauerstoff bei beruhigtem Strom in der durch die Fig. 8 dargestellten Situation sowohl bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsfjemäßen Vorrichtung als auch bei Anwendung eines bekannten Systems.

Die oberm geradei Linim in dem Diagramm der Fi^. 9 zeigen die Sauerstoffmenge, die für die Einführung in den Ozongenerator als Beschickungsgas erforderlich int, unabhängig davon, ob eine Recyclisierung des Ozonisierungsabgases zurück in den Ozongenerator oder stromaufwärts in die Sauerstoffbehandlungsstufe erfolgt. Wie bei der Fig. 6 wird das in den Ozongenerator einströmende Beschickungsgas sowohl in Ozon für die Desinfektion als auch in ein Sauerstoffträgergas umgewandelt, das zusätzlichen Sauerstoff liefert für die Erhöhung des Gehaltes an gelöstem Sauerstoff in dem Anlagenabstrom. Die Erhöhung des Gehaltes an gelöstem Sauerstoff in dem Anlagenabstrom beträgt 25 mg/1.

Die oberen geraden Linien des Diagramms der Fig. 9 können auch so angesehen werden, daß sie den Sauerstoffbedarf für die biologische Oxydation, die Ozonbildung und die Erhöhung des Gehaltes an gelöstem Sauerstoff in einem bekannten System, wie es in Fig. 2 erläutert ist, anzeigen.

Die beiden Balkendiagramme in der Fiß. 9 zeigen den Sauerstoffbedarf für ein System, in dem das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet werden,

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wqbei 60 % des Abgases aus dem Ozonisierungsbehälter in den Ozongenerator recyclisiert werden, während der Rest stromaufwärts in den Sauerstoffbehandlungsbehälter recyclisiert wird. Das untere Balkendiagramm in der Fig. 9 zeigt den als Auffrischungsgas aus der ursprünglichen Sauerstoffquelle erforderlichen Sauerstoff, der den 40 % des in den Sauerstoffbehandlungsbehälter recyclisierten Ozonisierungsabgases zugesetzt werden muß, um die erforderliche biologische Oxydation in dom Sauerstoffbehandlungsbehälter herbeizuführen. Das obere Balkendiagramm zeigt den Sauerstoff, der als Auffrischungsgas dui*ch die ursprüngliche Sauerstoff quelle bereitgestellt werden muß., sowohl für die Zugabe zu den 60 % des Abgases aus dem Ozonisierungsbehälter, die in den Ozongenerator zurückgeführt werden, als auch für die Zugabe zu den 40 % des Ozonisierungsabgases, das stromaufwärts in den Sauerstoffbehandlungsbehälter eingeleitet wird.

Wie in der Fig. 9 dargestellt, stellt die Differenz zwischen den durch die beiden Balkendiagramme angegebenen stündlichen Mengen den Sauerstoff dar, welcher den 60 % des in den Ozongenerator recyclisierten Ozoninierungsabgases zugesetzt werden muß. Die Differenz zwischen den oberen, geraden Liniendes Diagramms und dem oberen Balkendiagramm repräsentiert den Sauerstoff, der bei erfindungsgemäßer Durchführung eingespart wird im Vergleich zu dem Sauerstoff, der in dem beschriebenen bekannten System erforderlich ist. Auch hier werden bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehr große Kosteneinsparungen gegenüber dem bekannten System erzielt.

Verschiedene Ausführungsformen des Trockners

Es können verschiedene Typen von Trocknungseinrichtungen in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsßemäßen Vorrichtung verwendet werden. Besonders geeignet sind Zwei-Durchgang-Selbstspül-Trockner, in denen

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ein Teil des eigenen getrockneten Austragsproch Jets als Spülgas zur Regenerierung einer Hälfte des Trockners verwendet wird, während die andere Hälfte sich im Gastrocknung seyelus befindet. Wenn solche Trockner erfindungsgemäß verwendet werden, wird ein Teil oder die Gesamtmenge des Ozonisierungsabgases, das nicht als Recyclisierungskomponente in den Ozongenerator eingeführt wird, als Spülgas verwendet.

UnbeheizterTrockner

Ein Trockner dieses Typs, der mit Vorteil verwendet werden kann, ist ein Trockner, der üblicherweise als "unbeheizter Trockner" bezeichnet wird. Bei diesem Trockner-Typ wird ein kleiner Anteil des trockenen Abstromgases von dem Betriebsdruck auf Atmosphärendruck entspannt und im Gegenstrom über das zu regenerierende Trocknungsmittel geleitet.

Die Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung eines unbeheizten Trockners für die Verwendung bei der praktischen Durchführung der Erfindung. Das Abgas aus dem Ozonisierungsbehälter 46 (Fig. 1 und 3) tritt durch die Leitung in den Kompressor 62 ein und von dort strömt es abwechselnd durch eine Seite (z.B. 64A) des Trockners 64 und dann durch die andere Seite (z.B. 64B). Der Trockner 64 ist in der Fig. 10 in dem Zustand dargestellt, in dem das zu trocknende Gas durch die Leitung 63 aus dem Kompressor 62 in die Seite 64A eintritt, während das Trocknungsmittel in der Seite 64B regeneriert wird.

Der Druck, unter dem das mit Sauerstoff angereicherte Gas aus der ursprünglichen Quelle 24 in der Fig. 1 zugeführt

wird, beträgt vorzugsweise etwa 2,20 kg/cm (17 psig) und der Ozongenerator 52 wird vorzugsweise bei einem Druck

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von etwa 2,05 kg/cm (15 psig) betrieben. Bei diesen Be-

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triebsbedingungen wird der Anteil des getrockneten A_us_ trags aus dem unbeheizten Trockner 44, der als Spülgas für den Trockner ausgewählt wird, so gewählt, daß er

■χ χ

1 nr pro Minute beträgt für jeden m pro Minute des von dem Trockner erzeugten getrockneten Gases. Wenn das getrocknete Spülgas, welches den gewählten Anteil des Ozonisierungsabgases darstellt, die Trocknerseite 64B passiert, trocknet es das darin enthaltene Trocknungsmittel zur Vorbehandlung der Seite, die dann ihrerseits die Trocknung des Ozonisierungsabgases während der folgenden Hälfte des Trocknungscyclus des Trockners 64 übernimmt.

Wenn das Trocknungsmittel in der Trocknerseite 64A einen Zustand erreicht, in dem es regeneriert werden muß, wird kein feuchtes komprimiertes Abgas mehr aus dem Kompressor in die Seite 64 Λ eingeleitet, sondern es wird dafür gesorgt, daß es durch die Leitung 63' zu der Trocknerseite 64B strömt, wo es getrocknet wird. Zu diesem Zeitpunkt wird der Anteil des getrockneten Abgases aus der Trocknerseite 64B, der nicht zum Spülen der Seite 64A verwendet wird, durch die Leitung 66* in den Einlaß 67 des Ozongenerator eingeführt. Der Anteil des getrockneten Abgases aus dem Trockner 64B, der ausgewählt wird für die Verwendung als Spülgas strömt durch die Leitung 65' in die Trocknerseite 64A,wo er das Trocknunpsmittelbett dieser Seite regeneriert, bevor er durch die Leitung 68' auf seinem Wege stromaufwärts für die jfecyclisierung in die Sauerstoffbehandlungsstufe des Systems austritt.

Mit Wärme regenerierter Trockner mit aufgespaltenem Strom

Eine andere Ausführungsform des Trockners 64, der sich für die erfindungsgemäße Arbeitsweise eignet, ist der Typ, der allgemein als"mit Wärme regenerierter Trockner mit aufgespaltenem Strom" bezeichnet wird. Die Pig. 11 er-

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läutert die beiden Hälften 64C und 64D eines solchen Trockners und zeigt die Verbindungsleitungen und andere Elemente für die Hälfte des Cyclus, in der die Trocknerseite 64C sich in ihrer Gastrocknungsphase befindet, während das Trocknungsmittelbett 64D gerade regeneriert wird. Bei dieser Ausführungsform strömt das Abgas aus dem Ozonisierungsbehälter 46 in den Kompressor 62. Von da strömt ein Teil durch 63 direkt in den Trockner 64C. Der Rest des Stromes des Ozonisierungsabgases wird durch die Leitung 100 abgetrennt und strömt in die elektrische Heizeinrichtung 102. Das dabei erhaltene heiße Gas wird in die Trocknerseite 64D eingeführt, wo es das Trocknungsmittelbett dieser Seite von Feuchtigkeit befreit. Dieses heiße Gas, das sowohl seine ursprüngliche Feuchtigkeit als auch die aus der Trocknerseite 64D herausgespülte Feuchtigkeit enthält, wird durch Durctoleiten durch den Kühler 104 abgekühlt und strömt dann durch die Leitung in die Leitung 63 und in die Trocknerseite 64C. Hier wird es in die Seite 64C eingeführt, wo es zusammen mit dem Teil, der direkt aus der Leitung 63 in 64C eingeführt worden ist, getrocknet wird.

Ein Teil des auf diese Weise getrockneten Ozonisierungsabgases strömt aus der Trocknungseinrichtung 64C durch die Leitung 66 in den Ozongenerator 52. Ein anderer Teil des getrockneten Gases strömt aus dem Trockner 64C durch die Leitung 68 in den Säuerstoffbehandlungsbehalter 20.

Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch für den Fachmann selbstverständlich, daß sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese in vielfacher Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

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Leerseite

Claims (31)

2132-1-10.066 Patentansprüche

1.) Verfahren zum Behandeln von wäßrigem Abfallmaterial unter Anwendung des Belebtschlamm-Prozesses, das einen BODc von etwa 60 bis etwa 300 ppm hat und pathogene Keime, wie Bakterien und Viren, in einer solchen Menge enthält, daß der Abstrom aus der Sauerstoffbehandlungseinrichtung der Belebtschlamm-Abwasser-Kläranlage mit mindestens etwa 4 ppm Ozon desinfiziert werden muß, und wobei dieser Abstrom weiter mit Sauerstoff behandelt und mit Sauerstoff und Ozon desinfiziert wird, dadurch gekennzeich net , daß man

das wäßrige Abfallmaterial in eine Sauerstoffbehandlungseinrichtung einführt, die mindestens eine Zone, in der ein mit Sauerstoff angereichertes Gas in das zu behandelnde wäßrige Material eingeleitet wird, und mindestens eine Absetz- und Klärzone aufweist;

ein mit Sauerstoff angereichertes Gas durch eine Gasbeschickungsleitung in das wäßrige Abfallmaterial in der zuerst genannten Zone einführt, das mindestens etwa 70 % Sauerstoff, bezogen auf das Trockengewicht, enthält; den Inhalt der zuerst genannten Zone in die Absetz- und Klärzone überführt und ihn darin so lange hält, bis sich der Belebtschlamm abgesetzt hat, während der flüssige Abstrom aus der Absetz- und Klärzone abfließt; mindestens einen Teil des Belebtschlammes, der sich abgesetzt hat, in die zuerst genannte Zone zurückführt, in welche mit Sauerstoff angereichertes Gas eingeleitet wird;

das wäßrige Abfallmaterial, das mit Sauerstoff angereicherte Gas und den zurückgeführten Belebtschlamm in der

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zuerst genannten Zone gründlich miteinander mischt unter Bildung einer gemischten Flüssigkeit, die eine darin suspendierte Biomasse und inerte Feststoffteilchen enthält; den flüssigen Abstrom aus der Sauerstoffbehandlungseinrichtung in eine gasdichte Ozonkontakt zone stromabwärts von der Einrichtung einführt;

ein mit Sauerstoff angereichertes Gas, das mindestens etwa 90 % Sauerstoff, bezogen auf das Trockengewicht, enthält, aus einer ursprünglichen Quelle für das Gas in einen Ozongenerator einführt, dessen Gasaustrag aus einem mit Sauerstoff angereicherten Gas besteht, das mindestens etwa 1 % Ozon, bezogen auf das Trockengewicht, enthält; das Ozon enthaltende, mit Sauerstoff angereicherte Gas aus dem Ozongenerator in die Ozonkontaktzone strömen läßt; das Ozon enthaltende, mit Sauerstoff angereicherte Gas mit dem flüssigen Inhalt der Ozonkontakt zone gründlich mischt, um die pathogenen Keime zu inaktivieren und ein praktisch desinfiziertes Wasser herzustellen, das als Anlagenabstrom aus dem Auslaß der Kontaktzone abgezogen wird; das im wesentlichen desinfizierte Wasser aus dem Auslaß der Kontaktzone ausströmen läßt;

aus der Ozonkontaktzone das mit überschüssigem Sauerstoff angereicherte Gas, das mindestens teilweise an Ozon und Sauerstoff verarmt ist, abströmen läßt; praktisch den gesamten Feuchtigkeitsdampf und die mitgerissene Feuchtigkeit aus mindestens etwa 30 %, bezogen auf das Trockengewicht, des mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases entfernt, um diesen Anteil des Gases zu trocknen, wobei der Stickstoff und das Kohlendioxid, die in dem Gas enthalten sind, darin verbleiben; das mit Sauerstoff angereicherte Gas aus der ursprünglichen Quelle als Auffrischungsgas zusammen mit getrocknetem überschüssigem, Stickstoff und Kohlendioxid enthaltendem, mit Sauerstoff angereichertem Gas, das wie oben angegeben aus

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der Ozonkontaktzone stammt, als einer Recyclisierungskomponente mischt, wobei die Recyclisierungskomponente etwa 30 bis etwa 90 Gew.-% des mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases das aus der Ozonkontaktzone ausströmt, ausmacht, um die Recyclisierungskoraponente zusammen mit dem Auffrischungsgas in den Ozongenerator einzuführen, wenn letzteres wie oben angegeben in den Generator eingeführt wird;

mindestens einen Teil des Restes des mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases aus der Ozonkontaktzone in die Gasbeschickungsleitung der Sauerstoffbehandlungseinrichtung einleitet;

mindestens einen Teil des auf diese Weise abgeführten Gases in das in der Sauerstoffbehandlungseinrichtung enthaltene wäßrige Material einleitet; und den überschüssigen Sauerstoff, der in dem in der Sauerstoffbehandlungseinrichtung enthaltenen wäßrigen Material ungelöst bleibt, in die Atmosphäre abläßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Sauerstoff angereicherte Gas aus der ursprünglichen Quelle als Auffrischungsgas in das in der Sauerstoffbehandlungseinrichtung enthaltene wäßrige Material eingeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Auffrischungsgas und das mit überschüssigem Sauerstoff angereicherte Gas, das aus der Ozonkpntaktzone in die Gasbeschickungsleitung der Sauerstoffbehandlungseinrichtung eingeführt wird, miteinander gemischt werden, bevor sie in das wäßrige Material in der Sauerstoffbehandlungseinrichtung eingeleitet werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß praktisch der gesamte Rest des mit über-

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schüssigem Sauerstoff angereicherten Gases aus der Ozonkontaktzone, der in die Gasbeschickungsleitung der Sauerstoffbehandlungseinrichtung eingeführt wird, in das in der Sauerstoffbehandlungseinrichtung enthaltene wäßrige Material eingeleitet wird.

5· Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Restes des mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases aus der Ozonkontaktzone, der in die Gasbeschickungsleitung der Sauerstoffbehandlungseinrichtung eingeleitet wird, direkt in die Atmosphäre abgelassen wird, ohne in die Sauerstoffbehandlungseinrichtung eingeführt zu werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliche Stufen die Menge des in dem flüssigen Inhalt der Sauerstoffbehandlungseinrichtung enthaltenen gelösten Sauerstoffs bestimmt und entsprechend dem auf diese Weise ermittelten Gehalt an gelöstem Sauerstoff die Menge des aus der ursprünglichen Quelle als Auffrischungsgas in die Sauerstoffbehandlungseinrichtung eingeführten, mit Sauerstoff angereicherten Gases eingestellt wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es die zusätzlichen Stufen umfaßt, bei denen die Menge des in dem flüssigen Inhalt der Sauerstoffbehandlungseinrichtung enthaltenen gelösten Sauerstoffs bestimmt und entsprechend dem auf diese V/eise bestimmten Gehalt an gelöstem Sauerstoff die Menge des mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases aus der Ozonkontaktzone, die direkt in die Atmosphäre abgelassen wird, ohne in die Sauerstoffbehandlungseinrichtung eingeführt zu werden, eingestellt wird.

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8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffbehandlungseinrichtung eine einzige Zone für die Einleitung des mit Sauerstoff angereicherten Gases in das zu behandelnde wäßrige Material aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der einzigen Zone für die Einleitung des mit Sauerstoff angereicherten Gases in das zu behandelnde wäßrige Material um eine biologische Oxydationszone handelt.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der einzigen Zone für die Einleitung des mit Sauerstoff angereicherten Gases in das zu behandelnde wäßrige Material um eine Nitrierungszone handelt und daß der Sauerstoffbehandlungseinrichtung eine Zone vorgeschaltet ist, in der aus dem zu behandelnden wäßrigen Material kohlenstoffhaltes Material entfernt wird, ohne daß irgendein Gas, das mehr als 23 Gew.-% Sauerstoff, bezogen auf das Trockengewicht, enthält, in das wäßrige Abfallmaterial eingeleitet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der einzigen Zone zur Einleitung des mit Sauerstoff angereicherten Gases in das zu behandelnde wäßrige Material um eine kombinierte biologische Oxydationsund Nitrierungszone handelt.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffbehandlungseinrichtung eine biologische Oxydationszone und eine stromabwärts davon angeordnete Nitrierungszone aufweist, wobei in beiden Zonen mit Sauerstoff angereichertes Gas in das zu behandelnde wäßrige Abfallmaterial eingeleitet wird und wobei auf jede dieser Zonen unmittelbar eine Absetz- und Klärzone folgt,

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aus der Belebtschlamm in die jeweilige Zone zurückgeführt · wird, in welche das mit Sauerstoff angereicherte Gas eingeleitet wird, und wobei das mit überschüssigem Sauerstoff angereicherte Gas au3 der Ozonkontaktzone sowohl in die biologische Oxydationszone als auch in die Nitrierungszone eingeleitet wird.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß praktisch der gesamte Feucht igkeitsdanipf und die mitgerissene Feuchtigkeit aus mindestens etwa SO Gew.-% des mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases aus der Ozonkontaktzone entfernt wird, um diesen Anteil des Gases zu trocknen, und wobei diese Recyclisierungskomponente des getrockneten, mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases aus der Kontaktzone, das mit dem aus der ursprünglichen Quelle stammenden, mit Sauerstoff angereichertem Gas als Auffrischungsgas gemischt wird und dann als Teil einer Mischung in den Ozongenerator eingeführt wird, etwa 50 bis etwa 80 Gew.-% des gesamten, mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases aus der Ozonkontaktzone ausmacht.

14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis I3, dadurch gekennzeichnet, daß praktisch der gesamte Feuchtigkeitsdampf und die mitgerissene Feuchtigkeit aus mindestens etwa 60 Gew.-% des mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases aus der Ozonkontaktzone entfernt werden, um diesen Anteil des Gases zu trocknen, wobei die Recyclisierungskomponente des getrockneten, mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases aus der Kontaktzone, die mit dem aus der ursprünglichen Quelle stammenden, mit Sauerstoff angereicherten Gas als Auffrischungsgas gemischt und dann als Teil einer Mischung in den Ozonr;enerator eingeführt wird, etwa 60 %_% bezogen auf das Trockengewicht, des gesamten, mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases aus der

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Ozonkontaktzone ausmacht.

15. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung des mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases aus der Ozonkontaktzone durchgeführt wird unter Verwendung eines Zwei-Durchgang-Selbstspülungs-Trockners, in dem ein Teil seines eigenen getrockneten Austrage als Spülgas für die Regenerierung einer Hälfte des Trockners verwendet wird, während die andere Hälfte sich im Gastrocknungscyclus befindet, und wobei mindestens ein Teil des Anteils des mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases aus der Ozonkontaktzone, der nicht als Recyclisierungskomponente in den Ozongenerator eingeführt wird, als Spülgas verwendet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß praktisch das gesamte, mit überschüssigem Sauerstoff angereicherte Gas aus der Ozonkontaktzone durch den Zwei-Durchgang-Selbstspülungs-Trockner strömen gelassen wird und daß mindestens etwa 10 Gew.-%, bezonen auf das Trockengewicht , des Gases als Spülgas für den Trockner verwendet werden.

17· Verfahren nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß praktisch das gesamte, mit überschüssigem Sauerstoff angereicherte Gas aus der Ozonkontaktzone durch den Zwei-Durchgang-Selbstspülungs-Trockner strömen gelassen wird und daß mindestens etwa 25 %, bezogen auf das Trockengewicht, dieses Gases als Spülgas für den Trockner verwendet werden.

18· Verfahren nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß praktisch das gesamte, mit überschüssigem Sauerstoff angereicherte Gas aus der Ozonkontaktzone durch den Zwei-Durchgang-Selbstspülungs-Trockner strömen gelassen wird und daß etwa 40 %, bezogen auf das Trockengewicht, dieses

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Gases als Spülgas für den Trockner verwendet werden.

19· Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Zwei-Durchgang-Selbstspülungs-Trockner um einen unbeheizten Trockner handelt.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Sauerstoff angereicherte Gas, das aus einer ursprünglichen Quelle für das Gas stammt, unter einem Druck von etwa 2,20 kg/cm (17 psig) zugeführt wird und daß der Ozongenerator bei einem Druck von etwa 2,05 kg/cm (15 psig) betrieben wird und daß der Anteil des getrockneten Austrage aus dem unbeheizten Trockner, der als Spülgas für den Trockner verwendet wird, pro m pro Minute getrocknetem Gas, das durch den Trockner erzeugt wird, 1 Standard-nr pro Minute beträgt.

21♦ Verfahren zum Behandeln von wäßrigem Abfallmaterial unter Anwendung des Belebtschlamm-Prozesses, das einen BOD,- von etwa 60 bis etwa 300 ppm hat und pathogene Keime, wie Bakterien und Viren, in einer solchen Menge enthält, daß der Abstrom aus der Sauerstoffbehandlungseinrichtung der Belebtschlamm-Abwasser-Kläranlage mit mindestens etwa 4 ppm Ozon desinfiziert werden muß, und wobei der Abstrom weiter mit Sauerstoff behandelt und mit Sauerstoff und Ozon desinfiziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß man das wäßrige Abfallmaterial in eine Sauerstoffbehandlungseinrichtung einführt, die mindestens eine Zone, in der ein mit Sauerstoff angereichertes Gas in das zu behandelnde wäßrige Material eingeleitet wird, und mindestens eine Absetz- und Klärzone aufweist;

ein mit Sauerstoff angereichertes Gas durch eine Gasbeschickungsleitung in das wäßrige Abfallmaterial in der zuerst genannten Zone, das mindestens etwa 70 % Sauerstoff, bezogen auf das Trockengewicht, enthält, einleitet;

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den Inhalt der zuerst genannten Zone in die Absetz- und Klärzone strömen läßt und ihn darin hält, um zu bewirken, daß sich der Belebtschlamm absetzt, während der flüssige Abstrom aus der Absetz- und Klärzone abfließt; mindestens einen Teil des Belebtschlammes, der sich abgesetzt hat, in die zuerst genannte Zone zurückführt, in welche das mit Sauerstoff angereicherte Gas eingeleitet wird; das wäßrige Abfallmaterial, das mit Sauerstoff angereicherte Gas und den zurückgeführten Belebtschlamm in der zuerst genannten Zone gründlich miteinander mischt zur Herstellung einer gemischten Flüssigkeit, die eine darin suspendierte Biomasse und inerte Feststoffteilchen enthält; den flüssigen Abstrom aus der Sauerstoffbehandlungseinrichtung in eine gasdichte Ozonkontaktzone stromabwärts von der Einrichtung einführt;

das mit Sauerstoff angereicherte Gas, das mindestens etwa 90 % Sauerstoff, bezogen auf das Trockengewicht, enthält, aus einer ursprünglichen Quelle für das Gas in einen Ozongenerator einführt, dessen Austrag aus einem mit Sauerstoff angereicherten Gas besteht, das mindestens etwa 1 % Ozongas, bezogen auf das Trockengewicht, enthält; das Ozon enthaltende, mit Sauerstoff angereicherte Gas aus dem Ozongenerator in die Ozonkontaktzone strömen läßt; das Ozon enthaltende, mit Sauerstoff angereicherte Gas mit dem flüssigen Inhalt der Ozonkontaktzone gründlich mischt, um die darin enthaltenen pathogenen Keime zu inaktivieren und ein im wesentlichen desinfiziertes Wasser herzustellen, das als Anlagenabstrom aus dem Auslaß der Kontaktzone abgezogen wird;

das im wesentlichen desinfizierte V/asser aus dem Auslaß der Kontaktzone abströmen läßt;

das mit überschüssigem Sauerstoff angereicherte Gas, das mindestens teilweise an Ozon und Sauerstoff verarmt ist, aus der Ozonkontaktzone ausströmen läßt;

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praktisch den gesamten Feuchtigkeitsdampf und die mitgerissene Feuchtigkeit aus einem beträchtlichen Anteil des mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases entfernt y um diesen Teil des Gases zu trocknen, während der Stickstoff und das Kohlendioxid, die in diesem Gas enthalten sind, darin verbleiben;

das mit Sauerstoff angereicherte Gas, das aus der ursprünglichen Quelle stammt, als Auffrischungsgas mit einem getrockneten, überschüssigen Stickstoff und Kohlendioxid enthaltenden, mit Sauerstoff angereicherten Gas, das aus der oben genannten Ozonkontaktzone stammt, als einer Recyclisierungskomponente mischt, wobei die Recyclisierungskomponente einen beträchtlichen Anteil, jedoch nicht die Gesamtmenge des mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases darstellt, das aus der Ozonkontaktzone ausströmt, um die Recyclisierungskomponente zusammen mit dem Auffrischungsgas in den Ozongenerator einzuführen, wenn letzteres in den oben genannten Generator eingeleitet wird;

mindestens einen Teil des Restes des mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases aus der Ozonkontaktzone in die Gasbeschickungsleitung der Sauerstoffbehandlungseinrichtung einführt;

mindestens einen Teil des so eingeführten Gases in das in der Sauerstoffbehandlungseinrichtung enthaltene wäßrige Material einleitet; und

den überschüssigen Sauerstoff, der in dem in der Sauerstoffbehandlungseinrichtung enthaltenen wäßrigen Material ungelöst verbleibt, in die Atmosphäre abläßt.

22. Vorrichtung zum Behandeln von wäßrigem Abfallmaterial unter Anwendung des Belebtschlamm-Prozesses, das einen BOD,- von etwa 60 bis etwa 300 ppm hat und pathogene Keime, wie Bakterien und Viren, in einer solchen Menge enthält, daß der Abstrom der Sauerstoffbehandlungseinrichtung der Belebtschlamm-Abwasser-Kläranlage mit mindestens etwa 4 ppm

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Ozon desinfiziert werden muß, und zur weiteren Sauerstoff- . behandlung und Desinfektion des dabei erhaltenen flüssigen Abstromes mit Sauerstoff und Ozon, gekennzeichnet durch einen ersten Sauerstoffbehandlungsbehalter (20) mit einem Einlaß (22) zur Einführung des zu behandelnden wäßrigen Abfallmaterials und einem Auslaß (74), aus dem die Flüssigkeit mit den darin suspendierten Peststoffen aus dem Behälter (20) ausströmt;

einer Einrichtung zur Einleitung eines mit Sauerstoff angereicherten Gases durch eine Gasbeschickungsleitung (25) in das wäßrige Abfallmaterial in dem Sauerstoffbehandlungsbehälter (20);

einen ersten Absetz·? und Klärbehälter (42); eine Einrichtung (34-) zum überführen des Inhalts des ersten Sauerstoffbehandlungsbehälters (20) in den ersten Absetz- und Klärbehälter (42), in dem er zurückgehalten wird, um zu bewirken, daß sich der Belebtschlamm auf dem Boden des Absetz- und Klärbehälters (42) absetzt, während der flüssige Abstrom durch den Auslaß (45) aus dem Behälter (42) abfließt;

eine Leitungseinrichtung (32) zur Rückführung mindestens eines Teils des Belebtschlammes, der sich abgesetzt hat, in den ersten Sauerstoffbehandlungsbehälter (20); eine Einrichtung (30) zum gründlichen Mischen des wäßrigen Abfallmaterials, des mit Sauerstoff angereicherten Gases und des zurückgeführten Belebtschlammes in dem ersten Säuerstoffbehandlungsbehälter (20) unter Bildung einer gemischten Flüssigkeit;

einen Ozonkontaktbehälter (46) stromabwärts von dem ersten Sauerstoffbehandlungsbehälter (20) und dem ersten Absetz- und Klärbehälter (42), wobei der Ozonkontaktbehälter (46) mit einer gasdichten Abdeckung versehen ist; eine Leitungseinrichtung (44) zum Überführen des flüssigen Abstromes aus dem ersten Absetz- und Klärbehälter (42) in den

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Qzonkontaktbehälter (46);

einen Ozongenerator (52), dessen Austrag aus einem mit Sauerstoff angereicherten Gas besteht, das mindestens etwa 1 % Ozon, bezogen auf das Trockengewicht, enthält, wenn das in den Ozongenerat;or (52) eingeführte Beschickungsgas mindestens etwa 90 % Sauerstoff, bezogen auf das Trockengewicht, enthält;

eine Einrichtung (50) zur Einleitung eines mit Sauerstoff angereicherten Gases aus einer ursprünglichen Quelle (24) für das Gas in den Ozongenerator (52); eine Leitungseinrichtung (5⁷O zum Einleiten des Ozon enthaltenden, mit Sauerstoff angereicherten Gases aus dem Ozongenerator (52) in den Ozonkontaktbehälter (46); eine Einrichtung (56) zum gründlichen Mischen des Ozon enthaltenden, mit Sauerstoff angereicherten Gases mit dem flüssigen Inhalt des Ozonkontaktbehälters (46), um die darin enthaltenen pathogenen Keime zu inaktivieren und im wesentlichen desinfiziertes Wasser zu bilden für die Abnahme als Anlagenabstrom aus dem Auslaß des Ozonkontaktbehälters (46);

eine Leitungseinrichtung (58) zum Abziehen des im wesentlichen desinfizierten Wassers aus dom Auslaß des Behalters (46); eine Leitungseinrichtung (60) zum Abziehen des mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten, mindestens teilweise an Ozon und Sauerstoff verarmten Gases aus dem Ozonkontaktbehälter (46);

eine Trocknereinrichtung (64) zur Entfernung praktisch des gesamten Feuchtigkeitsdampfes und der mitgerissenen Feuchtigkeit aus mindestens einem Teil des mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases, um diesen Teil des Gases zu trocknen, während der Stickstoff und das Kohlendioxid, die in dem Gas enthalten sind, darin verbleiben; eine Einrichtung zum Mischen des mit Sauerstoff angereicherten

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Gases aus der ursprünglichen Quelle (24) als Auffrischungs-. gas mit mindestens einem Teil des Getrockneten, Stickstoff und Kohlendioxid enthaltenden, mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases aus dem Ozonkontaktbehälter (46) als Recyclisierungskomponente, wobei die Recyclisierungskomponente einen beträchtlichen Anteil, jedoch nicht die Gesamtmenge des mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases darstellt, die aus dem Ozonkontaktbehälter (46) ausströmt; eine Leitungseinrichtung zum Einführen der Mischung von Stickstoff und Kohlendioxid enthaltenden, mit Sauerstoff angereicherten Gasen in den Einlaß des Ozongenerators (52); und

eine Einrichtung (68) zum überführen mindestens eines Teils des Restes des mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases aus dem Ozonkontaktbehälter (46) in die Gasbeschickungsleitung (25) des Sauerstoffbehandlungsbehälters (20), um mindestens einen Teil des mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases für die Einführung in das in dem Sauerstoffbehandlungsbehälter (20) enthaltene wäßrige Material verfügbar zu machen.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung zur Einführung des mit Sauerstoff angereicherten Gases aus der ursprünglichen Quelle (24) als Auffrischungsgas in den das wäßrige Material enthaltenden Sauerstoffbehandlungsbehälter (20) aufweist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23» dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung (38) zum Mischen mindestens eines Teils des mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases aus dem Ozonkontaktbehälter (46), das in die Gasbeschickungsleitung (25) des Sauerstoffbehandlungsbehälters (20) zusammen mit dem Auffrischungsgas eingeführt worden ist, und eine Einrichtung (25) zur Einführung der dabei erhaltenen Mischung in das in dem Sauerstoffbehandlungsbehälter

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(20) enthaltene wäßrige Material aufweist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung (72) zum direkten Ablassen eines Teils des mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases aus der Ozonkontaktzone, das in die Gasbeschickungsleitung (25) des Sauerstoffbehandlungsbehalters (20) eingeführt worden ist, in die Atmosphäre ohne Einführung in den Sauerstoffbehandlungsbehälter (20) aufweist.

26. Vorrichtung nach Anr.pruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung (40) zur Bestimmung der Menge des in dem flüssigen Inhalt des Sauerstoffbehandlunfisbehälters (20) gelösten Sauerstoffs und eine Einrichtung (36 ) zur Einstellung der Menge des mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases aus dem Ozonkontaktbehälter (46), die direkt in die Atmosphäre abgelassen wird, ohne in den Sauerstoffbehandlungsbehälter (20) eingeführt zu werden, entsprechend dem ermittelten Wert des gelösten Sauerstoffs, aufweist·

27. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung (40) zur Bestimmung der Menge des in dem flüssigen Inhalt des Sauerstoffbehandlungsbehälters (20) gelösten Sauerstoffs und eine Einrichtung (36) zur Einstellung der Menge des mit Sauerstoff angereicherten Gases, die aus der ursprünglichen Quelle (24) als Auffrischungsgas in den Sauerstoffbehandlungsbehälter (20) eingeführt wird, entsprechend dem ermittelten Gehalt an gelöstem Sauerstoff, aufweist.

28. Vorrichtung nach den Ansprüchen 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffbehandlungseinrichtung einen Sauerstoffbehandlungsbehälter (20) und eine Gasüber-

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führungseinrichtung ( 30) aufweist, die innerhalb des Behälters (20) angeordnet ist, wobei der Behälter (20) und die übertragungseinrichtung (30) eine ausreichende Kapazität haben, um die Entfernung des kohlenstoffhaltigen Materials und die Nitrierung des in dem Behälter (20) zu behandelnden wäßrigen Abfallmaterials zu bewirken.

29. Vorrichtung nach den Ansprüchen 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffbehandlungseinrichtung eine erste Zone und zusätzlich eine stromabwärts davon angeordnete zweite Zone für die Einführung von mit Sauerstoff angereichertem Gas in das zu behandelnde wäßrige Abfallmaterial aufweist, wobei unmittelbar auf jede dieser Zonen eine Absetz- und Klärzone folgt, aus der Belebtschlamm in die jeweilige Zone zurückgeführt wird, in die mit Sauerstoff angereichertes Gas eingeleitet wird, und daß sie eine Leitungseinrichtung (73) für die Einführung des mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases aus der Ozonkontaktzone in die beiden oben genannten Zonen aufweist.

30. Vorrichtung nach den Ansprüchen 22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (64) zum Trocknen des mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases aus dem Ozonkontaktbehälter (46) ein Zwei-Durchgang-Selbstspülungsiirockner ist, in dem ein Teil seines eigenen getrockneten Austrage als Spülgas für die Regenerierung einer Hälfte des Trockners verwendet wird, während die andere Hälfte sich im Gastrocknungscyclus befindet, und daß sie eine Leitungseinrichtung zur Einführung des Teils des mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases aus dem Ozonkontaktbehälter (46), der nicht als Recyclisierungskomponente in den Ozongenerator (52) eingeführt wird, in den Spülgaseinlaß des Trockners für die Verwendung als Spülgas für den unbehiezten Trockner aufweist.

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31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß in die Leitungseinrichtung zur Einführung von Gas in den Spülgaseinlaß des Trockners praktisch die Gesamtmenge des mit überschüssigem Sauerstoff angereicherten Gases aus der Ozonkontaktzone in den Zwei-Durchgang-Selbstspülungstrockner eingeführt wird.

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