DE2738812A1 - Verfahren und vorrichtung zum behandeln von waessrigem abfallmaterial - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum behandeln von waessrigem abfallmaterialInfo
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Description
2739512 HAMBU
FMC CORPORATION A<i .000 munchen a 29. August 1977
I T Tel 13
200 East Randolph
uittoniownam-znum
Chicago, Illinois
USA iweAk..= 2132-I-IO.066
Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von wäßrigem
Abfallmaterial
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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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Es wurde bereits vorgeschlagen, für die Abwasserbehandlung
den Sauerstoff, der in dem überschüssigen, an Sauerstoff angereicherten Gas (gewöhnlich als "Abgas" bezeichnet) aus dem
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;
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;
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;
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
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.
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.
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.
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.
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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«IM
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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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.
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.
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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- ix2 -
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.
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 Sauerstoffmenge, 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.
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.
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.
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
2
von etwa 2,05 kg/cm (15 psig) betrieben. Bei diesen Be-
von etwa 2,05 kg/cm (15 psig) betrieben. Bei diesen Be-
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triebsbedingungen wird der Anteil des getrockneten Aus_
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.
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)
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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