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Anlage für die Stickstoffelimination bei der
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biologischen Abwasserreinigung Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß
auf eine Anlage für die Stickstoffelimination bei der biologischen Abwasserreinigung,
-mit Nitrifikationsraum, Denitrifikationsraum, Abwasserzulauf und
Behandeltwasserablauf,
wobei der Nitrifikationsraum zumindest eine Belüftungseinrichtung, der Denitrifikationsraum
zumindest eine Umwälzeinrichtung aufweisen. Dem Abwasserzulauf kann ein Vorklärbecken
vorgeschaltet sein, dem Behandeltwasserablauf ist im allgemeinen ein Nachklärbecken
nachgeschaltet. Es versteht sich von selbst, daß regelmäßig in den Abwasserzulauf
auch Rücklaufschlamm zurückgeführt wird.
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Bei den bekannten gattungsgemäßen Anlagen sind der Nitrifikationsraum
sowie der Denitrifikationsraum nicht nur funktionell sondern auch baulich definierte
Räume, nämlich separate Becken, die durch eine oder mehrere Verbindungsleitungen
aneinander angeschlossen sind. Die Belüftungseinrichtungen sind Oberflächenbelüfter
oder Druckbelüfter. Die Umwälzeinrichtungen sind im Rahmen der bekannten Maßnahmen
als Rührwerke ausgeführt.
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Das alles ist nicht frei von Nachteilen. Zunächst bedeutet die Tatsache,
daß mit separaten Becken für einerseits die Nitrifikation und andererseits die Denitrifikation
gearbeitet wird, einen erheblichen baulichen Aufwand. In funktioneller Hinsicht
ist nachteilig, daß das Verhältnis der einerseits nitrifizierend, andererseits denitrifizierend
arbeitenden Rauminhalte infolge der separaten Becken konstant und unterschiedlichen
Zulauf-und Betriebsbedingungen nicht anpaßbar ist. Man hält den beschriebenen baulichen
Aufwand für erforderlich, um zu einem befriedigenden
Wirkungsgrad
für die Stickstoffelimination zu kommen. Gemessen am Energieaufwand ist nichtsdestoweniger
der Wirkungsgrad der Stickstoffelimination bei den bekannten Anlagen verbesserungsbedürftig.
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Im übrigen kennt man bei Anlagen für die biologische Abwasserreinigung
für andere Zwecke im Grundriß kreisförmige Becken, die eine ständig im gleichen
Drehsinn rotierende Brücke aufweisen, welche Belüftungseinrichtungen oder Belüfter
trägt.
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Die eingangs beschriebenen Probleme um die Stickstoffelimination bei
der biologischen Abwasserreinigung sind durch diese bekannten Maßnahmen bisher nicht
beeinflußt worden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer gattungsgemäßen
Anlage den baulichen Aufwand zu reduzieren und gleichzeitig den vorn definierten
Wirkungsgrad der Stickstoffelimination zu verbessern.
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Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß der Nitrifikationsraum
sowie der Denitrifikationsraum in einem gemeinsamen Stickstoffeliminierbecken angeordnet
sind, welches kreisförmigen Grundriß und im Grundriß diametral gegenüberliegend
den
Abwasserzulauf sowie den Behandeltwasserablauf aufweist, und
daß als Witrifikationsraum bzw. Denitrifikationsraum - im Grundriß betrachtet -
Sektoren des Stickstoffeliminationsbeckens (Nitrifikationssektor, Denitrifikationssektor)
hinter dem Abwasserzulauf bzw. vor dem Behandeltwasserablauf ausgebildet sind, in
denen die Belüftungseinrichtung bzw. die Umwälzeinrichtung arbeitet. Das läßt sich
im allgemeinen ohne besonderen Aufwand bezüglich der baulichen Gestaltung des Stickstoffelininierbeckens
erreichen, nämlich durch geeignete Einrichtung der Belüftung und/oder der Umwälzung.
Um auf einfache Weise zu dieser Ausbildung eines Nitrifikationssektors und eines
Denitrifikationssektors im Stickstoffeliminierbecken zu kommen, empfiehlt die Erfindung,
daß die Belüftungseinrichtung sowie die Umwälzeinrichtung an einer Brücke angeordnet
sind, die sich über den Grundriß des Stickstoffeliminierbeckens in diametraler Richtung
erstreckt, und die nach Maßgabe der Breite des Nitrifikationssektors und damit des
Denitrifikationssektors oszillierend um eine vertikale Schwenkachse schwenkbar ist.
Im allgemeinen liegt dabei die Schwenkachse der Brücke im vittelpunkt des Grundrisses
des Stickstoffeliminierbeckens. Amplitude und Frequenz der oszillierenden Bewegung
sind zweckmäßigerweise nach Maßgabe der Betriebsverhältnisse frei wählbar. Im Rahmen
der Erfindung sind die Gestaltung der Brücke und die Gestaltung der Belüftungseinrichtung
bzw. der Umwälzeinrichtung gr#ndsätzlich beliebig. Zu einer gleichzeitig sehr einfachen
und nichtsdestoweniger sehr funktionssicheren und wirksamen Ausführungsform, die
darüber hinaus ohne Schwierigkeiten unterschiedlichen
Betriebsbedingungen
anpaßbar ist, kommt man dadurch, daß die Belüftungseinrichtung zumindest ein im
Bereich der Beckensohle angeordnetes, im wesentlichen waagerecht und im wesentlichen
radial verlaufendes Verteilerrohr mit daran angeschlossenen Luftaustrittsrohren
aufweist, welches über eine Anschlußrohrleitung an eine auf oder neben der Brücke
angeordnete Druckluftquelle angeschlossen ist, und daß die Umwälzeinrichtung aus
einem Rührkreisel besteht, dessen Antrieb auf der Brücke angeordnet ist und dessen
Rührelemente im Bereich der Beckensohle arbeiten. Dabei kann die Belüftungseinrichtung
im Bereich zwischen zentralem Auflager und Beckenrand an der Brücke angeordnet sein,
die andererseits ein über das zentrale Auflager vorstehendes Vorkragteil aufweist,
wobei an dem Vorkragteil die Umwälzeinrichtung angeordnet ist. Sowohl die Belüftungseinrichtung
als auch die Umwälzeinrichtung können zum Zwecke der Wartung und Pflege hochschwenkbar
sein. Um bei einer erfindungsgemäßen Anlage die Belüftung und die Umwälzung unterschiedlichen
Betriebsbedingungen anzupassen, empfiehlt die Erfindung, daß die Umwälzeinrichtung
einerseits und die Belüftungseinrichtung andererseits Antriebe aufweisen, die nach
Maßgabe der unterschiedlichen Betriebsbedingungen, insbes. nach Maßgabe einer unterschiedlichen
Wasserspiegellage, steuerbar oder regelbar sind. Der Schwenkbereich der Brücke bei
der Oszillationsbewegung soll im allgemeinen etwa 1200 betragen, so daß um etwa
600 nach imiden Seiten des Durchmessers symmetrisch ausgeschwenkt wird, der Abwasserzulauf
und Behandeltwasserablauf verbindet. Im Rahmen der Erfindung kann der Schwenkbereich
auch zum Zwecke der Anpassung an unterschiedliche Zulauf- oder Betriebsbedingungen
veränderbar sein, z. B. in Abhängigkeit von gemessenen Verschmutzungsparametern
oder nach Programm. Die beschriebene Symmetrie der Schwenkbewegung wird dabei im
allgemeinen aufrechterhalten. Wie erwähnt kann in den Abwasserzulauf auch eine Leitung
für Rückführschlamm eingeführt sein.
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Im Rahmen der Erfindung besteht zunächst die 9.glichkeit, die Anordnung
so zu treffen, daß der Nitrifikationssektor hinter dem Abwasserzulauf, der Denitrifikationssektor
also vor dem Behandeltwasserablauf liegt. Es besteht aber auch umgekehrt die Möglichkeit,
den Denitrifikationssektor hinter dem Abwasserzulauf und den tTitrifikationssektor
vor dem Behandeltwasserablauf anzuordnen.
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Die Erfindung geht von der überraschenden Tatsache aus; daß sich in
einem Becken mit kreisförmigem Grundriß ein funktionell definierter Nitrifikationsbereich
sowie ein definierter Denitrifikationsbereich trotz -der aus Abwasserzufluß -und
Behandeltwasserabzug resultierenden Strömung und trotz der arbeitenden Umwälzeinrichtung
im Denitrifikationsbereich aufrechterhalten lassen, wenn der Abwasserzulauf sowie
der Behandeltwasserablauf einander diametral gegenüberliegen und die Sektoren hinter
bzw. vor dem Abwasserzulauf bzw. dem Behandeltwasserablauf angeordnet sind, und
zwar möglichst symmetrisch in bezug auf den Durchmesser, der durch die Verbindungslinie
von Abwasserzulauf und Behandeltwasserablauf gegeben ist. Das gilt insbes. dann,
wenn in der beschriebenen Weise mit einer Brücke gearbeitet wird, die die Belüftungseinrichtung
sowie die Umwälzeinrichtung trägt. Erfindungsgemäß funktionieren in dem Stickstoffeliminierbecken
einerseits ein Sektor mit hohem Sauerstoffgehalt und andererseits ein Sektor mit
geringem Sauerstoffgehalt oder sogar Sauerstofffreiheit. Bei der Auszührungsform,
bei der der Nitrifikationssektor hinter dem Abwasserzulauf angeordnet ist, gelangen
das Abwasser sowie der
Rücklaufschlamm folglich zunächst in eine
aerobe Zone. Hier werden nicht nur die Kohlenstoffverbindungen abgebaut sondern
auch die Stickstoffverbindungen {Ammoniakstickstoff und organischer Stickstoff)
weitgehend oxidiert. Diese Nitrifikation ist in bekannter Weise von der Temperatur
und einer möglichst niedrigen Schlammbelastung abhängig und ist sowohl im Sommer
als auch im Winter erreichbar. Die gebildeten Nitrate (N03-Stickstoff) gelangen
bei dieser Ausführungsform der Erfindung mit dem Durchfluß (Kl-äranIagendurchfluß
plus Rücklaufförderschlamm3 in den unbelüfteten Sektors -der eine anoxische Zone
darstellt. Infolge des Sauerstöffmangels werden Teile des Belebtschlammes gezwungen,
den Sauerstoff des Nitratmoleküls anzugreifen und zur Atmung zu verwenden. Der verbleibende,
gasförmi#ge# Stickstoff steigt in Blasenform zur Oberfläche und entweicht. Ähnlich
liegen die Verhältnisse, wenn Nitrifikation und Denitrifikation in umgekehrter Reihenfolge
durchgeführt werden. In diesem Falle treten das Abwasser und der Rücklaufschlamm
zunächst in ehe sauerstoffarme oder sauerstofffreie Zone ein. Andererseits ist der
Sauerstoffbedarf der Mikroorganismen infolge des Zusammentreffens von Abwasser und
Belebtschlamm besonders groß, so daß die Nitrate angegriffen werden, die mit dem
Rücklaufschlammförderstrom in diesen Sektor gelangen. In dem Nitrifikationssektor,
der in diesem Falle folgt, also dem Behandeltwasserablauf vorgeschältet, werden
Nitrate gebildet, die später entfernt werden. Damit diese wirkungsvoll entfernt
werden, eignet sich diese Betriebsweise besonders bei Hintereinanderschaltung mehrerer
Becken des beschriebenen Aufbaus, wobei am Ende der Behandlungskette ein Denitrifikationssektor
angeordnet
wird. Tatsächlich liegt es im Rahmen der Erfindung, Anlagen des beschriebenen Aufbaus
mit Nitrifikationssektor und Denitrifikationssektor hintereinanderzuschalten und/oder
beliebig miteinander so zu kombinieren, wie es im Rahmen spezieller Aufgaben für
die biologische Abwasserreinigung insgesamt tunlich erscheint.
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Die erreichten Vorteile sind zusammengefaßt darin zu sehen, daß bei
einer erfindungsgemäßen Anlage mit sehr geringem baulichen Aufwand die Stickstoffelimination
durchgeführt werden kann, und zwar mit überraschend gutem Wirkungsgrad. Letzteres
beruht darauf, daß in dem erfindungsgemäßen Stickstoffeliminierbecken überraschenderweise
definierte Zonen aufrechterhalten werden können, in denen Nitrifikation bzw. Denitrifikation
stattfinden.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung
Fig. 1 den Grundriß einer erfindungsgemäßen Anlage für die Stickstoffelimination
bei der biologischen Abwasser reinigung, Fig. 2 in gegenüber der Fig. a vergrößertem
rIaßstab einen Schnitt in Richtung A-A durch den Gegenstand nach Fig. 1, - bei in
die Schnittlinie geschwenkter Brücke,
Fig. 3 entsprechend der Fig.
1 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes der Fig. 1.
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Die in den Figuren dargestellte Anlage ist für die Stickstoffelimination
bei der biologischen Abwasserreinigung bestimmt.
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Zur Anlage gehören ein Nitrifikationsraum 1, ein Denitrifikationsraum
2, ein Abwasserzulauf 3 und ein Behandeltwasserablauf 4.
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Zur Anlage im grundsätzlichen Aufbau gehört aber auch, daß der Nitrifikationsraum
1 zumindest eine Belüftungseinrichtung 5, der Denitrifikationsraum 2 zumindest eine
Umwälzeinrichtung 6 aufweisen.
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Aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 und 3 entnimmt man
zunächst, daß der Nitrifikationsraum 1 sowie der Denitrifikationsraum 2 in einem
gemeinsamen Stickstoffeliminierbecken 7 angeordnet sind, welches kreisförmigen Grundriß
aufweist. Dieses Stickstoffeliminierbecken 7 besitzt im Grundriß diametral gegenüberliegend
auch den Abwasserzulauf 3 sowie den Behandeltwasserablaif 4. Insoweit wird auch
auf die Fig. 2 verwiesen. Als Nitrifikationsraum 1 bzw. als Denitrifikationsraum
2
funktionieren - im Grundriß betrachtet - Sektoren des Stickstoffeliminierbeckens
7, hinter dem Abwasserzulauf 3 bzw.
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vor dem Behandeltwasserablauf 4. Sie werden im folgenden als Nitrifikationssektor
1 bzw. als Denitrifikationssektor 2 bezeichnet. In diesen Sektoren 1 bzw. 2 sind
entsprechend die schon erwähnte 3elüftungseinrichtung 5 bzw. die Umwälzeinrichtung
6 angeordnet. - Die Sektoren 1 bzw. 2 wurden in den Fig. 1 und 2 durch unterschiedliche
Schraffur deutlich gemacht.
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Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung
sind die Belüftungseinrichtung 5 und die Umwälzeinrichtung 6 in besonderer Weise
gestaltet, angeordnet und betrieben. Die Belüftungseinrichtung 5 sowie die Umwälzeinrichtung
6 sind nämlich an einer Brücke 8 angeordnet. Diese erstreckt sich über den Grundriß
des Stickstoffeliminierbeckens 7 in diametraler Richtung. Sie ist nach Maßgabe der
Breite des Nitrifikationssektors 1 und damit des Denitrifikationssektors 2 oszillierend
um eine vertikale Schwenkachse 9 schwenkbar. Die Schwenkachse 9 der Brücke 8 ist
im Mittelpunkt des Grundrisses des Stickstoffeliminierbeckens 7 angeordnet, die
Schwenkung erfolgt symmetrisch in bezug auf den Durchmesser lo, der durch die Verbindung
von Abwasserzulauf 3 und Behandeltwasserablauf 4 gebildet ist.
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Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung
ist im übrigen die Brücke 8 mit ihrer Belüftungseinrichtung 5 und ihrer Umwälzeinrichtung
6 in besonderer Weise gestaltet. Man erkennt, daß die Belüftungseinrichtung 5 zwei
im Bereich der Beckensohle 11 angeordnete, im wesentlichen
waagerecht
und im wesentlichen radial verlaufende Yerteilerrohre 12 mit daran angeschlossenen
Luftaustrittsrohren 13 aufweist. Die Verteilerrohre 12 sind über eine Anschlußrohrleitung
14 an eine auf oder neben der Brücke 8 angeordnete Druckluftquelle 15 angeschlossen.
Die Umwälzeinrichtung 6 besteht ihrerseits aus einem Rührkreisel, dessen Antrieb
16 auf der Brücke 8 angeordnet ist und dessen Rührelemente 17 im Bereich der Beckensohle
11 arbeiten. Uber die Umwälzeinrichtung 6 wird Luft nicht eingeführt. Die Anordnung
ist im einzelnen so getroffen, daß die Belüftungseinrichtung 5 im Bereich zwischen
zentralem Auflager bei 9 und Beckenrand 18 an der Brücke 8 angeordnet ist.
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Diese besitzt andererseits ein über das zentrale Auflager vorstehendes
Vorkragteil 19. An diesem Vorkragteil 19 ist die schon erwähnte Umwälzeinrichtung
6-befestigt. Umwälzeinrichtung 6 einerseits und die Belüftungseinrichtung 5 andererseits
besitzen separate Antriebe bei 15, 16, die nach Maßgabe der Wasserspiegellage oder
nach Maßgabe anderer Betriebsparameter steuerbar und/oder regelbar sind.
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Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung
beträgt der durch Bogenpfeil 20 angedeutete Schwenkwinkel der Brücke 8 etwa 1200.
Grundsätzlich kann er jedoch frei gewählt und nach Maßgabe der Zulauf- und Betriebsverhältnisse
variiert werden. Auch können zusätzliche Aufwirbelschwenkungen durchgeführt werden.
Wie eingangs erwähnt, ist in den Abwasserzulauf 3 regelmäßig auch eine Leitung 21
für den Rücklaufschlamm eingeführt. - Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und
2 befindet sich der Nitrifikationssektor 1 hinter dem Abwasserzulauf 3, der Denitrifikationssektor
2 also vor dem Behandeltwasserablauf 4.
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Umgekehrt liegen die Verhältnisse bei der Ausführungsform nach Fig.
3. Hier liegt der Denitrifikationssektor 2 hinter dem Abwasserzulauf 3, der Nitrifikationssektor
1 vor dem Behandeltwasserablauf 4. - In beiden Fällen funktionieren bei der Nitrifikation
einerseits, bei der Denitrifikation andererseits die zu den Fig. 1 und 3 zum Zwecke
der Verdeutlichung angeschriebenen Reaktionen. Zwischen Nitrifikationssektor 1 und
Denitrifikationssektor 2 befinden sich Mischzonen, in denen in sehr vorteilhafter
Weise eine Adaptation des Belebtschlammes stattfindet.