DE3126832C2 - Aeration basins for sewage treatment plants with a round or almost square plan - Google Patents
Aeration basins for sewage treatment plants with a round or almost square planInfo
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Abstract
Belebungsbecken für Kläranlagen od.dgl. mit rundem oder annähernd quadratischem Grundriß und mit getrennten Vorrichtungen zur Belüftung und Umwälzung, wobei eine torusförmige Walzenströmung im Becken durch umlaufende flächige Elemente und die Belüftung in an sich bekannter Weise durch Belüftungselemente erzeugt wird.Aeration tank for sewage treatment plants or the like. with a round or approximately square plan and with separate devices for ventilation and circulation, with a toroidal roller flow in the basin by circumferential flat elements and the ventilation in a known manner by ventilation elements.
Description
Die Erfindung betrifft ein Belebungsbecken für Kläranlagen mit rundem oder annähernd quadratischem Grundriß nach dem Oberbegriff des Anspruchs I.The invention relates to an aeration tank for sewage treatment plants with a round or approximately square one Floor plan according to the preamble of claim I.
Bei nicdrigbelastclcn Belebungsbecken ist es bereits bekannt, die beiden Maßnahmen der Umwälzung und der Belüftung der Flüssigkeit zu (rennen. In einem Belebungsbecken nach dem deutschen Gebrauchsmuster 80 07 295 wird durch flächige Elemente eine annähernde Kolbenströmung erzeugt und die Belüftung wird durch feststehende Belüftungsgitter vorgenommen, die mit Druckluft beaufschlagt werden und die Luft in Form von BSasenschwärmen in die Flüssigkeit abgeben, wodurch sich eine Aufstiegsströmung (Mammutpumpeneffekt) ausbildet Die Aufstiegsströmung ist bezügL.-h der für die Umwälzung der Flüssigkeit förderlichen St römungen in Quer- bzw. Radialrichtung des Beckens von Nachteil.It is already in the case of low-load aeration tanks known to the two measures of circulation and aeration of the liquid to (run. In an aeration tank According to the German utility model 80 07 295, flat elements make an approximate Piston flow is generated and ventilation is made through fixed ventilation grilles, which are pressurized with compressed air and release the air in the form of swarms of gas into the liquid, whereby an ascent current (mammoth pump effect) is formed for the circulation of the liquid conducive currents in the transverse or radial direction of the basin of Disadvantage.
Als Aufgabe wurde daher der Erfindung zugrunde gelegt, in einem gattungsgemäßen Belebungsbecken rf?s rotierende Abwasser-Belebtschlammgemisch nut möglichst geringem Energieaufwand umzuwälzen.The invention was therefore based on the object in an aeration tank of the generic type rf? s rotating sewage-activated sludge mixture nut to circulate as little energy as possible.
Die Erfindungsaufgabe wird dadurch gelöst, daß die flächigen Elemente so angeordnet und ausgebildet sind, daß eine torusförmige, walzenartige Sekundärströmung entsteht, die an der Außenwand des Beckens nach unten und auf der Beckensohle nach innen gerichtet ist.The object of the invention is achieved in that the flat elements are arranged and designed in such a way that that a toroidal, roller-like secondary flow arises, which on the outer wall of the basin downwards and facing inwards on the bottom of the pelvis.
Der Vorteil der Erfindungslehre besieht darin, daß eine torusförmige Walzenströmung den geringsimöglichen Energiebedarf für eine Strömung überhaupt aufweist. Die Strömungsform als solche stellt sich bekannt-Hch in jedem ungestörten, längsdurchflossenen. gekrümmten und oben ts?fenen Strömungsquerschniti ein. Durch die Wandreibung wird dabei der Längsströmung eine Querströmung überlagert, die an der Außenwand nach unten und auf der Beckensohle nach innen führt. Bei einem runden Becken bildet sich diese Strömung torusförmig walzenartig aus.The advantage of the doctrine of the invention is that a toroidal roll flow is the least possible Energy requirement for a flow at all. The flow form as such is known-Hch in every undisturbed, longitudinal flow. curved and flow cross-sections at the top. As a result of the wall friction, a transverse flow is superimposed on the longitudinal flow, which is on the outer wall downwards and inwards on the bottom of the pelvis. This current forms in a round basin toroidal roller-like.
Die umlaufenden flächigen Elemente zur Erzeugung dieser Strömung müssen den Eigenheiten dieser lorusförmigen Walzenströmung angepaßt werden und die Anordnung der Belüftungselemcnte in der gleichen Weise.The circumferential flat elements to generate this flow must match the peculiarities of this lorus-shaped Roll flow are adapted and the arrangement of the ventilation elements in the same Way.
Die Erfindung ist in der Abbildung beispielsweise beschrieben. Es zeigtThe invention is described in the figure for example. It shows
Fig. 1 einen Schnitt undFig. 1 is a section and
F i g. 2 eine Draufsicht auf ein Belebungsbecken.F i g. 2 shows a plan view of an aeration tank.
Zur Vereinfachung der Darstellung sind in der Abbildung teilweise mehrere Elemente genannt, die emv* euer einzeln oder gemeinsam oder in unterschiedlichsten Kombinationen miteinander eingesetzt werden können.To simplify the representation, several elements are sometimes mentioned in the figure, the emv * euer can be used individually or together or in a wide variety of combinations with one another.
Das Belebungsbecken 10 wird durch die Sohle 11 und die Wand 12 gebildet. Der Beckeninhalt wird durch Zuläufe 14 und 15 gespeist und durch einen oder mehrere Abläufe 16 beispielsweise in der Nähe der Beckenmitte 13 entleert. Die im Becken enthaltene Flüssigkeit bildet einen freien Flüssigkeitsspiegel 17.The aeration tank 10 is through the sole 11 and the wall 12 is formed. The basin contents are fed by inlets 14 and 15 and by one or more Drains 16 emptied, for example, near the center of the pool 13. The liquid contained in the pool forms a free liquid level 17.
Dem Flüssigkeitsinhalt wird durch umlaufende flächige Elemente eine torusförmige Walzenströmung aufgezwungen, die sich aus einer Hauptströmung 21 und einer Sekundärströmung 22 zusammensetzt. Die Hauptströmung 21 stellt sich in der Draufsicht als kreisförmig dar. während die Sekundärströmung 22 als Walzcnströniiing bezeichnet werden kann. Wenn man in erster Näherung die Geschwindigkeit der Walzenströmung als gleichförmig ansieht, wird aus Kontinuitätsgründen der innere Beckenabschnitt mit der nach oben gerichteten Strömung 27 einen größeren Radiusteil aufweisen als der äußere Beckenabschnitt mit der nach unten gerichteten Strömung 25. Die neutrale Stromlinie 28 wird daher im äußeren Bereich des halben Beckenquerschniites liegenA toroidal roller flow is imposed on the liquid content by circumferential flat elements, which is composed of a main flow 21 and a secondary flow 22. The mainstream 21 is shown in the top view as circular, while the secondary flow 22 as a rolling stream can be designated. If, in a first approximation, the speed of the roll flow is considered to be uniform looks, for reasons of continuity, the inner basin section with the upward flow 27 have a larger radius part than the outer basin section with the downwardly directed Flow 25. The neutral streamline 28 is therefore in the the outer area of half the pelvic cross-section
M Die umlaufenden flächigen Elemente 31 — 35 sind ;in einer umlaufenden Brücke 36 angclenkt. die in der Bek· kenmittc 13 in einem Königszapfen gelagert ist und mit Fahrwerken 39 auf der Beckenwand 12 läuft. Die Briik-M The circumferential flat elements 31 - 35 are; in a circumferential bridge 36 is attached. the one in the kenmittc 13 is mounted in a king pin and with Running gear 39 on the pool wall 12 runs. The Briik-
ke 36 wird durch einen Antrieb 37 in Fahrtrichtung 38 bewegt.ke 36 is moved in the direction of travel 38 by a drive 37.
In vorteilhafter Ausführung können die umlaufenden flächigen Elemente 31—35 auf Teilbereiche des Strömungsquerschnittes 23 beschränkt sein und dort annähernd quer zur örtlichen Strömungsrichtung angeordnet sein. In diesem Falle können die flächigen Elemente mit unterschiedlicher Anstellung zum Radius angeordnet werden, uno zwar z. B. in äußeren Beckenbereich so, daß ein Teilschild 32 mit nach außen fördernder Wirkung, ein Teilschild 33 mit nach unten fördernder Wirkung und ein Teilschüd 34 mit nach innen fördernder Wirkung angeordnet sind. Ebenso kann das Bodenschild mit nach innen fördernder Wirkung ausgebildet werden. Die erwünschte Förderwirkung der Elemente tritt sowohl bei einem als auch bei der Kombination von mehreren Elementen ein. Durch die Verwendung eines Teilschildes 31 mit annähernd radialer Ausrichtung kann die torusförmige Walzenströmung 22 ebenfalls erzeugt werden. Seine Größe und räumliche Anordnung richtet sich nach den geometrischen Größen der Anlage sowie der Größe der gewünschten Umwälzgeschwindigkeit und der hydraulischen Parameter der Flüssigkeit.In an advantageous embodiment, the circumferential flat elements 31-35 can be restricted to partial areas of the flow cross-section 23 and can be arranged there approximately transversely to the local flow direction. In this case, the flat elements can be arranged with different angles to the radius, although z. B. in the outer pelvic area so that a partial shield 32 with an outwardly promoting effect, a partial shield 33 with a downwardly promoting effect and a Teilschüd 34 with an inwardly promoting effect are arranged. Likewise, the bottom shield can be designed with an inwardly promoting effect. The desired conveying effect of the elements occurs both with one and with a combination of several elements. By using a partial shield 31 with an approximately radial alignment, the toroidal roller flow 22 can also be generated. Its size and spatial arrangement depend on the geometric sizes of the system as well as the size of the desired circulation speed and the hydraulic parameters of the liquid.
Die Anordnung der umlaufenden flächigen Elemente 31—35 in der Nähe der Beckenwand 12 ist aus mehreren Gründen besonders vorteilhaft: der Hauptwiderstand der Strömung ist durch die Wandreibung gegeben, weshalb an dieser Stelle die Krafteinleitung zweckmäßig ist. Außerdem ist es für den inneren Kraftfluß in der umlaufenden Brücke 36 vorteilhaft, wenn die Orte der Einleitung der Kräfte (Antriebskräfte und hydraulischer Widerstand) möglichst eng benachbart sind.The arrangement of the circumferential flat elements 31-35 in the vicinity of the pool wall 12 is made up of several Particularly advantageous reasons: the main resistance of the flow is given by the wall friction, which is why the introduction of force is appropriate at this point. It is also used for the inner flow of forces in the circumferential bridge 36 is advantageous if the places where the forces are introduced (driving forces and hydraulic Resistance) are as close as possible.
Wenn die umlaufenden flächigen Elemente 31—35 sich über zwei oder mehrere Strömungsquerschnitte 24—27 erstrecken, ist es vorteilhaft, entsprechende Abschnitte, z. B. 32 und 34. annähernd quer zur örtlichen Strömungsrichtung zu unterteilen. Dies kann durch Wölbung. Abkantungen oder flächenmäßige Trennung der einzelnen Teilabschnitte der flächigen Elemente erfolgen. If the circumferential flat elements 31-35 extend over two or more flow cross-sections 24-27, it is advantageous to use corresponding sections, e.g. B. 32 and 34. to subdivide approximately transversely to the local flow direction. This can be due to bulging. Edges or areal separation of the individual subsections of the planar elements take place.
Da in derartigen Belebungsbecken Schlammablagerungen vermieden werden sollen, muß in lierkömmlicheii Becken die Strömungsgeschwindigkeit örtlich immer größer sein, als es der Absetzgeschwindigkeil der Schlämme entspricht. Bei dem Belebungsbecken nach der Erfindungslehre kann ein umlaufendes flächiges Element 35 in Sohlnähe in Form eines Bodenschlammriiumschildcs vorgesehen werden und sich bis unter die Beliiftungsvorrichiung 41, 45 erstrecken. Sollten in einem Belebungsbecken nach der Erfindungslehre niedrigere Strömungsgeschwindigkeiten herrschen, als der Absetzgeschwindigkeit der Schlämme entsprich:, so wurden sich die Schlämme zunächst auf der Sohle 11 absetzen, dort durch das Bodenräumschild erfaßt und wenigstens unter die Belüftungsvorrichtung 41, 45 gefördert werden und durch die dort nach oben gerichtete Strömung 27 wieder in Suspension gebracht werden.Since sludge deposits are to be avoided in such aeration tanks, lierkommlicheii must be used Basin the flow velocity locally always be greater than it is the Abetzgeschwindigkeil of the Corresponds to sludge. In the case of the aeration tank according to the doctrine of the invention, a circumferential flat element 35 are provided near the bottom in the form of a Bodenschlammriiumschildcs and extend to under the Beliiftungsvorrichiung 41, 45 extend. Should be in one Aeration tanks according to the doctrine of the invention, lower flow velocities prevail than the Settling speed of the sludge corresponds to: the sludge was initially on the level 11 Put down, detected there by the ground clearance shield and at least promoted under the ventilation device 41, 45 and are brought back into suspension by the flow 27 directed upwards there.
In Abhängigkeit von der Beckengecmetrie können die umlaufenden flächigen Elemente 31—35 zum Teil mil geringer Fläche ausgebildet werden, Eine extrem kleine Bauweise kann vor allem für die Elemente 33 und 15 ;in der Beckenwand 12 und der Sohle 11 z.B. im Bereich von 1 —15 cm gewählt werden, da hiermit die Wandroibung bereits ausreichend beeinflußt werden k .in η. In the tank wall 12 and the sole 11, for example in the range of 1 -15, depending on the Beckengecmetrie the revolving flat elements 31-35 may be formed in part mil small area, an extremely small construction can especially for the elements 33 and 15 cm should be selected, as this already has sufficient influence on the wall friction k .in η.
Gegenüber der Geschwindigkeit der Hauptströmung 21 ist die Geschwindigkeit der Sekundärströmung 22 gering, so daß die Aufstiegsgeschwindigkeit der einzelnen Blasen bzw. ihre Verweilzeit und ihr Gasübergang durch die Sekundärströmung 22 nicht wesentlich beeinflußt wird.Compared to the speed of the main flow 21, the speed of the secondary flow 22 is low, so that the rate of ascent of the individual bubbles or their residence time and their gas transition is not significantly influenced by the secondary flow 22.
Die torusförmige. walzenartige Sekundärströmung 22 kann vorteilhaft durch die Belüftungsvorrichtung 41, 45 unterstützt werden, wenn diese im Teilbereich 27 des Strömungsquerschnittes 23 mit aufwärtsgerichteter Strömung angeordnet ist. Dadurch wird ein Teilbetrag der Antriebsenergie für die Umwälzung statt durch dieThe toroidal. roller-like secondary flow 22 can advantageously through the ventilation device 41, 45 are supported when this in the sub-area 27 of the flow cross-section 23 with an upward Flow is arranged. This will take some of the drive energy for the circulation instead of through the
to umlaufenden flächigen Elemente 31 —35 nunmehr durch und über die Strömungsenergie geleitel, die bei jeder Belüftungsvorrichtung 41, 45 umgesetzt wird, sei es durch den genannten Mammutpumpeneffekt der Druckluftbelüftung, sei es durch die Saug- und Druckströmung des Oberflächenbelüfters 45.to circumferential flat elements 31-35 now through and over the flow energy guide, which with each Ventilation device 41, 45 is implemented, be it through the aforementioned mammoth pump effect Compressed air ventilation, be it through the suction and pressure flow of the surface aerator 45.
Eine Druckluftbelüftung kann mit Belüftungssträngen 41 an sich bekannter Bauart gebildet werden, die. sich annähernd radial von innen nach außen erstrecken. Bei konstantem Abstand 43 der einzelnen Belöftungselemente 42 an den Belüftungsstränf/ri 41 und bei glei-. eher Begasungsdiehie würden aus voiumctrischcn. Gründen die inneren Beckenabschnitte stärker belüftet werden als die weiter außen liegenden, sowohl auf den Volumenstrom der Hauptströmung 21, als auf den VoIumenstrom der Sekundärströmung 22 bezogen. Es ist daher besonders vorteilhaft, den Abstand 43 oder die Anzahl der einzelnen Belüftungselemente 42 von innen nach außen annähernd mit einer Funktion '/r abnehmen zu lassen.A compressed air ventilation can be formed with ventilation strands 41 of a known type, which. extend approximately radially from the inside to the outside. With a constant distance 43 between the individual ventilation elements 42 at the ventilation strands 41 and at the same. rather fumigation theses would be from voiumctrischcn. Reasons for the inner basin sections to be ventilated more strongly than those further out, based both on the volume flow of the main flow 21 and on the volume flow of the secondary flow 22. It is therefore particularly advantageous to have the distance 43 or the number of individual ventilation elements 42 from the inside to the outside approximately / decrease as a function 'r.
Bei einer Anordnung einer Druckluftbelüftung im Teilbereich 27 des Strömungsquerschniites 23 mit aufwärtsgerichteter Strömung ist es besonders vorteilhaft, daß eine gemeinsame Druckleitung 44 etwa zur Beckenmitte 13 führt, woran die einzelnen Belüftungsstränge 41 angeschlossen sind. De? Aufwand für die Luftzufuhrleitung wird dadurch wesentlich verringert gegenüber herkömmlichen Systemen, bei denen eine ringförmige Druckleitung um das Becken herumführt u.id in einzelnen Abschnitten mit Versorgungsleitungen zu den einzelnen Belüftungssträngen ausgebildet wird.In the case of an arrangement of compressed air ventilation in the sub-area 27 of the flow cross-section 23 with an upward flow, it is particularly advantageous that a common pressure line 44 leads approximately to the center of the pool 13 , to which the individual ventilation strands 41 are connected. De? The effort for the air supply line is significantly reduced compared to conventional systems in which an annular pressure line leads around the basin and is formed in individual sections with supply lines to the individual ventilation lines.
Ais Belüftungsvorrichtung können ein oder mehrere Oberflächenbelüfter 45 zusätzlich oder an Stelle einer Druckluftbelüftung verwendet werden. Dieser oder diese Oberflächenbelüfter 45 werden vorteilhafterweisc ebenfalls in der Nähe der Beckenmitte 13 angeordnet und können beispielsweise mit der umlaufenden Brücke 36 umlaufend angeordnet werden. Der Oberflächenbelüfter 45 kann auch in der Beckenmitte 13 an einem Dreibein o. dgl. hängend angeordnet sein, wobei dasAs a ventilation device, one or more surface aerators 45 can additionally or instead of one Compressed air ventilation can be used. This or these surface aerator 45 are advantageously also arranged in the vicinity of the pool center 13 and can, for example, with the circumferential bridge 36 can be arranged circumferentially. The surface aerator 45 can also be in the middle of the pool 13 on one Tripod or the like. Be arranged in a hanging manner, the
so Dreibein o. dgl. weit genug über den Flüssigkeitsspiegel 17 hinausragt und zusätzlich als Zentrallager der umlaufenden Brücke 36 dient. Auch bei diesen Anordnungen wird ^ie vorteilhfate torusförmige Walzenströmung mit der von dem Oberflächenbelüfter erzeugten Strömung überlagert, so daß (,ich insgesamt ein niedriger Energieaufwand ergibt.so the tripod or the like protrudes far enough above the liquid level 17 and also acts as a central bearing for the circulating Bridge 36 is used. In these arrangements too, the advantageous toroidal roller flow is also used superimposed on the flow generated by the surface aerator, so that (, I overall a lower energy consumption results.
Zusätzlich zu den bereits genannten Vorteilen wird bei der erfindungsgemäßen torusförmigen Wal/enströmung eine gleichmäßige Durchmischung des Beckeninhaltes erreicht und es treten im einzelnen definierte Zonen der Durchströmungsfolge auf. Dies kann vorteilhafterweise für schwach belastete Anlagen dazu bcnut/t werden, bestimmte Beckenbereiche zur Denitrifizicrung vorzusehen, da die Belüftung an genau definiertenIn addition to the advantages already mentioned, in the toroidal whale flow according to the invention an even mixing of the basin contents is achieved and there are individually defined zones the flow sequence on. This can be advantageous for lightly loaded systems in addition to this bcnut / t certain areas of the pool for denitrification to be provided as the ventilation at well-defined
b5 Strömungsabschnitten vorgenommen wird und an anderen wiederum nicht. Die wirkliche örtliche Strömung setzt sich vektoriell aus den Komponenten der Haupt-Strömung 21 und Sekundärströmung 22 zusammen undb5 flow sections is made and on others again not. The real local flow is made up of the components of the main flow as a vector 21 and secondary flow 22 together and
hat einen spiralförmigen Verlauf durch das Becken. Sie verläuft annähernd kolbenförmig und zwar in der Nähe der Beckensohle 11 spiralförmig nach innen, in der Bekkcnmitic 13 spiralförmig nach oben und in der Nähe des Flüssigkeitsspiegels 17 spiralförmig nach außen und dort spiralförmig wieder nach unten. Die Gesamtlaufzeil eines derartig gedachten Strömungspfropfens ist ein Vielfaches größer als die Umlaufzeit der Hauptströmung 21. Im wesentlichen wird daher im inneren Bekkenbcreich eine Sauerstoffsättigung, im äußeren Bereich eine Sauerstoffzehrung vorhanden sein. Der Anteil der Beckenabschnitte mit Sauerstoffüberschuß und -Unterschuß kann mit den üblichen verfahrenstechnischen Parametern gesteuert werden, so daß in einem denkbaren Grenzfall im ganzen Becken ein Sauerstoff-Überschuß vorhanden ist oder nach Wunsch ein größerer oder kleiner Teil des Beckens zur Denitrifizierung ;·;»··οί!!/ί werden k^nn. Hierbei ksnn es vorteilhaft sein, die Zuläufe 14, 15 an anderer als der gezeigten Stelle vorzusehen, insbesondere im anoxischen Beckenbereich. has a spiral course through the basin. It runs approximately in the shape of a piston, namely in the vicinity the bottom of the pelvis 11 spirally inwards, in the Bekkcnmitic 13 spirally upwards and in the vicinity of the liquid level 17 spirally outwards and there spiraling down again. The total running time of such an imaginary flow plug is many times greater than the orbital time of the main flow 21. Therefore, essentially in the inner basin area an oxygen saturation, in the outer area an oxygen consumption. The amount the basin sections with excess and insufficient oxygen can be processed with the usual process engineering Parameters are controlled, so that in a conceivable borderline case in the whole basin an excess of oxygen is available or, if desired, a larger or smaller part of the tank for denitrification ; ·; »·· οί !! / ί will be k ^ nn. Here it can be advantageous to provide the inlets 14, 15 at a location other than the one shown, in particular in the anoxic pelvic area.
Vorteilhaft bei einem Belebungsbecken nach der Erfindungslehre ist die Möglichkeit, bestehende Anlagen umzurüsten und zu ertüchtigen. In vielen Fällen können die bestehenden Anlagenteile weiterverwendet oder umgerüstet werden. Bei Anlagen mit reiner Druckluftbelüftung kann auch nachträglich eine umlaufende Brücke mit den entsprechenden umlaufenden flächigen Elementen vorgesehen werden.The advantage of an aeration tank according to the doctrine of the invention is the possibility of using existing systems retrofitting and upgrading. In many cases, the existing system components can continue to be used or be converted. In systems with pure compressed air ventilation, a circumferential Bridge can be provided with the corresponding circumferential flat elements.
3030th
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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