DE3144019A1 - Vorrichtung zur biologischen reinigung kohlenstoff- und stickstoffhaltiger abwaesser - Google Patents

Vorrichtung zur biologischen reinigung kohlenstoff- und stickstoffhaltiger abwaesser

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Description

  • Vorrichtung zur biologischen Reinigung kohlen-
  • stoff- und stickstoffhaltiger Abwässer Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur biologischen Reinigung von kohlenstoff- und stickstoffhaltigen Abwässern durch aerobe Aktivierung und Nitrifikation sowie anaerobe Denitrifikation mit einem einheitlichen Belebtschlamm.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere zur komplexen Reinigung von Abwässern wie insbesondere Spülwässe#rn, die in stehende Gewässer abgelassen werden sollen, sowie etwa zur Aufarbeitung von Abwässern mit hohem Ammoniakgehalt sowie gebundenem organischen Stickstoff, beispielsweise von Jauche aus Tierhaltungsbetrieben.
  • Verfahren zur gleichzeitigen Beseitigung stickstoffhaltiger und- kohlenstoffhaltiger Substanzen in Abwässern sind in der Abwasseraufbereitungstechnologie bereits bekannt und im Gebrauch. In den meisten Fällen werden hierzu Belebtschlammverfahren angewandt, wobei der Belebtschlamm abwechselnd aeroben und anaeroben Bedingungen ausgesetzt wird.
  • Bei dieser komplexen Verfahrensweise der Abwasserreinigung werden bei der aeroben Aktivierung organische Stoffe enzymatisch oxidiert, wobei zB Ammoniak zu Nitraten oxidiert wird, während im anaerobm Teil des Prozesses dann bei Anwesenheit organischer kohlenstoffhaltiger Substanzen, die als Wasserstoffdonatoren dienen, die Reduktion der Nitrate zu gasförmigem Stickstoff erfolgt.
  • Auch die Bedingungen für eine wirksame Durchführung der Nitrifikations- und Denitrifikationsprozesse sind bekannt; zu den verfahrenswesentlichen Bedingungen gehört beispielsweise, daß die Temperatur im Bereich von 13 bis 35 0C liegt, ein geeigneter pH-Wert vorliegt und der Belebtschlamm insbesondere ein ausreichendes Alter aufweist, um die erforderliche Konzentration an Mikroorganismen zur Nitrifikation und Denitrifikation im Belebtschlamm sicherzustellen.
  • Bei der Abwasserreinigung unter gleichzeitiger Beseitigung stickstoffhaltiger Stoffe werden bisher zumeist herkömmliche Vorrichtungen verwendet, bei denen die eigentliche aerobe Aktivierung und die anaerobe Denitrifikation in selbständigen, getrennten Becken ablaufen und die Abtrennung des Belebtschlamms durch Sedimentation in einem unabhängigen Sedimentationsbecken erfolgt, aus dem der abgetrennte Belebtschlamm in die erste Stufe des Abwasserreinigungsprozesses zurückgepumpt wird.
  • Es gibt verschiedene Kombinationen für die Anordnung der Reinigungsbecken, wobei ggf Sekundärnährstoffe zugesetzt werden. Als am besten geeignete Kombination erwies sich die Hintereinanderschaltung zweier Reinigungsbecken, von denen das erste zurDenitrifikation und das zweite zur Aktivierung dient, wobei das Rohwasser zunächst in die Denitrifikation fließt, das Wasser von der Aktivierung zur Denitrifikation rezirkuliert und auch der Belebtschlamm, der durch Sedimentation abgetrennt wurde, in die Denitrifikationsstufe übergepumpt wird. Diese Kombination hat sich aufgrund ihrer Einfachheit sowie deshalb durchgesetzt, weil sich hierbei eine Zugabe sekundärer Nährstoffe erübrigt.
  • Es sind ferner auch Anlagen für den obigen Zweck entwickelt worden, bei denen der Belebtschlamm durch Fluidfiltration abgetrennt und selbsttätig in den Prozeß rückgeführt wird. Bei diesen Anlagen erfolgt auch die anaerobe Denitrifikation unter Zufuhr von Rohwasser und die aerobe Aktivierung mit der Rezirkulation des zu reinigenden Abwassers von der Aktivierungs- in die Denitrifikationszone. Aufgrund des Umstands, daß bei dieser Verfahrensweise das Wasser, von dem der Belebtschlamm abgetrennt wird, in die Trennstufe aus der aeroben Aktivierung geführt wird, wird die Trennstufe oberhalb der aeroben Aktivierung angeordnet und der abgetrennte Belebtschlamm in die aerobe Aktivierung rückgeführt, wobei er durch die Rezirkulation in die Denitrifikationsstufe gelangt.
  • Diese herkömmlichen Vorrichtungen weisen jedoch verschiedene Nachteile auf. Bei sämtlichen Vorrichtungen ist im Denitrifikationsraum Rühren erforderlich, um den Belebtschlamm in Suspension zu halten. Die bekannten Anlagen besitzen ferner eine verhältnismäßig geringe Leistung und sind ziemlich von den klimatischen Verhältnissen abhängig. Aufgrund der relativ geringen Effektivität der Abtrennung durch Sedimentation wird ferner bei diesen Vorrichtungen keine zu große Konzentration des Belebtschlamms erzielt. Da die Nitrifikation bzw Denitrifikation insbesondere vom Alter des Belebtschlamms abhängig sind, müssen ferner zur Erzielung eines ausreichenden Werts dieses Parameters Vorrichtungen mit großem spezifischen Fassungsvermögen eingesetzt werden, was wiederum zu einer niedrigen spezifischen Leistung entsprechender Anlagen führt. Große Anlagekapazitäten wirken sich andererseits negativ aus, insbesondere in hohen Anlagekosten sowie teilweise in einem erheblichen Wärmeverlust an die äußere Umgebung, was angesichts der Wärmeabhängigkeit der Nitrifikations-bzw Denitrifikationsprozesse sehr ungünstig ist, insbesondere in der kalten Jahreszeit.
  • Bei Vorrichtungen mit Abtrennung des Belebtschlamms durch Flüssigfiltration ist zwar die Konzentration an Belebtschlamm relativ hoch, jedoch ist die Konzentration bei der Denitrifikation niedriger als bei der aeroben Aktivierung, da der Belebtschlamm, wie bereits angegeben, durch Rezirkulation von der aeroben Aktivierung zur Denitrifikationsstufe gelangt. Ein weiterer Nachteil dieser herkömmlichen Vorrichtungen liegt in der schwierigen Beseitigung des Schaums, der bei der aeroben Aktivierung auf der Flüssigkeitsoberfläche entsteht, insbesondere bei der Reinigung von konzentrierten Abwässern sowie deshalb, weil der freie Flüssigkeitsspiegel bei der aeroben Aktivierung durch die oberhalb der Aktivierungsstufe angeordnete Trennstufe wesentlich verringert wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur biologischen Reinigung kohlenstoff-und stickstoffhaltiger Abwässer anzugeben, bei der die Nachteile herkömmlicher Vorrichtungen nicht auftreten und eine wesentliche Intensivierung des Reinigungsprozesses ermöglicht, eine wirksame Zerstörung des im aeroben Aktivierungsraum gebildeten Schaums und eine zuverlässige Funktion auch bei niedrigen Temperaturen gewährleistet ist, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner produktionstechnisch und betriebsmäßig einfach aufgebaut und an sehr unterschiedliche bzw wechselnde Betriebsbedingungen anpaßbar sein soll.
  • Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.
  • Das Konzept der erfindungsgemäßen Vorrichtung beruht darauf, daß oberhalb des Denitrifikationsraums der an die Rohwasserzuleitung angeschlossen und im Becken vorzugsweise mit einem vertikalen zylindrischen Mantel angeordnet ist, ein Trennraum zur Flüssigfiltration innerhalb des gleichen Beckens vorgesehen ist, der vom Denitrifikationsraum durch eine schräge, vorzugsweise kegelförmige Trennwand getrennt und mit dem Denitrifikationsraum über einen Schlammkanal verbunden ist, und mit dem Denitrifikationsraum des Beckens ein Aktivierungsraum verbunden ist, der im nächsten Becken vorzugsweise mit einem zylindrischen Mantel angeordnet und mit Belüftungselementen sowie einem Auslaß versehen ist, der mit dem Einlaß zum Trennraum verbunden ist.
  • Nach einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform -sind das Becken mit dem Denitrifikationsraum, oberhalb dessen sich der Trennraum befindet, sowie das Becken, in dem der Aktivierungsraum ausgebildet ist, so angeordnet, daß das Becken mit dem Denitrifikationsraum, oberhalb dessen sich der Trennraum befindet, in dem Becken angeordnet ist, in dem der Aktivierungsraum vorgesehen ist.
  • Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Schlammabfuhrkanal durch ein Rohr gebildet, das am unteren Rand der schrägen Trennwand vorgesehen ist und sich nach unten erstreckt.
  • Nach einer erfindungsgemäßen Weiterbildung erstreckt sich der Schlammabfuhrkanal bis zum unteren Teil des Denitrifikationsraums oder ist mit einer tangentialen Mündung abgeschlossen, die im Trennraum zwischen der Erweiterung und dem gegenüberliegenden Teil des konischen Bodens angeordnet ist; erfindungsgemäß kann ferner die Zufuhr des Aktivierungsgemischs im Trennraum in Form eines vertikalen Rohrs ausgebildet sein, das vorzugsweise koaxial zur Beckenachse verläuft.
  • Erfindungsgemäß kann ferner die Rohwasserzuleitung in der Zuleitung des Aktivierungsgemischs angeordnet sein, deren Mündung in den Schlammabfuhrkanal hineinragt.
  • Erfindungsgemäß vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der die Zufuhr des Aktivierungsgemischs durch den Raum erfolgt, der zwischen dem unteren äußeren Teil der schrägen Trennwand und der gegenüberliegend angeordneten Trennwand entsteht, in deren oberem Teil Offnungen vorgesehen sind, die den Auslaß für das Aktivierungsgemisch bilden, wobei am unteren Rand der Trennwand der Schlammabfuhrkanal angeordnet ist.
  • Für eine gute-Funktion ist ferner eine Ausführungsform vorteilhaft, bei der die Verbindung des Denitrifikationsraums mit dem Aktivierungsraum durch den Auslaß des Aktivierungsgemischs mit einer Pumpe und einer Druckleitung gebildet ist, deren Düse in den Aktivierungsraum führt, vorzugsweise über die freie Oberfläche des Aktivierungsgemischs.
  • Erfindungsgemäß ist ferner eine Lösung vorteilhaft, bei der die Verbindung des Denitrifikationsraums mit dem Aktivierungsraum durch Durchlässe, die im oberen Teil des vertikalen zylindrischen Mantels vorgesehen sind, bzw auch durch Durchlässe, die im unteren Teil des vertikalen zylindrischen Mantels ausgebildet sind, hergestellt wird, bzw dort, wo die Verbindung des Denitrifikationsraums mit dem Aktivierungsraum durch den Auslaß hergestellt wird, der unter dem konischen Boden mit den Öffnungen ausgeführt ist, wobei der Auslaß im Aktivierungsraum mit einer Mammutpumpe abgeschlossen ist.
  • Erfindungsgemäß ist ferner der Aktivierungsraum mit dem Denitrifikationsraum mit dem geregelten Zirkulationssystem entweder direkt oder über ein zur Regelung dienendes Wehr bzw auch durch einen Teil des Auslasses des Aktivierungsgemischs und des Schlammabfuhrkanals verbunden.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen: Fig. 1: einen axialen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei selbständigen, nebeneinander angeordneten Becken; Fig. 2: einen axialen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei Becken, die ebenfalls nebeneinander angeordnet sind, jedoch anders ausgebildet sind als in Fig. 1; Fig. 3: einen axialen Vertikalschnitt durch eine integrierte Monoblockausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der beide Becken koaxial angeordnet sind; und Fig. 4 und 5: axiale Vertikalschnitte durch weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung in integrierter Form.
  • Bei der in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der anaerobe Denitrifikationsraum 6 mit einem vertikalen zylindrischen Mantel 1 neben dem Becken des Aktivierungsraums 5 angeordnet, der durch einen, zylindrischen Mantel 111, der im dargestellten Fall ferner einen Deckel 44 und einen Boden 100 aufweist, angeordnet, wobei der Aktivierungsraum 5 eine freie Oberfläche 116 besitzt. Im Becken des Denitrifikationsraums 6 mit dem vertikalen zylindrischen Mantel 1 ist im oberen Teil durch eine schräge Trennwand 2, die im dargestellten Fall kegelförmig ausgebildet ist, der Trennraum 3 zur Flüssigfiltration vorgebildet, in dessen unterem Teil ein Schlammabfuhrkanal 13 zur Abführung des abgetrennten Schlamms vorgesehen ist, unterhalb deren eine Blende 46 angeordnet ist, die die senkrechte Projektion der Mündung des Schlammabfuhrkanals 13 überdeckt.
  • Der anaerobe Denitrifikationsraum 6 ist unten durch einen sich konisch nach unten verjüngenden Boden 40 begrenzt, in dessen unterem Teil ein Auslaß 101 sowie die Abführungsleitung 113 für das Aktivierungsgemisch, die an eine Pumpe 20 angeschlossen ist, vorgesehen sind. Die Pumpe 20 dient zur Umwälzung des Aktivierungsgemischs zwischen dem anaeroben Denitrifikationsraum 6 und dem aeroben Aktivierungsraum 5 in einem geschlossenen Zirkulationssystem.
  • Die Druckleitung 23 der Pumpe 20 ist mit einer Düse 24 versehen, die vorzugsweise in einem Schaumbeseitigungsraum 25 mündet, -der durch den zylindrischen Mantel 111 über der freien Oberfläche 116 im aeroben Aktivierungsraum 5 gebildet ist. Der Aktivierungsraum 5 weist im Boden 100 einen Auslaß 102 auf und ist mit einem pneumatischen Belüftungssystem versehen, das durch ein (nicht dargestelltes) Gebläse, einen Luftverteiler 60 sowie durch Belüftungselemente 28 gebildet wird.
  • An der freien Oberfläche 116 des aeroben Aktivierungsraums 5 ist ein an sich bekannter Regelüberlauf 54 angeordnet, bei dem getrennt voneinander die Abführungsleitung für das Aktivierungsgemisch zum Einlaß 8 zum Trennraum 3, der Rezirkulationsumlauf 114, der tangential unterhalb der schrägen Trennwand 2 in den Denitrifikationsraum 6 mündet, sowie die Abführungsleitung 56 für überschüssigen Belebtschlamm, die außerhalb der Vorrichtung führt, vorgesehen sind.
  • Der Einlaß 8 zum Trennraum 3 mündet oberhalb seines unteren Teils, wobei die untere Kante 11 des Einlasses 8 und die Trennwand 2 den Eintritt 12 in den Trennraum 3 bilden. Oberhalb des Eintritts 12 ist ein Entgasungskegel 9 mit dem Einlaß 8 durch Belüftungsöffnungen 10 verbunden. Auf der Höhe der Oberfläche 3 des Trennraums 3 ist ein Sammeltrog 29 angeordnet, der mit dem Auslaß 31 für gereinigtes Wasser verbunden ist. Der oberste Teil des Denitrifikationsraums 6 ist mit Entgasungsrohren 34 versehen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet wie folgt: Das Rohwasser wird durch die Rohwasserzuleitung über den Regelüberlauf 54 durch den Rezirkulationsumlauf 114 in den Denitrifikationsraum 6 geführt.
  • Das Aktivierungsgemisch zirkuliert im wesentlichen in einem geschlossenen Kreislauf, zu dem der anaerobe Denitrifikationsraum 6 sowie der aerobe Aktivierungsraum 5 gehören. Dabei kommt es zur Oxidation des im Abwasser enthaltenen Ammoniaks sowie zu einer Reduktion von Nitriten und Nitraten zu gasförmigem Stickstoff durch die enzymatische Tätigkeit von Mikroorganismen im Belebtschlamm und dadurch zur Beseitigung stickstoffhaltiger Substanzen aus dem aufzubereitenden Abwasser.
  • Die Abfuhrleitung 115 für das Aktivierungsgemisch aus dem aeroben Aktivierungsraum 5 ist an den Regelüberlauf 54 angeschlossen, in den der Austritt 119 des Aktivierungsraumsmündet, und ist ferner über den Einlaß 8 mit dem Trennraum 3 verbunden, wobei der aktivierte Belebtschlamm, der bei der Fluidfiltration im Trennraum 3 angesammelt wurde, aufgrund der Schwerkraft automatisch durch den Schlammabfuhrkanal 13 in den Denitrifikationsraum 6 und damit in den geschlossenen Kreislauf zurückgelangt.
  • Da die Wirksamkeit der Denitrifikation bei dieser Anlagenschaltung von der Intensität der Zirkulation im geschlossenen Kreislauf abhängig ist, wird diese bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf ein Vielfaches des Durchsatzes an Rohwassererhöht.
  • Diese erhöhte zirkulierende Menge wird mit dem Rezirkulationsumlauf 114 außerhalb des Einlasses 8 zum Trennraum 3 gebracht, um Störungen zu vermeiden, die durch eine erhöhte Strömungsintensität im Einlaß 8 auf die Flüssigfiltration im Trennraum 3 ausgeübt werden könnten.
  • Für die Zufuhr in den Trennraum ist etwa das Zweifache der Rohwasserzufuhr in die Vorrichtung als optimal anzusehen, da dann eine optimale Trennung im Fluidfilter erfolgt. Zur Aufteilung des Aktivierungsgemischs, das vom aeroben Aktivierungsraum 5 durch den Auslaß 119 abfließt, dient der Regelüberlauf 54, der außer der Aufteilung des Aktivierungsgemischs in den Einlaß 8 zum Trennraum 3 und den Rezirkultionsumlauf 114 auch über die Abführungsleitung 56 für überschüssigen Belebtschlamm dessen Abführung außerhalb der Vorrichtung gewährleistet.
  • Der tangential einmündende Rezirkulationsumlauf 114 erzeugt im anaeroben Denitrifikationsraum 6 eine kreisende,-sinkende Strömung, in die der abgetrennte Belebtschlamm eingemischt wird, der durch den Schlammabfuhrkanal 13 in den Trennraum 3 zurückkehrt. Die Blende 46 verhindert ein Eindringen von Gasen aus dem Denitrifikationsraum 6 in den Trennraum 3 und fördert gleichzeitig die gleichmäßige Einmischung des rückgeführten Belebtschlamms in das Aktivierungsgemisch im Aktivierungsraum 6.
  • Das Aktivierungsgemisch wird vom unteren, sich kegelförmig verjüngenden Teil des Aktivierungsraums 3 durch die Abführungsleitung 113 abgenommen. Die Rückführung des Aktivierungsgemischs dient bei der dargestellten Ausführungsform gleichzeitig zur Zerstörung des Schaums, der bei Abwässern mit höherer Konzentration an grenzflächenaktiven Stoffen bei der Belüftung mit einem pneumatischen Belüftungssystem entsteht; hierzu wird der Schaum im Schaumbeseitigungsraum 25 oberhalb der freien Oberfläche 116 mit der Flüssigkeit besprüht. Der erforderliche Druck wird durch die Pumpe 20 erzeugt, wobei die Flüssigkeit durch eine geeignete Düse 24 versprüht wird.
  • Das von kohlenstoff- als auch von stickstoffhaltigen Stoffen gereinigte Wasser wird nach der Abtrennung des Belebtschlamms im Fluidfilter an der Oberfläche 30 durch Sammeltröge 29 abgenommen und durch den Auslaß 31 aus der Vorrichtung abgeführt. Die ausgeschiedenen Gase, die während der Denitrifikation freigesetzt werden, insbesondere gasförmiger Stickstoff, werden durch Entgasungsrohre 34 aus dem Denitrifikationsraum 6 abgeführt; die an der unteren Kante 11 des Einlasses 8 ausgeschiedenen Gase werden im Entgasungskegel 9 gesammelt und durch die Entgasungsöffnungen 10 in den Einlaß 8 eingeleitet, wonach sie dann in die freie-Atmosphäre gelangen. Der Auslaß aus dem Denitrifikationsraum 6 erfolgt über den Auslaß 101; die Entleerung des Aktivierungsraums 5 geschieht durch den Auslaß 102. Die Belüftung des Aktivierungsraums 5 erfolgt pneumatisch unter Verwendung an sich bekannter Belüftungselemente 28, die über eint Luftverteiler 60 mit einer (nicht dargestellten ) Druckluftquelle verbunden sind.
  • Die oben anhand von Fig. 1 erläuterte erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Reinigung stark verunreinigter Abwässer mit hohem Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt sowie großen Konzentrationen an grenzflächenaktiven Stoffen, beispielsweise für Jauche von Tierhaltungsbetrieben, vorgesehen.
  • Das Erfindungskonzept zur komplexen Abwasserreinigung umfaßt jedoch auch andere Vorrichtungen; ein Beispiel einer entsprechenden Weiterbildung ist in Fig. 2 dargestellt.
  • Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung besteht aus zwei Behältern; der Aktivierungsraum 5 weist dabei einen zylindrischen vertikalen Mantel 111 und der Denitrifikationsraum 6 einen zylindrischen vertikalen Mantel 1 auf. Im Denitrifikationsraum 6 ist im oberen - der Teil wiederum/Trennra'un 3 zur Fluidfiltration ausgebildet, der an den Auslaß 31 angeschlossen und vom Denitrifikationsraum 6 durch eine schräge Trennwand 2 abgetrennt ist, die vorzugsweise kegelförmig ausgebildet ist. Der Einlaß 8 des Aktivierungsgemischs in den Trennraum 3 wird durch einen ringförmigen Raum zwischen dem unteren äußeren Teil der schrägen Trennwand 2 und der gegenüberliegend angeordneten Trennwand 121 gebildet, in deren oberem Teil öffnungen 19 vorgesehen sind. Am unteren Rand der Trennwand 121 ist in Richtung nach unten der Schlammabfuhrkanal 13 angeschlossen, der in den unteren Teil des Denitrifikationsraums 6 hineinragt.
  • Mit dem Denitrifikationsraum 6 steht der Aktivierungsraum 5 in Verbindung, der im anschließenden Behälter, vorzugsweise ebenfalls mit einem zylindrischen Mantel 111, ausgebildet ist, wobei dieser Behälter neben dem Aktivierungsraum 5 angeordnet ist. Beide Behälter sind über die Abführungsleitung 113 für das Aktivierungsgemisch verbunden, die eine Pumpe 20, beispielsweise eine Mammutpumpe, aufweist, die direkt im Aktivierungsraum 5 vorgesehen ist. Der Aktivierungsraum 5 ist ferner mit Belüftungselementen 28 versehen, die mit einer (nicht dargestellten) Quelle für Druckluft verbunden sind. Er weist ferner einen Auslaß 119 auf, der am Regelüberlauf 54 angeschlossen ist, der seinerseits drei überläufe besitzt, von denen der erste an den Einlaß 8 zum Trennraum 3, der zweite an den Rezirkulationsumlauf 114, der in den Denitrifikationsraum 6 mündet, und der dritte an der Abführungsleitung 56 für überschüssigen Belebtschlamm angeschlossen sind. In den Rezirkulationsumlauf 114 mündet ferner auch die Rohwasserzuleitung 17. Diese Vorrichtung eignet sich insbesondere für stark verunreinigte Abwässer, beispielsweise für flüssige Abfälle aus Tierhaltungsbetrieben.
  • Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Die Reinigung von kohlenstoffhaltigen Substanzen bei gleichzeitiger Oxidation von Ammoniak findet im Aktivierungsraum 5 statt. Hier werden die organischen kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen des Abwassers unter Anwesenheit von Sauerstoff, der durch die Belüftungselemente 28 in das Aktivierungsgemisch gelangt, durch Mikroorganismen im Belebtschlamm abgebaut, wobei Ammoniak zu Nitraten oxidiert wird.
  • Durch den Auslaß 119 wird das Aktivierungsgemisch vom Aktivierungsraum 9 in den Regelüberlauf 54 abgeführt, wo der Strom des Aktivierungsgemischs in drei Teilströme aufgeteilt wird, und zwar in den Strom in die Abführungsleitung 115 für das Aktivierungsgemisch, die in den Einlaß 8 zum Trennraum 3 mündet, in den Rezirkulationsumlauf 114 sowie den Teilstrom in die Abführungsleitung 56 für überschüssigen Belebtschlamm. Das Aktivierungsgemisch tritt durch den Einlaß 8 in den. Trennraum 3 ein, in dem es in einer aufsteigenden Strömung durch Filtration des Belebtschlamms in einer fluiden Schicht zur Trennung von gereinigtem Wasser und Belebtschlamm kommt. Das gereinigte Wasser wird durch den Sammeltrog 29 gesammelt und durch den Auslaß 31 aus der Vorrichtung herausgeführt.
  • Die aufgefangenen Teilchen des Belebtschlamms koagulieren miteinander und sinken aufgrund der Schwerkraft in den unteren Teil des Trennraums 3, von wo sie durch den Schlammabfuhrkanal 13 in den unteren Teil des Denitrifikationsraums 6 gelangen. Das Aktivierungsgemisch gelangt vom Aktivierungsraum 5 durch den Rezirkulationsumlauf 114 in den oberen Teil des Denitrifikationsraums 5 zusammen mit dem Rohwasser, das durch die Rohwasserzuleitung 17 in den Regelüberlauf 54 gebracht wird. Im Denitrifikationsraum 6 herrschen anaerobe Bedingungen, unter denen die Denitrifikationsbakterien, die im Belebtschlamm vorliegen, die im Aktivierungsraum 5 entstandenen Nitrate zu gasförmigem Stickstoff reduzieren, der durch die Entlüftung 57 in die freie Atmosphäre austritt. Das Aktivierungsgemisch wird dann vom unteren Teil des Denitrifikationsraums 6 in den Aktivierungsraum 5 gebracht.
  • Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die in integrierter Monoblockform aufgebaut ist, ist in Fig. 3 dargestellt.
  • Bei dieser Ausführungsform umgibt der Behälter mit dem zylindrischen Mantel 111, der den aeroben Aktivierungsraum 5 mit ringförmiger freier Oberfläche 116 enthält, den Behälter mit dem vertikalen zylindrischen Mantel 1, der den anaeroben Denitrifikationsraum 6 und den Trennraum 3 beinhaltet. Neben der von den oben erläuterten Ausführungsformen abweichenden gegenseitigen Anordnung der beiden Behälter weist die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung ferner auch einige Abänderungen in der gegenseitigen Verbindung und der hydraulischen Anordnung im anaeroben Denitrifikationsraum 6 auf.
  • Der Auslaß 119 des Aktivierungsraums 5 wird bei dieser Ausführungsform durch die Druckleitung der Pumpe 21 gebildet, beispielsweise einer Mammutpumpe, deren Luftzufuhr 52 im Aktivierungsraum 5 angeordnet ist, in dem sich auch das pneumatische Belüftungssystem befindet, das aus dem Luftverteiler 60 und den Belüftungselementen 28 besteht.
  • Der Auslaß 119, dh die Druckleitung der Pumpe 21, mündet in den Regelüberlauf 54, in dem der Strom des Aktiverungsgemischs in drei Teilströme aufgeteilt wird.
  • Der eine Teilstrom wird durch die Abführungsleitung 115 des Aktivierungsgemischs in den Einlaß 8 gebracht und weiter durch den Einlaß 12, der durch die untere Kante 11 des Einlasses 8 und den gegenüberliegenden Teil der schrägen Trennwand 2 gebildet wird, in den Trennraum 3 geführt.
  • Der zweite Teilstrom des Aktivierungsgemischs wird durch den Rezirkulationsumlauf 114 geführt, der an die Rohwasserzuleitung 17 angeschlossen ist, und gelangt in den Schlammabfuhrkanal 13 und dadurch in den unteren Teil des Denitrifikationsraums 6.
  • Zur Abführung des dritten Teilstroms des Aktivierungsgemischs vom Regelüberlauf 54 dient die Abführungsleitung 56 für überschüssigen Belebtschlamm.
  • Im unteren Teil des Schlammabfuhrkanals 13 ist eine Erweiterung 14 vorgesehen, die mit dem gegenüberliegenden konischen Boden 40 einen Trennraum 15 bildet, in den der Schlammabführungskanal 13 durch eine tangentiale Mündung 18 herausgeführt ist. Der Trennraum 15 ist dabei mit dem Denitrifikationsraum 6 durch eine Passage 16 verbunden. Die Abführung des Aktivierungsgemischs vom anaeroben Denitrifikationsraum 6 erfolgt über die Durchlässe 49 im oberen Teil des Mantels 1, durch die dieser Raum im Spitzenbereich mit dem benachbarten aeroben Aktivierungsraum 5 in Verbindung steht; der Durchfluß des Aktivierungsgemischs im Denitrifikationsraum 6 erfolgt daher in Richtung von oben nach unten.
  • Der Trennraum 3 ist mit einem Entgasungskegel 9 versehen, zu dessen Entlüftung Entgasungsöffnungen 10 im Einlaß 8 zum Trennraum 3 dienen. An der Oberfläche 30 der Flüssigkeit im Trennraum 3 befindet sich ein Sammeltrog 13 mit einem Auslaß 31. Der Behälter mit dem zylindrischen Mantel 1 ist mit einem Deckel 26 versehen, der den Trennraum 3 abschließt. Der zylindrische Mantel 111 oberhalb der freien Oberfläche 116 im Aktivierungsraum 5 und oberhalb des Deckels 26 bildet bei dieser Vorrichtung den Schaumbeseitigungsraum 25 mit dem Schaumspiegel 118, in dem mechanische Schaumbrecher 117 angeordnet sind. Der Denitrifikationsraum 6 ist ferner mit einem Auslaß 101 versehen; der Aktivierungsraum 5 besitzt einen Auslaß 102.
  • Die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung arbeitet ähnlich wie die Vorrichtung von Fig. 1. Das Rohwasser gelangt über die Rohwasserzuleitung 17 in den Rezirkulationsumlauf 114, der in den Schlammabfuhrkanal 13 mündet, durch den gleichzeitig der Belebtschlamm, der im Trennraum 3 durch Fluidfiltration abgetrennt wurde, in den Aktivierungsprozeß rückgeführt wird.
  • Der Schlammabfuhrkanal 13 mündet in den Trennraum 15, wo durch die tangentiale Mündung 18 die erwünschte Rotationsbewegung der Suspension verursacht wird. Das Aktivierungsgemisch tritt durch die Passage 16 in den Denitrifikationsraum 6 ein und strömt in Richtung nach oben und gelangt über die Durchlässe 49 im vertikalen zylindrischen Mantel 1 in den Aktivierungsraum 5.
  • Der Strömungsquerschnitt (Durchfluß fläche) der Passage 16 beträgt 2 bis 2,5 % des Strömungsquerschnitts des Denitrifikationsraums 6; hierdurch werden optimale Bedingungen für eine vollkommene Fluidisierung des Belebtschlamms und damit auch günstige Bedingungen für die Denitrifikation gewährleistet.
  • Die Zirkulation zwischen dem Denitrifikationsraum 6 und dem Aktivierungsraum 5 wird durch die Pumpe 21,beispielsweise eine Mammutpumpe, sichergestellt, die das Aktivierungsgemisch in den Regelüberlauf 54 pumpt, der zur Aufteilung des Aktivierungsgemischs in drei Teilströme dient, und zwar, wie bereits angegeben, in einen Teilstrom, der in den Trennraum 3 gelangt, aus dem nach Abtrennung des Belebtschlamms durch Fluidfiltration das gereinigte Wasser über den Sammeltrog 29 abgenommen und über den Auslaß 31 abgeführt wird, ferner in den Teilstrom, der den Rezirkulationsumlauf 114 bildet, sowie den Teilstrom, der den überschüssigen Belebtschlamm durch die Abführungsleitung 56 aus der Reinigungsvorrichtung abführt.
  • Hierzu ist der Regelüberlauf 54 mit drei Überläufen ausgerüstet, von denen die Abfuhrleitung 115 für das Aktivierungsgemisch, der Regelumlauf 114 sowie die Abführungsleitung 56 für überschüssigen Belebtschlamm abgehen. Gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird bei dieser Vorrichtung das zirkulierende Aktivierungsgemisch nicht zur Zerstörung des Schaums durch Besprühen verwendet, da hierzu mechanische Schaumbrecher 117 herangezogen werden, durch deren Wirkung zusammen mit der Einwirkung der Schwerkraft auf den Schaum der Schaumspiegel 118 auf dem geforderten Niveau gehalten wird.
  • Die in Fig. 3 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Reinigung von Abwässern mit hohem Gehalt an kohlenstoffhaltigen und stickstoffhaltigen Substanzen sowie grenzflächenaktiven Stoffen bestimmt; durch ihre integrierte Ausführung eignet sie sich ferner insbesondere für kühlere Klimaten sowie für Fälle, in denen zur Schaumbeseitigung mechanische Schaumbrecher ausreichen, ohne daß ein Besprühen des Schaums erforderlich ist.
  • In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt; bei gleichem Grundkonzept liegt eine gegenübe#r den oben erläuterten Ausführungsformen abweichende Konstruktion vor. Bei der Vorrichtung von Fig. 4 umgibt der Behälter mit dem zylindrischen Mantel 111, der den Aktivierungsraum 5 enthält, den Behälter mit-dem vertikalen zylindrischen Mantel 1, der den Denitrifikationsraum 6 und den Trennraum 3 beinhaltet, wobei der Trennraum 3 die gesamte Fläche des Behälters mit dem Mantel 111 einnimmt, weshalb die schräge Trennwand 2 im Grundriß den Denitrifikationsraum 6 überragt und den Aktivierungsraum 5 überdeckt. Zur Zirkulation dient wiederum eine Pumpe 21, beispielsweise eine Mammutpumpe, mit einer Luftzufuhr 52, auf deren Druckseite, die den Auslaß 119 des Aktivierungsraums bildet, sich der Regelüberlauf 54 befindet, von dem die Abführungsleitung 115 für das Aktivierungsgemisch aus dem aeroben Aktivierungsraum 5 ausgeht und in den Einlaß 8 und damit auch den Trennraum 3 führt.
  • Am Regelüberlauf 54 ist ferner eine Abführungsleitung 56 für überschüssigen Belebtschlamm angeschlossen. Der Einlaß 12 in den Trennraum 3 wird durch die untere Kante 11 des Einlasses 8 und den gegenüberliegenden Teil der schrägen Trennwand 2 gebildet, die den Trennraum 3 von unten begrenzt.
  • Im Trennraum 3 ist der Entgasungskegel 9 angeordnet, der über die Entgasungsöffnungen 10 mit dem Einlaß 8 verbunden ist.
  • An der Oberfläche 30 der Flüssigkeit befindet sich der Sammeltrog 29, der mit dem Auslaß 31 verbunden ist. Der untere Teil des konischen Trennraums 3 ist über den Schlammabfuhrkanal 13 für den abgetrennten Belebtschlamm mit dem anaeroben Denitrifikationsraum 6 verbunden. Die Rohwasserzuleitung 17 mündet in den Schlammabfuhrkanal 13; unter der Mündung des Schlammabfuhrkanals 13 ist eine Blende 46 so angeordnet, daß sie die vertikale Projektion der Mündung des Schlammabfuhrkanals 13 überdeckt.
  • Die Abführung des Aktivierungsgemischs vom anaeroben Denitrifikationsraum 6 erfolgt zum Teil durch die unteren Durchlässe 50 im Mantel 1, die am Boden 40 angeordnet sind, und zum Teil durch die Durchlässe 49'im oberen Teil des Denitrifikationsraums 6, wobei der Durchfluß des Aktivierungsgemischs durch den anaeroben Denitrifikationsraum 6 im Bereich unter der Mündung des Schlammabfuhrkanals 13 für den abgetrennten Belebtschlamm von oben nach unten und im Bereich oberhalb der Mündung von unten nach oben gerichtet ist.
  • Der aerobe Aktivierungsraum 5 steht über die Entlüftung 57 mit der freien Atmosphäre in Verbindung.
  • Der Auslaß 102 dient zur Entwässerung der, gesamten Vorrichtung.
  • Die Arbeitsweise der Vorrichtung von Fig. 5 unterscheidet sich von der der oben erläuterten Vorrichtungen darin, daß kein Rezirkulationsumlauf 114 vorgesehen ist.
  • Die Pumpe 21, dh die Quelle für die zirkulierende Flüssigkeit, pumpt lediglich die Menge, die zur Zufuhr in den Trennraum 3 benötigt wird, wobei das Minimum das Zweifache der gesamten Zufuhrmenge in die Vorrichtung beträgt, was zur Abführung des abgetrennten Belebtschlamms ausreichend ist. In-diesem Fall entspricht die Zirkulationsintensität dem Wert 1. Dies würde zur Aufrechterhaltung des Belebtschlamms im anaeroben Denitrifikationsraum 6 unter den Bedingungen einer vollkommenen Fluidisierung nicht ausreichen; daher ist in diesem Raum wie bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung die Strömung von oben nach unten gewählt. Da in diesem Fall jedoch kein Rezirkulationsumlauf 114 vorliegt, der in der Vorrichtung von Fig. 1 in den oberen Teil des aeroben Aktivierungsraums 5 eingeführt ist, wäre ein Teil des anaeroben Denitrifikationsraums 6 oberhalb des Schlammabfuhrkanals 13 nicht ausgenützt; aus diesem Grund ist die Abführungsleitung 113 für das Aktivierungsgemisch vom anaeroben Denitrifikationsraum 6 sowohl unten durch untere Durchlässe 50 als auch oben durch die Durchlässe 49 vorgesehen. Beide Durchlässe haben die Form von Öffnungen im Mantel 1; durch entsprechend unterschiedliche Querschnitte kann der Durchfluß nach oben und nach unten im Verhältnis der Fassungsvermögen des anaeroben Denitrifikationsraums 6 unterhalb und oberhalb des Schlammabfuhrkanals 13 eingeteilt werden. Der Trennraum 13 überdeckt die gesamte Querschnittsfläche des Behälters mit dem Mantel 111; die Abführung der Luft, die durch das Belüftungssystem zugeführt wird, erfolgt über die Entlüftung 57.
  • Diese Vorrichtung eignet sich zur Reinigung von Abwässern mit kleinen Konzentrationen an kohlenstoffhaltigen und stickstoffhaltigen Substanzen und kleinen Mengen grenzflächenaktiver Stoffe sowie ohne Tendenz zur Schaumbildung, beispielsweise für Spülwässer aus der fleischverarbeitenden Industrie udgl.
  • Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind der Behälter, in dem sich der Denitrifikationsraum 6 und über dem sich der Trennraum 3 befinden, und der Behälter, in dem der Aktivierungsraum 5 vorgesehen ist, so angeordnet, daß der Behälter mit dem Denitrifikationsraum 6 im Behälter mit dem Aktivierungsraum 5 angeordnet ist. Die Anordnung der beiden Behälter ist dabei vorzugsweise koaxial, wobei die schräge Trennwand 2, die den Trennraum 3 abtrennt, den Denitrifikationsraum 6 überragt und auch den Aktivierungsraum 5 überdeckt.
  • Der Einlaß 8 des Aktivierungsgemischs in den Aktivierungsraum 5 wird durch den Raum zwischen dem unteren äußeren Teil der schrägen Trennwand 2 und der gegenüberliegenden Trennwand 121 gebildet, in deren oberem Teil öffnungen 115 vorgesehen sind. Am unteren Rand der Trennwand 121 ist der Schlammabfuhrkanal 13 angeordnet. Die Verbindung des Denitrifikationsraums 5 mit dem Aktivierungsraum 4 wird durch die Abführungsleitung 113 für das Aktivierungsgemisch gebildet, das unter den konischen Boden 90 geleitet wird, der mit öffnungen 123 versehen ist. Die Abführungsleitung 113 für das Aktivierungsgemisch ist im Aktivierungsraum 5 durch die Pumpe 122, beispielsweise eine Mammutpumpe, abgeschlossen. Der Denitrifikationsraum 6 ist im oberen T ,#urch den ist im oberen Teil Rezirkulationsumlauf 114 mit dem Aktivierungsraum 5 verbunden, in den die Rohwasserzuleitung 17 mündet. An der Spitze des Denitrifikationsraums 6 sind im Mantel 1 Entgasungsöffnungen 120 vorgesehen.
  • Der Aktivierungsraum 5 ist mit Belüftungselementen 28 ausgerüstet, die über den Luftverteiler 60 an eine (nicht dargestellte) Quelle für Druckluft angeschlossen sind. Im obersten Teil des Aktivierungsraums 5, der von oben durch die Trennwand 2 abgeschlossen ist, befindet sich die Entlüftung 57. Im Trennraum 3 sind ferner der Entgasungskegel 9 und der Sammeltrog 29 angeordnet, aus dem der Auslaß 31 für gereinigtes Wasser herausgeführt ist.
  • Diese Vorrichtung arbeitet wie folgt: Das rohe Abwasser gelangt durch die Rohwasserzuleitung 17 in den Rezirkulationsumlauf 114, der den Aktivierungsraum 5 mit dem Denitrifikationsraum 6 verbindet. Der Rezirkulationsumlauf weist im oberen Teil des Denitrifikationsraums 6 eine tangentielle Mündung auf, durch die das eintretende rezirkulierte Aktivierungsgemisch mit Rohwasser im Denitrifikationsraum 6 eine Rotationsbewegung ausführt. Das Aktivierungsgemisch, das in den Denitrifikationsraum 6 gelangt, enthält Nitrate, die bei der aeroben Aktivierung im Aktivierungsraum 5 parallel zum biologischen Abbau organischer Substanzen entstanden sind.
  • Unter Anwesenheit organischer Stoffe des zugeführten rohen Abwassers als Wasserstoffdonatoren läuft im Denitrifikationsraum 6 die Reduktion von Nitraten zu gasförmigem Stickstoff ab. Dieser Prozeß verläuft unter einer schraubenartigen Bewegung des Aktivierungsgemischs im Denitrifikationsraum 6 in Richtung nach unten. Der entstandene gasförmige Stickstoff geht durch die Entgasungsöffnungen 120 in den Aktivierungsraum 5 über und gelangt dann später durch die Entlüftung 57 in die freie Atmosphäre.
  • Die Abnahme des Aktivierungsgemischs vom Denitrifikationsraum 6 erfolgt in dessen unterem Teil über die Abführungsleitung 113 für das Aktivierungsgemisch, die in den Aktivierungsraum 5 geführt ist. Als Pumpe 122 ist eine Mammutpumpe verwendet. Zur regelmäßigen Abnahme des Aktivierungsgemischs vom Aktivierungsraum 5 sowie zur Verhinderung toter Winkel dient der konische Boden 40 mit den Öffnungen 123j unter denen die Abführungsleitung 113 einmündet.
  • Im Aktivierungsraum 5 verläuft unter Anwesenheit von gelöstem Sauerstoff, der durch das Belüftungssystem nachgeliefert wird, der biologische Abbau kohlenstoffhaltiger organischer Substanzen unter aerober Aktivierung bei erzwungener Oxidation von Ammoniak zu Nitraten, die, wie oben erläutert, durch Denitrifikation im Denitrifikationsraum 6 zu gasförmigem Stickstoff reduziert werden.
  • Die Wirksamkeit. der Nitratbeseitigung hängt von der Intensität der Zirkulation des Aktivierungsgemischs zwischen dem Aktivierungsraum und dem Denitrifikationsraum ab. Zur Erzielung dieser Zirkulation dient der Rezirkulationsumlauf 114; die Abführung des Aktivierungsgemischs erfolgt über die Abführungsleitung 113; sie kann über die der Mammutpumpe 122 zugeführte Luftmenge eingestellt werden.
  • Bei einer geringeren Verunreinigung des Abwassers mit stickstoffhaltigen Substanzen ist eine Zirkulationsintensität zwischen dem Aktivierungsraum 5 und dem Denitrifikationsraum 6 ausreichend, die dem zwei- bis neunfachen Zufluß in die Vorrichtung entspricht.
  • Für Abwässer mit höherer Konzentration an stickstoffhaltigen Substanzen ist zu einer wirksamen Nitratbeseitigung eine Zirkulation erforderlich, die sich durch Multiplikation des Zuflusses in die Vorrichtung mit einem zweistelligen Multiplikator-ergibt. Zur Abtrennung des Belebtschlamms vom gereinigten Wasser dient wieder die Fluidfiltration im Trennraum 3. Das Aktivierungsgemisch gelangt durch oeffnungen, die als Abführungsleitungen 115 für das Aktivierungsgemisch dienen, über den Einlaß 8 in den Trennraum 3. Am unteren Rand der schrägen Trennwand 2 kehrt der Strom des Aktivierungsgemischs nach oben um und gelangt in das Fluidfilter, in dem die Teilchen des Belebtschlamms vom gereinigten Wasser durch Filtration getrennt werden. Das Wasser, das an der unteren Kante der Trennwand 2 abgeschieden wird, an der der Wendepunkt der Strömung des aktivierten Gemischs vorliegt, werden im Entgasungskegel 9 abgefangen; das gereinigte Wasser, das vom Belebtschlamm befreit ist, wird über den Sammeltrog 29 abgenommen und durch den Auslaß 31 außerhalb der Anlage geführt.
  • Die abfiltrierten und koagulierten Teilchen des Belebtschlamms sinken aufgrund der SchwerkrafL in den unteren Teil des Trennraums 3 ab und gelangen weiter durch den Schlammabfuhrkanal 13 in den Denitrifikationsraum 6. Durch die hohe Wirksamkeit der Abtrennung des Belebtschlamms durch Fluidfiltration wird eine hohe Konzentration an Belebtschlamm bei der Reinigung und damit auch das erforderliche Alter des Schlamms erzielt, was für den.Ablauf der Nitrifikations- und Denitrifikationsprozesse, die durch entsprechende Mikroorganismen hervorgerufen werden, von besonderer Wichtigkeit ist, deren Wachstumsgeschwindigkeit erheblich niedriger ist als bei Mikroorganismen, die zum biologischen Abbau kohlenstoffhaltiger organischer Stoffe dienen.
  • Aus diesen Gründen muß das erforderliche Schlammalter sichergestellt sein, wenn es zur Vermehrung spezifischer Mikroorganismen zur Nitrifikation und Denitrifikation kommen soll. Die in Fig. 5 dargestellte Vorrichtung eignet sich insbesondere für weniger konzentrierte Abwasser, die vorzugsweise einen geringen Gehalt kohlenstoffhaltiger Verunreinigungen aufweisen.
  • Das erfindungsgemäße Vorrichtungskonzept führt zu zahlreichen Vorteilen. Gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen mit Abtrennung des Belebtschlamms durch Sedimentation und erzwungener Rückführung des abgetrennten Belebtschlamms werden bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhebliche technologische Verbesserungen erzielt, da erfindungsgemäß gegenüber Vorrichtungen mit Abtrennung der Suspension durch Sedimentation eine wesentlich höhere Belebtschlammkonzentration erzielt wird-, da die Stoffbelastung der Oberfläche des Fluidfilters zwei- bis dreimal höher ist als bei auf der Basis der Sedimentation arbeitenden Vorrichtungen. Die-Erzielung einer höheren Konzentration an Be-lebtschlamm im Verhältnis der Effektivität beider Trennprozesse ist für Nitrifikations- und Denitrifikationsvorgänge von besonderer Wichtigkeit, da die Intensität dieser Vorgänge von der Menge an Mikroorganismen für die Nitrifikation und Denitrifikation in der Biozönose des Belebtschlamms abhängt. Da die Kulturen, die stickstoffhaltige Substanzen abbauen, eine etwa um eine Größenordnung langsamere Vermehrungsgeschwindigkeit aufweisen als Kulturen von Mikroorganismen, die kohlenstoffhaltige organische Stoffe biologisch abbauen, hängt ein entsprechender Anteil an Mikroorganismen für Nitrifikations- und Denitrifikationsprozesse vom Alter des Belebtschlamms ab, das von der Konzentration des Belebtschlamms im Prozeß abhängig ist. Die Anwendung der Fluidfiltration zur Abtrennung stickstoffhaltiger Substanzen aus Abwässern führt daher zu einer wesentlichen Intensivierung der Abwasserreinigung.
  • Gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen, bei denen die Fluidfiltration zur Abwasserreinigung von kohlenstoffhaltige#n Substanzen gleichzeitig mit stickstoffhaltigen Substanzen herangezogen wird, wobei der abgetrennte Belebtschlamm in den aeroben Aktivierungsraum zurückkehrt, wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch die direkte Rückführung in den anaeroben Denitrifikationsraum auch eine höhere Belebtschlammkonzentration erzielt.
  • Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Vorrichtungskonzepts besteht in der Möglichkeit der Ausbildung eines großen Schaumbeseitigungsraums oberhalb der freien Oberfläche im aeroben Aktivierungsraum mit der Möglichkeit der Schaumzerstörung durch Besprühen oder durch mechanische Einwirkung aufgrund der Schwerkraft. Dies ist bei Abwässern mit großer Schaumbildungstendenz bei hohen Gehalten an grenzflächenaktiven Mitteln, beispielsweise. bei Abwässern aus Tierzuchtanlagen, von großer Bedeutung.
  • Ferner werden hierdurch weitere technologische Vorteile erzielt, da eine wirksame Schaumzerstörung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung den Einsatz pneumatischer Belüftungssysteme erlaubt. Pneumatische Belüftungssysteme tragen zwar im Gegensatz zu mechanischen Oberflächenbelüftungssystem nicht zur Zerstörung des entstehenden Schaums bei, sondern führen eher zur Schaumbildung, jedoch beruht ihr großer Vorteil darauf, daß das Aktivierungsgemisch nicht abgekühlt wird, wie dies bei mechanischen Belüftungssystemen der Fall ist. Dies trägt wiederum in entscheidendem Maße zur Aufrechterhaltung optimaler Bedingungen bei den Nitrifikations- und Denitrifikationsprozessen bei, bei denen die Temperatur des Aktivierungsgemischs nicht unter 13 OC absinken soll, da es unterhalb dieses Werts bereits zu einer merklichen Verlangsamung der Reinigungsprozesse kommt, so daß das Aktivierungsgemisch beispielsweise während der kalten Jahreszeit beim Absinken der Temperatur unterhalb dieses Werf erwärmt werden muß. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann insbesondere bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 eine solche Wärmebilanz erzielt werden, daß nicht einmal bei strengem Frost bis -30 0C dem System Wärme in irgendeiner Form zugeführt werden muß, was wiederum zu erheblichen Energieeinsparungen führt. So lassen sich beispielsweise auf dieser Basis bei einer Abwasserreinigungsanlage für Abwässer aus Schweinezuchtbetrieben von etwa 15.000 Schweinen bis zu 100.000 kcal/h einsparen.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Vorrichtungskonzepts -liegt in der hohen Effektivität bei der Beseitigung stickstoffhaltiger Substanzen, die durch den Rezirkulationsumlauf einstellbar ist.
  • Neben diesen technologischen Vorteilen führt die Erfindung auch zu erheblichen konstruktiven Vorteilen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann allgemein einfach aufgebaut werden und ist hinsichtlich unterschiedlicher Kapazitäten sowie bei wechselnden Verunreinigungen bezüglich kohlenstoffhaltiger, stickstoffhaltiger bzw grenzflächenaktiver Substanzen sehr flexibel. Deshalb kann unter Beibehaltung des Grundkonzepts# durch teilweise Veränderung der hydraulischen Anordnung sowie durch Veränderung des Fassungsvermögens der einzelnen funktionellen Räume die Vorrichtung der Art des jeweiligen Abwassers angepaßt werden. Hierdurch sind Vorrichtungen zugänglich, die sich innerhalb eines weiten Bereichs verschieden zusammengesetzter Abwässer, beispielsweise von Spülwässern bis zu konzentrierten Abwässern aus Tierhaltungsbetrieben, einsetzen lassen.
  • Der vertikale Aufbau der Behälter eignet sich vorteilhaft sowohl für die aerobe Aktivierung unter dem Gesichtspunkt des verwendeten pneumatischen Bedie lüftungssystems als auch für/anaerobe Denitrifikation, da hierdurch eine Strömung im Denitrifikationsraum möglich ist, die keine mechanische Mischung erfordert, wie sie bei herkömmlichen Systemen eingesetzt werden muß. Die Verbindung des Trennraums mit dem -anaeroben Denitrifikationsraum, in dem die intensive Zirkulationsströmung nicht durch Belüftung hervorgerufen ist, vereinfacht ferner das hydraulische System der Abtrennung gegenüber bisher bekannten Systemen, bei denen das abgetrennte aktivierte Gemisch in den aeroben Aktivierungsraum rückgeführt wird.
  • Bei der erfindungwemäßenintegrierten Monoblockanordnung kommt zu den oben angegebenen Vorteilen noch die Einfachheit der gegenseitigen Verschaltung sowie die minimale äußere Mantelfläche hinzu, die zu einer günstigen Wärmebilanz des Prozesses beiträgt. Die zylindrischen Behälterformen ermöglichen ferner eine einfache Fertigung und Montage.
  • Aufgrund ihrer Einfachheit und ihrer breiten Flexibilität für unterschiedlichste Abwasserzusammensetzungen und die erzielbare hohe Intensität der Reinigungsprozesse, die zu kleinen Apparatedimensionen und einer hohen Effektivität bei der Abwasserreinigung führen, stellt die erfindungsgemäße Vorrichtung einen neue, durch hohe Nutzungsparameter gekennzeichnete Apparatekonzeption dar, die es erlaubt, die immer höher werdenden Anforderungen an die Qualität des gereinigten Wassers in einem breiten Umfang auf wirtschaftliche Weise zu erfüllen, Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt entsprechend eine neue Generation von Wasserreinigungsvorrichtungen dar.

Claims (19)

  1. Ansprüche 1. Vorrichtung zur biologischen Reinigung kohlenstoff- und stickstoffhaltiger Abwässer durch anaerobe Denitrifikation, aerobe Aktivierung und Nitrifikation mit einem einheitlichen Belebtschlamm, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß (A) im oberen Teil des Denitrifikationsraums (6), der an die Rohwasserzuleitung (17) angeschlossen ist, ein Trennraum (3) zur Fluidfiltration innerhalb des gleichen Behälters vorgesehen ist, der mit dem Auslaß (31) für gereinigtes Wasser verbunden, vom Denitrifikationsraum (6) durch eine schräge Trennwand (2) abgetrennt und mit dem Denitrifikationsraum (6) über einen Schlammabfuhrkanal (13) verbunden ist, und (B) mit dem Denitrifikationsraum (6) ein Aktivierungsraum (5) verbunden ist, der in einem weiteren Becken angeordnet und mit Belüftungselementen (28) versehen und mit einem Auslaß verbunden ist, der mit dem Einlaß (8) zum Trennraum (3) in Verbindung steht.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Denitrifikationsraum (6) einen vertikalen zylindrischen Mantel (1) aufweist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennraum (3) durch eine kegelförmig ausgebildete Trennwand (2) vom Denitrifikationsraum (6) getrennt ist.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivierungsraum (5) einen zylindrischen Mantel (111) aufweist.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Becken, in dem der Denitrifikationsraum (6) vorgesehen ist, oberhalb dessen sich der Trennraum (3) befindet, in dem Becken angeordnet ist, in dem sich der Aktivierungsraum (5) befindet.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Becken, in dem der Denitrifikationsraum (6) vorgesehen ist, und das Becken, in dem der Aktivierungsraum (5) vorgesehen ist, koaxial angeordnet sind und eine schräge Trennwand (2) den Denitrifikationsraum (6) überragt und den Aktivierungsraum (5) abdeckt.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlammabfuhrkanal(13) aus einem Rohr besteht, das am unteren Rand der schrägen Trennwand (2) nach unten vorgesehen ist.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber der Mündung des Schlammabfuhrkanals (13) eine Blende (46) vorgesehen ist.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlammabfuhrkanal (13) bis in den unteren Teil des Denitrifikationsraums (6) geführt ist.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlammabfuhrkanal (13) durch eine tangentiale Mündung (18) abgeschlossen ist, die im Trennraum (15) zwischen einer Erweiterung (14) und dem gegenüberliegenden Ende eines konischen Bodens (40) angeordnet ist.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (8) für das Aktivierungsgemisch im Trennraum (3) in Form eines vertikalen Rohrs angeordnet ist, dessen unterer Rand bis in den unteren Teil des Trennraums (3) hineinragt und das durch eine Abführungsleitung (115) für das Aktivierungsgemisch an den Auslaß (119) des Aktivierungsraums (5) und einen Regelüberlauf (54) angeschlossen ist.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (8) als vertikales Rohr ausgebildet ist, das koaxial zur Achse des Beckens verläuft.
  13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Einlaß (8) des Aktivierungsgemischs die Rohwasserzuleitung (17) angeordnet ist, deren Mündung in den Schlammabfuhrkanal (13) hineinragt.
  14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (8) des Aktivierungsgemischs im Raum zwischen dem unteren äußeren Teil der schrägen Trennwand (2) und der gegenüberliegend angeordneten Trennwand (121) vorgesehen ist, in deren oberem Teil öffnungen vorgesehen sind, die die Abführungsleitung (115) des Aktivierungsgemischs bilden, wobei am unteren Rand der Trennwand (121) der Schlammabfuhrkanal (13) vorgesehen ist.
  15. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Denitrifikationsraum (6) mit dem Aktivierungsraum (5) durch die Abführungsleitung (113) des Aktivierungsgemischs mit einer Pumpe (20) und einer Druckleitung (23) verbunden ist, deren Düse (24) in den Aktivierungsraum (5) führt.
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (24) über der freien Oberfläche (116) des Aktivierungsgemischs in den Aktivierungsraum (5) führt.
  17. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Denitrifikationsraum (6) mit dem Aktivierungsraum (5) über Durchlässe (49), die im oberen Teil des vertikalen zylindrischen Mantels (1) vorgesehen sind, bzw auch mit unteren Durchlässen (50), die im unteren Teil des vertikalen zylindrischen Mantels (1) vorgesehen sind, verbunden ist.
  18. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Denitrifikationsraum (6) mit dem Aktivierungsraum (5) durch eine Abführungsleitung (113) verbunden ist, die unter dem konischen Boden (40) vorgesehen ist, der Öffnungen (123) aufweist, wobei die Abführungsleitung (113) im Aktivierungsraum (5) mit einer Mammutpumpe (122) abgeschlossen ist.
  19. 19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivierungsraum (5) mit dem Denitrifikationsraum (6) entweder direkt oder über einen Regelüberfall (56) bzw durch einen Teil des Stroms durch die Abführungsleitung (115) und den Schlammabfuhrkanal (13) mit dem Rezirkulationsumlauf (114) verbunden ist.
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