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Vorrichtung zur biologischen Reinigung kohlen-
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Erfindungsgemäß kann ferner die Rohwasserzuleitung in der Zuleitung
des Aktivierungsgemischs angeordnet sein, deren Mündung in den Schlammabfuhrkanal
hineinragt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das Erfindungskonzept zur komplexen Abwasserreinigung umfaßt jedoch
auch andere Vorrichtungen; ein Beispiel einer entsprechenden Weiterbildung ist in
Fig. 2 dargestellt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die
in integrierter Monoblockform aufgebaut ist, ist in Fig. 3 dargestellt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zur Abführung des dritten Teilstroms des Aktivierungsgemischs vom
Regelüberlauf 54 dient die Abführungsleitung 56 für überschüssigen Belebtschlamm.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Im Trennraum 3 ist der Entgasungskegel 9 angeordnet, der über die
Entgasungsöffnungen 10 mit dem Einlaß 8 verbunden ist.
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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.
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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.
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Der aerobe Aktivierungsraum 5 steht über die Entlüftung 57 mit der
freien Atmosphäre in Verbindung.
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Der Auslaß 102 dient zur Entwässerung der, gesamten Vorrichtung.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung von Fig. 5 unterscheidet sich von
der der oben erläuterten Vorrichtungen darin, daß kein Rezirkulationsumlauf 114
vorgesehen ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Vorrichtungskonzepts -liegt
in der hohen Effektivität bei der Beseitigung stickstoffhaltiger Substanzen, die
durch den Rezirkulationsumlauf einstellbar ist.
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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.
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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.
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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.
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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.