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Verfahren zur biologischen Reinigung von insbesondere Abwasser
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur biologischen Reinigung
von über ein Vorklärbecken in ein Belebungsbecken eingebrachtem Abwasser, wobei
die Vorklärung mittels bei der Entspannung von zuvor unter Druck weitgehend gasgesättigter
Flüssigkeit auftretender Sauerstoff aufweisender Gasblasen erfolgt, sowie auf eine
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Die biologische Reinigung von Abwasser beruht auf der Fähigkeit von
aerob lebenden Bakterien, organische Verbindungen abzubauen. Diese biologische Reinigung
erfolgt in sogenannten Belebungsbecken, in denen normalerweise das Abwasser mittels
Druckluft fein- oder grobblasig belüftet wird. Dabei wird Sauerstoff im Abwasser
gelöst, so daß sich für die Mikroorganismen möglichst günstige Lebensbedingungen
einstellen.
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Dem Belebungsbecken ist normalerweise ein Vorklärbecken vorgeschaltet,
in dem absetz- und aufschwimmfähige Schmutzstoffe aus dem Abwasser entfernt werden.
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Die Vorklärung kann auch mittels Flotation erfolgen. Dabei wird das
Vorklärbecken (zusätzlich zum Abwasser) mit Wasser beschickt, welches zuvor unter
Druck weitgehend gasgesättigt worden ist. Dieses
Wasser wird "Blasenwasser"
genannt. Sobald eine Entspannung dieses Blasenwassers in dem Vorklärbecken erfolgt,
entstehen feinste Blasen, die sich an die im Abwasser enthaltenen schwer oder nicht
absetzbaren bzw. aufschwimmbaren Teilchen anlagern und diese aufschwemmen. Die Flotation
erfüllt demzufolge bei der Vorklärung ausschließlich physikalische Aufgaben.
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Bei bekannten Belebtschlammanlagen wird das Abwasser von dem Vorklärbecken
in das Belebungsbecken über offene Kanäle und Rinnen geführt, die in den oberen
Randbereichen der Becken angeordnet sind.
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Da die Flüssigkeit bei der Überführung nicht unter Druck steht, wird
diese dabei entgast.
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Es gibt auch Belebtschlammanlagen, bei denen die einzelnen Becken
konzentrisch zueinander angeordnet sind. Die Überführung der Flüssigkeit von einem
Becken zum anderen erfolgt dabei gleichfalls -im Bereich der Flüssigkeitsoberfläche.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs
genannten Art derart auszubilden, daß eine intensive biologische Reinigung in energiesparender
Weise abläuft.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nicht nur der
Sauerstoff des nach der Entspannung noch völlig gasgesättigten Blasenwassers sondern
auch der beim Entstehen der Gasblasen im Vorklärbecken in der Flüssigkeit gelöste
Sauerstoff optimal zur biologischen Abwasserreinigung im Belebungsbecken verwendet
wird.
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Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag nutzt man erstmals nicht nur
die physikalischen Eigenschaften der Flotation aus. Vielmehr macht man von dem Umstand
gebrauch, daß nicht nur das Blasenwasser völlig sauerstoffgesättigt ist, sondern
daß auch an der außerordentlich großen Berührungsfläche der unendlich vielen winzigen
Blasen
(Durchmesser zum Beispiel nur 0,05 mm) mit dem praktisch
sauerstofflosen Abwasser ein Großteil des Sauerstoffs im Abwasser gelöst wird.
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Sodann wird dieses gelösten Sauerstoff aufweisende Abwasser möglichst
unmittelbar in das Belebungsbecken geleitet, um den Sauerstoff zur biologischen
Reinigung zu nutzen. Mit anderen Worten wird die Flotation zur Sauerstoffversorgung
der Biozönose verwertet. Man trennt demzufolge durch den erfindungsgemäßen Vorschlag
nicht mehr die (mechanische) Vorklärung von der (biologischen) Reinigung. Die Vorklärung
und die biologische Reinigung werden demzufolge als ein Prozeß behandelt, ohne daß
notwendigerweise das Vorklärbecken und das Belüftungsbecken eine Einheit bilden
müssen. Vielmehr ist entscheidend, daß das den Sauerstoff aufweisende Abwasser von
dem Vorklärbecken in das Belebungsbecken unter Druck abgegeben werden kann, damit
eine Entgasung nicht erfolgt. Zu diesem Zweck können vorteilhafterweise Löcher in
der Trennwand oder kurze Leitungen oder ähnliches im Bodenbereich der Becken angeordnet
sein, so daß das Abwasser beim Übergang vom Vorklärbecken in das Belebungsbecken
einem Druck ausgesetzt bleibt, der der Flüssigkeitssäule des jeweiligen Beckens
entspricht. Die Anordnung aus Vorklärbecken und Belebungsbecken kann demzufolge
mit kommunizierenden Röhren verglichen werden.
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Dem Belebungsbecken ist ein Nachklärbecken nachgeschaltet, in dem
Belebtschlamm vom gereinigten Abwasser abgetrennt wird. Dies kann zum Beispiel auch
durch Flotation erfolgen. Ein Teil dieses Belebtschlammes wird sodann als Rücklaufschlamm
in das Belüftungsbecken zurückgefördert, damit dort die für den Abbau benötigte
Biomasse und die daraus resultierende Feststoffbelastung aufrechterhalten werden
kann. Der weitere im Nachklärbecken anfallende Schlamm wird als Überschußschlamm
entfernt und aufgearbeitet.
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Bei der Rückführung von Belebtschlamm vom Flotations-Nachklärbecken
zum Belebungsbecken kann das Problem auftreten, daß der Schlamm
nicht
flockig genug ist, da insbesondere der bei der Flotation an der Oberfläche des Nachklärbeckens
angesammelte Schlamm stark verdichtet und damit fest wird. Wird ein derartiger Schlamm
als biologischer Rücklaufschlamm benutzt, so wird der biologische Abbau der organischen
Substanzen des Abwassers im Belebungsbecken im- Vergleich mit einer Verwendung von
flockigem Rücklaufschlamm verschlechtert. Daher wird nach einem weiteren Merkmal
der erfindungsgemäßen Lehre vorgeschlagen, daß der Rücklaufschlamm aus dem Nachklärbecken
unterhalb des Flüssigkeitsspiegels entnommen und in das Belebungsbecken zurückgeführt
wird. Der Entnahmeort kann dabei durch Untersuchung und Vergleich der jeweiligen
Schlammqualität eingestellt werden, so daß der Rücklaufschlamm stets die gewünschte
Konsistenz und den gewünschten Charakter aufweist.
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Um die optimale biologische Reinigung im Belebungsbecken durchzuführen,
wird der Belebtschlamm vorzugsweise in demjenigen Bereich in das Belebungsbecken
eingeführt, wo das von dem Vorklärbecken stammende gelösten Sauerstoff aufweisende
Abwasser eingeleitet wird.
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Ausgestaltungen der Erfindung sind den Ansprüchen zu entnehmen.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen
Lehre ergeben sich aus der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.
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In der einzigen Figur ist rein schematisch eine Belebtschlammanlage
10 dargestellt, die aus einem Vorklärbecken 12, einem Belebungsbecken 14 sowie einem
Nachklärbecken 16 zusammengesetzt ist. Ist im Ausführungsbeispiel die Belebtschlammanlage
10 hinsichtlich der Becken als Einheit ausgebildet, so können diese selbstverständlich
auch zueinander räumlich beabstandet sein.
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Da die Vorklärung mittels Flotation erfolgt, wird zumindest ein Teil
des dem Vorklärbecken 12 zuzuführenden Abwassers oder ein rückgeführter Teil des
gereinigten Abwassers oder eine entsprechende Menge Fremdwasser unter Druck weitgehend
gasgesättigt, um als Blasenwasser über eine Leitung 18 oder 20 dem Vorklärbecken
12 zugeführt zu werden, wo es entspannt wird, so daß feinste Bläschen entstehen.
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Zu der Flotation selbst ist zu bemerken, daß diese zum Beispiel hinreichend
in der DE-AS 28 35 709 oder DE-AS 11 37 997 beschrieben ist, so daß insoweit auf
diese verwiesen wird. Aber auch andere Flotationsverfahren können verwendet werden.
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Das dem Vorklärbecken 12 zuströmende weitgehend gasgesättigte Blasenwasser
wird nun im Bereich der Beckenwandung entspannt, so daß die erwünschten Blasen entstehen,
die Durchmesser von zum Beispiel 0,05 mm aufweisen. Diese Blasen können sich nun
an die Schmutzstoffe anlagern, so daß diese aufgeschwemmt werden. Man nutzt also
im Vorklärbecken ausschließlich die physikalischen Eigenschaften der Flotation aus.
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Um eine gewisse Turbulenz und eine gute Vermischung der Flotationsblasen
mit dem Abwasser sowie zugleich eine größere Verweilzeit der Blasen im Vorklärbecken
zu erreichen, kann im Bereich der Auslaßöffnung der Leitung 20 eine Prallplatte
22 angeordnet werden, deren Lage bzw. Winkel in Bezug auf die Flüssigkeitsoberfläche
im gewünschten Umfang variiert werden kann.
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Die bei der Entspannung der Flüssigkeit entstehenden winzigen Flotationsblasen
bieten den sie umgebenden Abwasser eine außerordentlich große Berührungsfläche an.
Dies bedingt, daß ein Großteil des in den Blasen enthaltenen Sauerstoffs im Abwasser
gelöst wird. Wird nach
dem Stand der Technik gelöster Sauerstoff
durch Entgasen freigesetzt, indem das Abwasser aus dem Vorklärbecken 12 im Bereich
seines Flüssigkeitsspiegels und über offene Kanäle und Rinnen in das Belebungsbecken
14 geleitet wird, so wird nach der erfindungsgemäßen Lehre vorgeschlagen, daß das
mit gelöstem Sauerstoff angereicherte Abwasser möglichst umgehend von dem Vorklärbecken
12 in das Belebungsbecken 14 gelangt, wobei das Abwasser unter Druck steht, damit
eine unerwünschte Entgasung nicht erfolgt. Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen, daß
die Becken 12 und 14 im Bodenbereich einen Durchgang 24 aufweisen. Sind dagegen
die Becken 12 und 14 räumlich zueinander beabstandet, so kann die Verbindung durch
im Bodenbereich vorhandene Rohre erfolgen. Im Belebungsbecken wird der gelöste Sauerstoff
für die Mikroorganismen, die die biologische Reinigung bewirken, benötigt.
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Um dem in dem Belebungsbecken 14 vorhandenen Abwasser hinreichend
Sauerstoff für die Mikroorganismen zur Verfügung zu stellen, sind zusätzlich Belüfter
26 vorgesehen, die im Ausführungsbeispiel Plattenbelüfter 26 sind. Alternativ dazu
können selbstverständlich Belüfterkerzen oder ähnliches vorgesehen werden, über
die Druckluft in das Belebungsbecken 14 fein- oder grobblasig eingebracht wird.
Da jedoch über das von dem Vorklärbecken 12 in das Belebungsbecken 14 gelangende
Abwasser Sauerstoff mitgeführt wird, kann demzufolge die biologische Reinigung effizienter
erfolgen, so daß über die Belüfter 26 weniger Druckluft bzw. Sauerstoff eingebracht
werden muß. Durch die erfindungsgemäße Lehre erfolgt demzufolge die biologische
Reinigung unter besonders günstigen energiesparenden Bedingungen.
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Von dem Belebungsbecken 14 gelangt das Abwasser in das Nachklärbecken
16, in dem das gereinigte Wasser vom Belebtschlamm abgetrennt wird. Diese Abtrennung
bzw. Abscheidung erfolgt nach dem Ausführungsbeisp-iel gleichfalls durch Flotation.
Demzufolge strömt zum
Beispiel über einen Abzweig der Leitung 20
gasgesättigte Flüssigkeit in das Nachklärbecken 16, wo es entspannt wird. Die gleichfalls
dabei entstehenden Blasen bewirken die physikalische Trennung zwischen gereinigtem
Abwasser und Schlamm.
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Der sich in dem Nachklärbecken 16 absetzende Belebtschlamm wird nun
größtenteils in das Belebungsbecken 14 zurückgepumpt, damit dort die für den Abbau
benötigte Biomasse und die daraus resultierende Feststoffbelastung aufrechterhalten
werden kann. Der übrige Schlamm wird als Überschußschlamm abgezogen und aufgearbeitet.
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Damit jedoch der zurückzuführende Belebtschlamm für die Mikroorganismen
günstige Bedingungen liefert, so daß eine gute biologische Reinigung erfolgt, muß
der Rücklaufschlamm flockig sein. Durch die Flotation bedingt ist jedoch gerade
der Schlamm im Oberflächenbereich sehr dicht. Ein solch dichter Schlamm ist jedoch
nicht besonders gut zur Rückführung in das Belebungsbecken 14 und für seine Verwendung
dort wenig geeignet. Es wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß über eine
rein schematisch dargestellte Entnahmevorrichtung 28 unterhalb der Wasseroberfläche
Rücklaufschlamm abgezogen wird, der noch die gewünschte flockige Konsistenz besitzt.
Von der Entnahmevorrichtung 28 wird über eine Leitung 30 der Rücklaufschlamm in
das Belebungsbecken 14 geführt. Dabei erfolgt die Abgabe über zum Beispiel eine
Öffnung 32 vorzugsweise in dem Bereich, in dem das gelösten Sauerstoff aufweisende
Abwasser aus dem Vorklärbecken 12 eingeleitet wird.
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Damit über die Entnahmevorrichtung 28 Rücklaufschlamm von gewünschter
Struktur entnommen wird, ist sie höhenverstellbar ausgebildet. Dabei kann durch
nicht dargestellte Sensoren stets der im Nachklärbecken aufgeschwemmte Schlamm hinsichtlich
zum Beispiel
seines Feststoffgehalts überprüft werden, um in Abhängigkeit
von dessen Werten die Lage der Entnahmevorrichtung 28 einzustellen. Die Förderung
des Rücklaufschlamms erfolgt über nicht dargestellte Einrichtungen.
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Durch die erfindungsgemäße Lehre nutzt man demzufolge erstmalig in
einer Belebtschlammanlage nicht nur die physikalischen Vorteile der Flotation, sondern
auch ihre chemischen aus, um sowohl den nach der Entspannung noch in gesättigter
Lösung bleibenden als auch den über die sehr große Kontaktfläche zwischen Blasen
und Abwasser gelösten Sauerstoff so vollständig wie möglich der biologischen Abwasserreinigung
im Belüftungsbecken zur Verfügung zu stellen.
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