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Anordnung zum biologischen Reinigen von Wasser
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum biologischen Wasserreinigen
mit einem Behälter, in dem ein Aktivationsraum und wenigstens ein Abscheideraum
angeordnet sind, der vom Aktivationsraum durch wenigstens eine geneigte, z. B.
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konische Wand getrennt ist, an deren unteren Teil ein Rückkehrkanal
anschließt, der in Draufsicht durch einen Blasenfänger überdeckt wird und der den
Abscheideraum mit dem Aktivationsraum verbindet.
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Zum biologischen Wasserreinigen werden mehr und mehr kompakte Anordnungen
angewendet, die den Aktivationsvorgang des biologischen Reinigens mit dem folgenden
Abscheiden des entstandenen aktivierten Schlammes in einem gemeinsamen, jedoch im
Inneren geteilten Behälter vereinigen, wobei für das Abscheiden das System des fluiden
Filtrierens angewendet wird. Allgemein stellt das fluide Filtrieren in der Technologie
des biologischen Wasserreinigens einen wesentlichen Fortschritt dar. An manchen
Anordnungen dieser Art zeigen sich jedoch unter gewissen Bedingungen Nachteile,
die die Ergebnisse des Wasserreinigens herabsetzen oder die Kapazität der Anordnung
verringern bzw höhere Ansprüche an die Wartung aufweisen.
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Diese Nachteile zeigen sich vor allem durch ein Erhöhen des Gehaltes
unlösbarer Stoffe am Austritt der Anordnung und zwar insbesondere beim Reinigen
konzentrierter Abwässer. Es hat sich gezeigt, daß diese Mängel in manchen Fällen
durch eine ungenügende Wirkungsweise des Überführens der Aktivationsmischung aus
dem Aktivationsraum in den Abscheideraum entstehen. An den erwähnten Anordnungen
ist der Abscheideraum vom Aktivationsraum durch wenigstens eine geneigte Trennwand
getrennt, unter deren Teil durch eine weitere eingeschaltete Wand ein Überströmkanal
gebildet wird, der für ein Überströmen der Aktivationsmischung aus dem Aktivationsraum
in den Abscheideraum derart dient, daß bei diesem Überströmen der Abscheideraum
vom intensiven Strömen im Aktivationsraum genügend abgeschirmt ist und die abgeführte
Mischung im Abscheideraum gleichförmig verteilt wird.
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Eine weitere Funktion des Überströmkanals ist ein Entgasen der Aktivationsmischung,
die in den Abscheideraum eintritt.
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Bei aerobem biologischem Wasserreinigen wird die Aktivationsmischung
durch Stickstoff übersättigt, da bei sehr intensiver Belüftung, die für eine genügende
Zufuhr von Sauerstoff nötig ist, und bei größerer Tiefe des Belüftungssystems im
Aktivationsraum praktisch eine Menge des gelösten Stickstoffes erreicht wird, die
durch den Druck bestimmt ist, der der Höhe des Eintauchens des Belüftungssystems
entspricht.
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Deswegen ist dann bei der Anordnung des Abscheideraumes oberhalb
des Aktivationsraumes die Aktivationsmischung im Abscheideraum übersättigt, so daß
es zu einem Abscheiden von Stickstoff auch im Abscheideraum kommt, was unerwünscht
ist.
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Bei anaerobem biologischem Wasserreinigen mit Erzeugung von Biogas
ist das Wasser ähnlich durch erzeugte Gase, z. B.
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Methan und Kohlendioxid, übersättigt. Falls die mit Gas übersättigte
Aktivationsmischung in den Abscheideraum kommt, scheidet sich an der Oberfläche
abgeschiedener Schlammteilchen das übersättigte Gas ab, und deshalb flotiert ein
Teil des aktivierten Schlamms im Abscheideraum. Die Flotation des Schlamms führt
beim Abscheiden zu einem unerwünschten Mitnehmen des ausflotierten Schlamms in den
Abzug des Reinwassers.
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An bestehenden Anordnungen ist bei höherem Übersättigen durch Gase
das Entgasen nicht genügend wirksam, was sich durch das erwähnte Erhöhen des Gehalts
ungelöster Stoffe im Abzug des Reinwassers äußert, das dann natürlich auch sekundär
die Parameter des gereinigten Wassers, in Einheiten BSK5 und CHSK ausgedrückt, verschlechtert.
Diese Verschlechterung der Güte des Wassers kann sogar Werte mehr als dreifacher
Größe erreichen, als ohne den störenden Einfluß der Flotation des Schlamms erzielbar
ist.
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Das erwähnte unerwünschte Mitnehmen von Schlamm verschlechtert nicht
nur die Güte des gereinigten Wassers, sondern es setzt die Konzentration des aktivierten
Schlammes in der Aktivation und so auch den eigenen Wirkungsgrad herab. Ein anderer
Nachteil der erwähnten Anordnungen ist die schwere Zugänglichkeit des Überströmkanals,
wo während des Betriebs der Anordnung dessen Reinigen oder Regeln nicht ermöglicht
wird.
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Deshalb entsteht bei zufälligem Verstopfen eines Teils des Überströmkanals
eine Störung der Gleichförmigkeit des Verteilens der zugeführten Mischung in den
Abscheideraum, wodurch eine Störung der gewünschten Strömung im Abscheideraum entsteht,
die zu einem Austragen des Schlamms aus dem Abscheideraum in den Abzug und so gleichfalls
zu einer Erhöhung der
Menge unlösbarer Stoffe im gereinigten Wasser
führt. Die Unmöglichkeit eines Regelns der Durchflußgröße durch den Überströmkanal
während des Betriebs erschwert dann wesentlich eine Anwendung mancher Arten wirksamer
Belüftungssysteme.
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Ein weiterer Nachteil der beschriebenen Anordnungen ist ein Kreuzen
des Stroms der Aktivationsmischung, die in den Abscheideraum eintritt, mit dem Strom
des abgeschiedenen Schlamms, der aus dem Abscheideraum in den Aktivationsraum kommt,
was wegen des Dämpfens der Rückkehr des abgeschiedenen Schlamms den maximalen Wert
der Oberflächenbelastung durch Stoffe beim Abscheiden und so die Leistung der ganzen
Anordnung beschränkt.
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Ein weiterer Nachteil bestehender Anordnungen ist auch die Abhängigkeit
des Strömens im Abscheideraum vom Strömen im Aktivationsraum, was gleichfalls die
Möglichkeit der Anwendung verschiedener Arten von Belüftungssystemen in den Anordnungen
beschränkt. In bestehenden bekannten Anordnungen ist das Strömen im Abscheideraum
wesentlich durch ein vertikales Strömen im Aktivationsraum bedingt, das die Treibkraft
für den Durchfluß der Aktivationsmischung und die Rückkehr des konzentrierten aktivierten
Schlamms durch Druckunterschied am Eintritt und Austritt zum bzw vom Abscheideraum
bildet. Das erschwert das Anwenden sehr wirksamer Belüftungssysteme, die ein wesentlich
horizontales Strömen im Aktivationsraum erzeugen, insbesondere bei größeren Höhen
der Anordnung.
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Eine eingelegte Wand in bekannten Anordnungen, die mit einer geneigten
Trennwand einen Überströmkanal bildet, ist wegen ihrer Abmessungen materialaufwendig,
und deren Montage ist verhältnismäßig schwierig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ine Anordnung
der
eingangs genannten Art so zu verbessern, daß sie einen höheren Wirkungsgrad hat
und reineres Wasser liefert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Abscheideraum
oberhalb der geneigten Trennwand wenigstens ein Überströmkanal angeordnet ist, dessen
oberer Teil mit dessen Eintritt an den oberen Teil des Aktivationsraums angeschlossen
ist, in welchem ein Begasungs- und/oder Mischsystem angeordnet ist, wobei der untere
Teil des Überströmkanals im unteren Teil des Abscheideraums mit seiner Mündung endet.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Größe des Durchflußquerschnitts
des Überströmkanals sich gegen dessen Mündung vergrößert.
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Bei einer vereinfachten Konstruktion ist der Überströmkanal direkt
an der geneigten Trennwand vorgesehen.
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Vom Standpunkt einer guten Funktion und Wirkungsweise der Anordnung
ist es vorteilhaft, die Überströmkanäle gegenüber der vertikalen Behälterachse symmetrisch
und deren Zahl ungerade anzuordnen.
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Ein leichtes Einstellen, ein leichter Zugang und eine leichte Montage
werden dadurch erzielt, daß der Eintritt der Überströmkanäle in der Höhe des Niveaus
im Aktivationsraum liegt und ein Regelelement enthält, das z.B. direkt am Eintritt
als einstellbarer Überlauf ausgebildet ist, wobei der Überströmkanal ggf. bis oberhalb
des Niveaus im Abscheideraum reicht, wo er mit einer Öffnung versehen ist.
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Zur Verbesserung der Funktion trägt auch bei, falls die Ebene der
Fläche, die durch die Mündung des Überströmkanals bestimmt ist, vertikal ist.
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Zur besseren Entgasung und zum Verhüten des Entstehens der Flotation
ist im oberen Teil des Aktivationsraums vor dem Eintritt in die Überströmkanäle
eine Entgasungseinlage, z.B. ein Rost vorgeschaltet.
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Gute Parameter der Anordnung werden dadurch erzielt, daß die Summe
der Größen der Durchflußquerschnitte am Eintritt der Überströmkanäle 0,05 % bis
2 % der Größe der Fläche der Oberfläche im Abscheideraum und die Summe der Größen
der Durchflußflächen der Mündungen dieser Kanäle 4 % bis 12 % der Oberfläche im
Abscheideraum betragen.
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Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anordnung sind in der
Zeichnung schematisch dargestellt; darin zeigen: Fig. 1: einen vertikalen Axialschnitt
einer Anordnung mit einem Abscheideraum und mehreren Überströmkanälen; Fig. 2: die
Anordnung nach Fig. 1 in Draufsicht; Fig. 3: eine Anordnung in vertikalem Axialschnitt
mit mehr Abscheideräumen, die mehrere Überströmkanäle enthalten; Fig. 4: eine Draufsicht
der Anordnung nach Fig. 3 und Fig. 5: einen axialen Vertikalschnitt einer Anordnung,
die zum anaeroben Reinigen stark verschmutzter Abwässer geeignet ist.
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Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung ist zum aeroben Aktivationsreinigen
von Wasser geeignet. Die Anordnung ist vom sogenannten Monoblocktyp, der einen bekannten
Aktivationsraum 1 zum Aktivieren und einen gleichfalls bekannten Abscheideraum 2
zum
fluiden Abscheiden in einem einzigen, im gegebenen Fall vertikalen zylindrischen
Behälter enthält, der einen Mantel 3 und einen Boden 4 besitzt. Der Abscheideraum
2 ist vom Aktivationsraum 1 durch eine geneigte Trennwand 5 getrennt, die im gegebenen
Fall trichterförmig ist und in ihrem unteren Teil in einen Rückkehrkanal 6 übergeht,
der z. B. durch einen zylindrischen Mantel 7 gebildet wird, der an den unteren Rand
der geneigten Wand 5 anschließt.
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Der Rückkehrkanal 6 mündet in den Aktivationsraum 1 oberhalb des
Bodens 4. Im Abscheideraum 2 sind an der Trennwand 5 Überströmkanäle 9 angeordnet.
Diese Überströmkanäle 9 haben einen Durchflußquerschnitt, der z. B. kreisförmig
ist, der sich nach unten vergrößert, haben an ihrem oberen Teil einen Eintritt 10,
der an den Aktivationsraum 1 in dessen oberem Teil, und zwar vorteilhaft in der
Höhe des Niveaus 11, angeschlossen ist, und enden mit einer Mündung 12, die im Abscheideraum
2 oberhalb der Höhe des unteren Endes 8 der geneigten Trennwand 5 endet, wobei die
Ebene der Fläche der Mündung 12 des Überströmkanals 9 vorteilhaft vertikal ist.
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Die Höhe des freien Niveaus 11 ist sowohl für die Flüssigkeit im
Aktivationsraum 1 als auch im Abscheideraum 2 gemeinsam. Die Mündungen 12 der Überströmkanäle
9 und der Rückkehrkanal 6 sind in vertikaler Draufsicht durch einen Blasenfänger
13 überdeckt, der durch einen konischen Mantel 14 gebildet wird, der in seinem oberen
Teil in einen zylindrischen Ansatz 15 übergeht, der bis oberhalb des Niveaus 11
reicht, unterhalb dessen ein Abzug 16 des ausflotierten Schlamms vorgesehen ist,
der an eine mit einem Verschluß 18 versehene Schlammabfuhr 17 angeschlossen ist.
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Die Eintritte 10 der Überströmkanäle 9 sind mit Regelelementen,
z.
B. in Form einstellbarer Überläufe 19, zum Regeln der Größe des Durchflußquerschnitts
des Eintritts 10 versehen.
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Die Überströmkanäle 9 reichen vorteilhaft bis oberhalb des Niveaus
11 im Aktivationsraum 1 und enden hier mit Öffnungen 20, die einen leichten Zugang
der Bedienung zu den einstellbaren Überläufen 19 und in den ganzen Überströmkanal
9 ermöglichen.
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Die Zahl der Überströmkanäle kann unterschiedlich sein.
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Bei der gezeigten Anordnung sind sechs vorgesehen. Eine ungerade Zahl
der Überströmkanäle 9 ist jedoch vorteilhafter, wo deren Mündungen 12 sich nicht
direkt gegenüber gegenüberliegenden Mündungen 12 befinden.
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Im oberen Teil des Abscheideraums 2 ist ein Sammelkranz 21 des gereinigten
Wassers mit Sammelöffnungen 22 angeordnet, der dicht unterhalb des Niveaus 11 liegt,
einen Abzug des gereinigten Wassers unterhalb des Niveaus bildet und über eine Abfuhr
23 an einen Regelüberlauf 24 mit einem Abzug 33 angeschlossen ist. Den Eintritten
10 der Überströmkanäle 9 sind vorteilhaft im oberen Teil des Aktivationsraums 1
Entgasungselemente 25, im gegebenen Fall in Form eines Rostes, vorgeschaltet.
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Im oberen Teil des Aktivationsraums 1 mündet die Zufuhr 26 des Rohwassers.
Im Boden 4 mündet eine Rohrleitung 27 der Entleerungsvorrichtung. Der Aktivationsraum
1 ist mit einem bekannten Begasungssystem, im gegebenen Fall einem Belüftungssystem,
bestehend aus einem Luftverteiler 28 und Belüftungselementen 29, versehen.
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Im oberen Teil des Aktivationsraums 1 oberhalb des Niveaus 11 steht
der Aktivationsraum 1 mit der freien
Atmosphäre durch Kamine 30
in Verbindung. Am Niveau 11 des Aktivationsraums 1 ist ein regelbarer Überlauf 31
mit einem einstellbaren Ring 34 zum Abzug des überschüssigen Schlamms angeordnet,
der an eine Abfuhrleitung 32 angeschlossen ist.
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Eine Anordnung zum anaeroben Reinigen konzentrierter Abwässer mit
Erzeugung eines Biogases, die nicht dargestellt ist, ist gleich der eben beschriebenen
Anordnung, die in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, mit dem Unterschied, daß der Aktivationsraum
1 nicht durch Luft belüftet wird, sondern durch Biogas gemischt wird. Bei dieser
Modifikation der Anordnung ist es möglich, zum Verteilen des Biogases in der Aktivationsmischung
das oben erwähnte Begasgungssystem anzuwenden, das an einen nicht dargestellten
Lüfter angeschlossen ist, dessen Saugseite an Kamine 30 angeschlossen ist. Das Mischen
kann durch geeignete mechanische Mittel gesichert werden, und es ist die nötige
Erwärmung vorzusehen.
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Die beschriebene Anordnung arbeitet folgendermaßen: Das Rohwasser
wird in einen Sammelbehälter 40 zugeführt, von wo es durch eine Pumpe 37 über die
Druckleitung 26 in den Aktivationsraum 1 gepumpt wird.
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Bei einer Ausführung zum Aktivationsreinigen von Abwasser wird die
Aktivationsmischung im Aktivationsraum 1 intensiv durch das beschriebene Begasungssystem
belüftet, das durch einen Verteiler 28 und Begasungselemente 29 gebildet wird, wodurch
ein intensives Strömen der Aktivationsmischung in vertikaler Richtung erzeugt wird.
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Beim Reinigen konzentrierter Abwasser, wo ein sehr großes Volumen
des Aktivationsraums 1 erforderlich ist, erreicht
die Höhe der
Säule in diesem Raum auch mehr als 10 m. Bei intensivem Belüften der Aktivationsmischung,
was für ein Erzielen der nötigen Menge von Sauerstoff benötigt wird, wird in der
Aktivationsmischung ein Zustand der Sättigung durch Gase, vor allem durch Stickstoff,
ggf. auch durch erzeugtes C02 erreicht, der dem Druck im unteren Teil des Aktivationsraums
1 entspricht.
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Vor dem Eintritt in die Überströmkanäle 9 fließt die Aktivationsmischung
über die Eintritte 10 und Entgasgungseinlagen 25, wo durch Druckänderungen, die
durch Änderungen der Geschwindigkeit des Strömens verursacht werden, ein Abscheiden
von überschüssigem gelösten Gas eintritt, wodurch die Übersättigung der Aktivationsmischung
durch Gase herabgesetzt wird.
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Die für das Belüften der Aktivationsmischung verwendete Luft wird
aus dem geschlossenen Aktivationsraum 1 über die Kamine 30 abgeführt, die oberhalb
des Niveaus 11 angeordnet sind. Die Eintritte 10 der Überströmkanäle 9 sind, wie
schon erwähnt, in der Höhe des Niveaus 11 vorgesehen. Die Größe der Durchflußmenge
der Aktivationsmischung durch die Überströmkanäle 9 wird durch Einstellen der Größe
des Durchflußquerschnitts am Eintritt 10 einerseits mittels des einstellbaren Überlaufs
19, andererseits durch die Höhe des Niveaus 11 geregelt, was durch den einstellbaren
Regelüberlauf 24 am Abzug 23 des gereinigten Wassers vom Sammelkranz 21 geschieht.
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Das Regeln des Durchflusses über die Überströmkanäle 9 mittels Änderung
der Höhe des Niveaus 11 im Aktivationsraum 1 durch den Regelüberlauf 24 kann bei
einem in Fig. 1 dargestellten Belüftungssystem angewendet werden.
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Einstellbare Überläufe 19 können zum Regeln des Durchflusses
in
einzelnen Überströmkanälen 9 im Fall eines sogenannten unsymmetrischen Belüftungssystems,
wie z. B. mittels eines Injektors 35 angewendet werden, der an der Ausführung gemäß
Fig. 3 und 4 vorgesehen ist und später beschrieben wird. Der optimale Durchfluß
über die Überströmkanäle 9 beträgt die doppelte bis dreifache Menge des gereinigten
Wassers. Ein Verringern oder Vergrößern dieses Durchflusses setzt den Wirkungsgrad
des Abscheidens herab, und es ist deshalb ein richtiges Einstellen eines optimalen
Durchflusses über die Überströmkanäle 9 für die Wirkungsweise der Anordnung wichtig.
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Die beschriebene erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht einen leichten
Zugang der Bedienung zu den Eintritten 10 der Überströmkanäle 9 und deren Regeln
auch während des Betriebs, was ein Einstellen der optimalen Wirkungsweise während
des Betriebs wesentlich erleichtert.
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Das freie Niveau 11 der Aktivation und die einstellbaren Überläufe
19 an den Eintritten 10 der Überströmkanäle 9 tragen zum Abscheiden des Gasüberschusses
mittels Durchflusses über die Überläufe 19 - und so zu einem Beseitigen der Übersättigung
der Aktivationsmischung bei, die in den Abscheideraum 2 eintritt.
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Durch intensive Turbulenz im Raum oberhalb der Entgasungselemente
25, die durch das Strömen der Luft zum Belüften der Aktivationsmischung entsteht,
werden Gasteilchen, die während des Entgasungsvorgangs abgeschieden werden, von
den Schlammteilchen abgetrennt, wodurch ein Haften von Gasblasen an der Oberfläche
der Schlammteilehen verhütet wird und der Schlamm keine Tendenz zur Flotation hat.
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Die Aktivationsmischung tritt über die Überströmkanäle 9
in
den unteren Teil des Abscheideraums 2 ein, und bei der Änderung der Strömungsrichtung
an den Mündungen 12 der Überströmkanäle 9 in Richtung nach oben kommt es nochmals
zu einer örtlichen Beschleunigung des Strömens mit der Möglichkeit eines Abscheidens
von Gasen, die in der Aktivationsmischung verblieben sind.
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Beim Durchfluß der Aktivationsmischung durch den Abscheideraum 2 kommt
es zu einem Abscheiden des aktivierten Schlamms vom gereinigten Wasser durch Filtrieren
in der fluiden Filterschicht. Das gereinigte Wasser fließt über den Sammelkranz
21, über die Abfuhr 23 und den Regelüberlauf 24 ab.
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Der im Abscheideraum 2 aufgehaltene aktivierte Schlamm bildet eine
fluide Filterschicht, die durch Filtrieren den weiteren aktivierten Schlamm aufhält,
der in den Abscheideraum 2 eintritt. Infolge des Erweiterns des Durchflußquerschnitts
im Abscheideraum 2 in Richtung nach oben sind die Strömungslinien des Wassers im
Aktivationsraum 2 von einer Vertikalen in Richtung gegen die Trennwand 5 geneigt,
was -zusammen mit Wirkung der Schwerkräfte auf die fluide Schicht -zu einer fortlaufenden
Bewegung der Teilchen der fluiden Schicht gegen die Trennwand 5 und zu einem Verdichten
der fluiden Schicht an dieser geneigten Trennwand 5 führt.
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Infolge dieses Verdichtens entstehen entlang der geneigten Trennwand
5 sinkende dickflüssige Ströme des konzentrierten aktivierten Schlamms. Diese dickflüssigen
Ströme fließen entlang der geneigten Trennwand 5 neben den Überströmkanälen 9 bis
in den Rückkehrkanal 6 herab, wobei sie während dieses Strömens noch weiter verdichtet
werden.
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Infolge des beschriebenen Herabfließens dieser dickflüssigen Ströme
aus dem Abscheideraum 2 unter das Niveau der Mündungen 12 der Überströmkanäle 9
wird eber die Aktivationsmischung, die über die Überströmkanäle 9 zufließt,
gemäß
dem Gesetz der Kontinuität genötigt, nach oben in den Abscheideraum 2 zu fließen,
wie oben erwähnt wurde.
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Infolge der oben erwähnten Ausführung der Anordnung sind diese beiden
Strömungsarten genügend ausgeprägt gesondert.
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Über den Rückkehrkanal 6 fließen dann die erwähnten dickflüssigen
Ströme des aktivierten Schlamms zurück in den Aktivationsraum 1. Durch den Unterschied
der Dichte der zufließenden Aktivationsmischung und des abfließenden abgeschiedenen
Schlamms entsteht durch Wirkung der Schwerkraft eine Kraft, die zusammen mit dem
Durchfluß des gereinigten Wassers durch die ganze Anordnung das beschriebene Strömen
verursacht. Die Geschwindigkeit des Strömens der Aktivationsmischung in den Überströmkanälen
9 wird dabei durch diese Kraft und durch die Größe des Durchflußquerschnitts der
einzelnen Überläufe 19 bestimmt.
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Für verschiedene Arten von Abwässern ist jeweils eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit
der Aktivationsmischung in den Überströmkanälen 9 optimal. Bei einer niedrigeren
als dieser optimalen Geschwindigkeit ist die erzielbare Grenze der Konzentration
des aktivierten Schlamms im Aktivationsraum 1 niedriger als die optimale Konzentration.
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Bei einer höheren als dieser Optimalgeschwindigkeit beginnen sich
Störungen des Fluidisierens der Filterschicht zu zeigen, die durch induziertes Strömen
verursacht werden, was ein unerwünschtes Entweichen der Suspension in den Abzug
des Reinwassers verursacht. Deshalb ist die Möglichkeit eines leichten Einstellens
des optimalen Strömens mittels des einstellbaren Überlaufs 19 für ein Erzielen einer
maximalen Leistung der Anordnung bei gegebenen Bedingungen vorteilhaft. Da für ein
Erzielen des benötigten
Strömens in den Überströmkanälen 2, im
Abscheideraum 2 und im Rückkehrkanal 6 gemäß dem oben beschriebenen Mechanismus
nur der Durchfluß des gereinigten Wassers durch die Anordnung und die Wirkung der
dickflüssigen Ströme aus dem Abscheideraum 2 genügen, ist keine Kraft nötig, die
an den Eintritten 10 in die Überströmkanäle 9 und am Austritt aus dem Rückkehrkanal
6 wirken müßte. Die Abscheidefunktion ist somit nicht an das Strömen im Abscheideraum
2 gebunden, das nur durch die Bedingung beschränkt ist, keine Kraft zu bilden, die
gegen die Strömungsrichtung in den und aus dem Abscheideraum 2 wirken würde. Infolgedessen
ist es möglich, im Aktivationsraum 1 verschiedene Begasungsvorgänge mit verschiedener
Strömungsart anzuwenden.
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Für ein Erfassen all fällig ausflotierten Schlamms -der durch Abscheiden
von Gasteilchen an der Oberfläche von Teilchen des aktivierten Schlamms beim Durchfluß
der Aktivationsmischung über die Mündungen 12 der Überströmkanäle 9 entstehen könnte
- dient ein Blasenfänger 13.
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Der ausflotierte Schlamm wird im Blasenfänger 13 aus dessen oberem
Teil durch den Abzug 16 des ausflotierten Schlamms abgeführt, dessen obere Kante
sich unterhalb der Höhe des Niveaus 11 im Aktivationsraum 1 befindet, und beim Öffnen
des Verschlusses 18 fließt der ausflotierte Schlamm unter Druck der Wassersäule
oberhalb der Kante des Abzugs 16 nach außerhalb der Anordnung.
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Durch das beschriebene Entgasen der Aktivationsmischung und Erfassen
des ausflotierten Schlamms wird die Tendenz zur Flotation des Schlamms im Abscheideraum
2 auf das Niveau des gereinigten Wassers wesentlich begrenzt. Durch den Abzug des
gereinigten Wassers unter der Oberfläche mittels eines getauchten Sammelkranzes
21 wird so fast ganz ein Entweichen des ausflotierten Schlamms in den
Abzug
des gereinigten Wassers verhütet. Der überschüssige aktivierte Schalmm wird über
einen regelbaren Überlauf 31 entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich abgezogen.
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Ein Ergebnis der beschriebenen Anordnung ist ein Herabsetzen des
Entweichens der Suspension des aktivierten Schlamms in den Abzug des gereinigten
Wassers auf ein Minimum, was sich ausdrücklich in der Güte des gereinigten Wassers
äußert, insbesondere was ungelöste Stoffe in Werten BSK5 und CHSK betrifft. Da der
Wirkungsgrad der fluiden Filtration, soweit es sich um ein Beseitigen ungelöster
Stoffe handelt, falls die störenden Einflüsse der Flotation beseitigt sind, sehr
hoch ist, kann durch die beschriebene Lösung ein hoher Wirkungsgrad erzielt werden.
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Dieser Effekt zeigt sich vor allem beim Reinigen stark konzentrierter
Abwässer in besonders hohen turmförmigen Apparaten mit großer Höhe des Aktivationsraums,
wo ein Übersättigen der Aktivationsmischung am Niveau des Abscheideraums groß ist
und wo die Flotation wegen Abscheidens der Gase derartige Werte erreichen würde,
daß das Entweichen des aktivierten Schlamms dessen Konzentration im Aktivationsraum
1 herabsetzen und so den eigenen Reinigungsvorgang wesentlich beschränken würde.
Die erfindungsgemäße Ausführung hat somit nicht nur eine Bedeutung für die Güte
des gereinigten Wassers, sondern auch für die Möglichkeit einer Anwendung turmförmiger
Anordnungen, die in vielen Fällen sehr vorteilhaft sind, da sie wenig bauplatzaufwendig
sind und ihr Energiebedarf dank des erhöhten Wirkungsgrads des Sauerstoffeintragungsvermögens
bei größeren Höhen des Aktivationsraums 1 herabgesetzt ist, wo der minimale Energiebedarf
bei einer Höhe des Aktivationsraums 1 von etwa 15 m vorliegt.
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Der Wirkungsgrad beim fluiden Filtrieren ist, wie schon
erwähnt
wurde, außer von der Unterdrückung des Flotationseffektes auch von der Gleichförmigkeit
des Strömens im fluiden Filter und von der Intensität der Rückkehr des aufgegangenen
aktivierten Schlamms aus dem Abscheideraum 2 zurück in den Aktivationsraum 1 abhängig.
Die Überströmkanäle 9 sichern die Gleichförmigkeit der Zufuhr der Aktivationsmischung
in den Abscheideraum 2 dadurch, daß sich ihr Durchflußquerschnitt in Richtung vom
Eintritt 10 zur Mündung 12 erweitert, so daß sich die Strömungsgeschwindigkeit dieser
Mischung fortlaufend verkleinert, und die genügende Größe des Durchflußquerschnitts
der Mündungen 12 sichert ein Herabsetzen der Strömungsgeschwindigkeit der Mischung
so weit, daß im fluiden Filter im Abscheideraum 2 aus dem Aktivationsraum 1 keine
störenden Strömungen induziert werden, die das Niveau des fluiden Filters erreichen
und dessen Wirkung beeinträchtigen würden, was sich durch ein Erhöhen des Entweichens
der Suspension äußern würde. Zur Gleichförmigkeit des Strömens der Aktivationsmischung
in den Abscheideraum 2 trägt auch die erwähnte ungerade Zahl der Überströmkanäle
9 dadurch bei, daß sie eine Stirnbegegnung zweier gegeneinander gerichteter Ströme
aus zwei gegenüberliegenden Überströmkanälen 9 verhindert, was bei einer geraden
Zahl der Fall wäre, wo bei einer Stirnbegegnung eine größere Neigung für ein Entstehen
eines induzierten Strömens im Abscheideraum 2 vorliegt.
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Als Beispiel einer Berechnung des Strömens und der Kräfte im Abscheideraum
2 wird die folgende konkrete Berechnung angeführt.
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Es wird vorausgesetzt, daß sich im Aktivationsraum 1 der aktivierte
Schlamm mit einem Schlamm index 50 mol 1 mit einer Konzentration von 10 kg Schlammtrockensubstanz
je m3 befindet. Ferner wird ein Verdichten des über
den Rückkehrkanal
6 in den Aktivationsraum 1 zurückgeführten Schlamms etif 15 kg Schlernmtrockensubstanz
je m3 vorausgesetzt, was ein durch den Schlammindex bestimmtes Maximum darstellt.
Der Druckunterschied zwischen dem Eintritt 10 in den Überströskanal 9 und dem Austritt
aus dem Rückkehrkanal 6, den 1 m dieser Säule bildet, beträgt 49 Newton/m2.
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Für eine Gesamthöhe dieser Säule von z. B. 2 m ist der Druckunterschied
98 Newton/m2. Dieser Druckunterschied erzeugt gemäß der Strömungsgleichung von Bernoulli
ein Strömen mit einer Geschwindigkeit von 0,44 m/s. Für diese Geschwindigkeit müssen
die Regelüberläufe, die einstellbaren Überläufe 19 eingestellt werden.
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Falls die Wasserzufuhr Q m3/s beträgt, ist bei stabilisierten Bedingungen
auch der Abzug des gereinigten Wassers aus dem Abscheideraum 2 gleich; unter der
Voraussetzung, daß bei stabilisierten Bedingungen die gleiche Menge des Schlamms,
die in den Abscheideraurn 2 zugeführt wird, in den Aktivationsraum 1 zurückgeführt
wird, beträgt der Durchfluß über den Rückkehrkanal 6 bei gegebenen Werten 20, so
daß der Gesamtzufluß über die Überströmkanäle 9 30 beträgt.
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Unter der Voraussetzung, daß die Geschwindigkeit des Abzugs des Wassers
am Niveau des Abscheideraums 0,2 mm/s beträgt, muß dann, um an den einstellbaren
Überläufen 19 eine Geschwindigkeit von 0,44 m/s zu erzielen, der Gesamtdurchflußquerschnitt
der einstellbaren Überläufe 19 0,136 % der Größe der Abscheidefläche gleich sein.
Um eine Bildung induzierter Ströme im Abscheideraum 2 zu verhüten, muß die wirkliche
Strömungsgeschwindigkeit an den Austritten 12 der Überströmkanäle 9 kleiner als
0,01 m/s sein. Dem entspricht ein Durchflußquerschnitt der Mündungen 12 von mehr
als 6 % der Größe der Abscheidefläche des Niveaus im Abscheideraum 2.
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Die erwähnte Rechnung ist lediglich ein Beispiel, das die Wirkungsweise
der ganzen Anordnung konkret darlegen soll. Bei unterschiedlichen Bedingungen und
für verschiedene Arten des Wassers werden die Eintrittwerte für die Berechnung begreiflicherweise
unterschiedlich sein. Allgemein können jedoch Grenzen bestimmt werden, innerhalb
welcher kritische Werte der Abmessungen sein werden, um eine richtige Wirkungsweise
zu sichern. Diese Werte betragen für den Gesamtdurchflußquerschnitt des Regelelements
19 0,05 % bis 2 % der Größe der Fläche des Niveaus im Abscheideraum 2, und für den
Durchflußquerschnitt der Mündungen 12 der Überströmkanäle 9 beträgt sie 4 % bis
12 % der Größe der Fläche des Niveaus im Abscheideraum 2.
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Eine ähnliche Wirkungsweise besitzt auch die an Hand von Fig. 1 und
2 beschriebene Anordnung zum anaeroben Wasserreinigen mit Erzeugung von Biogas.
Bei dieser Modifikation wird kein Belüften angewendet, sondern in den Aktivationsraum
1 wird ein beim anaeroben Reinigungsvorgang erzeugtes Biogas zugeführt. Die Zufuhr
von Biogas hat die Aufgabe, den aktivierten Schlamm in einem Zustand der Suspension
zu erhalten. Das erzeugte und eingetriebene Biogas wird dann über die Kamine 30
in einen nicht dargestellten Vorratsbehälter geleitet. Zum Einführen von Biogas
kann dasselbe System der Verteilung wie für den aeroben Vorgang, d.h. der Verteiler
28 und die Begasungselemente 29, den nicht dargestellten Lüfter inbegriffen, der
an den erwähnten Vorratsbehälter des Biogases angeschlossen ist, angewendet werden.
In diesem Fall beseitigt die Entgasungseinlage 25 vor dem Eintritt 10 in den Überströmkanal
9 Methan und C02. Sonst ist die Wirkungsweise der Anordnung - bis auf den unterschiedlichen
Vorgang - wesentlich gleich wie beim aeroben Vorgang.
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Fig. 3 und 4 zeigen eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen
Anordnung, die vor allem zum aeroben Reinigen von Abwässern bei größeren Kapazitäten
geeignet ist. Zwei Unterschiede gegenüber der in Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnung
sind die Anwendung von mehr als einem Abscheideraum 2 mit einem gemeinsamen Aktivationsraum
1 in einer Anordnung und die Anwendung eines anderen Belüftungssystems.
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Bei der dargestellten Anordnung sind sieben Abscheideräume 2 vorgesehen,
die in einem Behälter mit einem Mantel 3 angeordnet sind. Die Gestaltung der Abscheideräume
2 ist gleich der Gestaltung des Abscheideraums 2 gemäß Fig. 1 und 2.
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Im Unterschied zur Anordnung nach Fig. 1 und 2 ist jedoch das Niveau
11 zwischen den einzelnen Abscheideräumen 2 mit der freien Atmosphäre in Verbindung.
Da deshalb die Fläche des Niveaus 11 im Aktivationsraum 1 hier sehr groß ist, ist
das Entgasen der Aktivationsmischung an diesem Niveau genügend, und es ist nicht
unbedingt notwendig, Entgasungseinlagen 25 vor den Eintritten 10 in die Überströmkanäle
9 anzuordnen. Da der Aktivationsraum 1 nicht geschlossen ist, sind keine Kamine
30 nötig. Sonst ist die Anordnung in nicht beschriebenen Teilen gleich wie die Anordnung
im ersten Fall, d.h. gemäß Fig. 1 und 2.
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Das Begasungssystem, das die Funktion einer hydraulischen Belüftung
besitzt, wird durch Injektoren 35 gebildet, die einerseits an eine Druckleitung
36 des Rohwassers, andererseits an Luftzufuhren 38 angeschlossen sind, die oberhalb
des Niveaus 11 enden.
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Die Injektoren 35 sind im unteren Teil des Aktivationsraums 1 in
bekannten Venturirohren 39 außerhalb der vertikalen Achse der Anordnung derart angeordnet,
daß während des Betriebs ein intensives schraubenförmiges steigendes
Strömen
der belüfteten Aktivationsmischung mit lokalem Luftentweichen am Niveau der Aktivationsmischung
zustandekommt.
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Ein bekannter Schwimmeranzeiger 43 in einem Sammelbehälter 40 steuert
ein Ventil 45 eines Überströmrohrs 46 zwecks Beibehaltens der Höhe des Niveaus 44
im Sammelbehärter 40.
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DIe in Fig. 3 und 4 dargestellte Anordnung arbeitet folgendermaßen.
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Das Rohwasser fließt nach Durchgang durch eine mechanische Vorreinigungsvorrichtung
über die Zufuhr 26 in den Sammelbehälter 40. Eine Pumpe 37 pumpt das Abwasser über
die Druckleitung 36 in den Injektor 35, wo das zugeführte Wasser mit Luft gemischt
wird, die über die Zufuhr 38 angesaugt wird.
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Das angewendete Belüftungssystem belüftet nicht nur die Aktivationsmischung
im Aktivationsraum I, sondern bringt sie gleichzeitig in Bewegung, was zum Sichern
des Suspendierens des aktivierten Schlamms und zur Homogenisierung des ganzen Inhalts
des Aktivationsraums l ausgenützt wird. Am vorteilhaftesten ist es, dem hydraulischen
Belüftungsaggregat eine Richtung einzustellen, wie in Fig. 3 und 4 angedeutet ist,
wo eine kreisende Bewegung im Aktivationsraum 1 erzielt wird.
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Zum Beheben des Einflusses eines lokalen Durchbruchs der belüfteten
Aktivationsmischung am Niveau 11 auf das Strömen in den Überströmkanälen 9 ist es
möglich, ein entsprechendes Einstellen der einstellbaren Überläufe 19 an den Eintritten
10 der Überströmkanäle 9 vorzunehmen.
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Der Abzug des gereinigten Wassers aus den einzelnen Abscheideräumen
2 kann durch Regelüberläufe 24 für-jeden Abscheideraum 2 selbst eingestellt werden.
Sonst ist die Wirkungsweise der in Fig. 3 und 4 dargestellten Anordnung gleich der
Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 1 und 2.
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Wenn auch die zylindrische Form des Mantels 3 des Behälters sowohl
vom Standpunkt der Konstruktion als auch vom Standpunkt des Strömens im Aktivationsraum
1 vorteilhaft ist, ist die Anordnung nicht auf eine zylindrische Form des Behälters
beschränkt. Bei Anwendung eines pneumatischen Belüftungssystems ist es insbesondere
möglich, die Abscheideräume 2 in rechtwinkligen Behältern anzuordnen.
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Die erfindungsgemäße Anordnung hat eine Reihe von Vorteilen. Die
Eintritte 10 in die Überströmkanäle 9 in Form einstellbarer Überläufe 19 am Niveau
und weiter ein allfälliges Anordnen von Entgasungselementen 25 vor diesen Eintritten
10 ermöglichen ein vollkommenes Beheben der Luftübersättigung der Aktivationsmischung,
die in den Abscheideraum 2 strömt, und so die Flotation des aktivierten Schlamms
im Abscheideraum auch im Fall einer hohen Intensität des Belüftens der Aktivationsmischung
unter Anwendung eines tief eingetauchten Belüftungssystems.
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Die leichte Zugänglichkeit der Eintritte 10 der Überströmkanäle 9
ermöglicht, falls dies nötig ist, deren Reinigen auch während des Betriebs, so daß
allfällige Störungen verhütet werden können.
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Ein Entstehen von Störungen, die durch Verstopfen des Überströmkanals
entstehen können, ist ferner durch
die erwähnte Form der Überströmkanäle
9 beschränkt. Die Zugänglichkeit des Eintritts 10 ermöglicht ferner ein leichtes
Regeln des Durchflusses durch diese Kanäle während des Betriebs, was sowohl ein
leichtes Einstellen der Arbeitsbedingungen nach Bedarf als auch einen Ausgleich
einer allfälligen Asymmetrie des Strömens im Aktivationsraum 1 ermöglicht und eine
Deformation des Niveaus durch einen lokalen Durchbruch der Aktivationsmischung verhütet.
Dadurch wird ermöglicht, in der Anordnung verschiedene Belüftungssysteme anzuwenden,
was nicht nur die Flexibilität der Anordnung erhöht, sondern auch bei Anwendung
eines Injektors 35 ermöglicht, einen hohen energetischen Wirkungsgrad des Belüftens
und eine vorteilhafte Anwendung insbesondere in Anordnungen turmförmiger Bauart
mit einer Höhe der Säule im Aktivationsraum 1 über 5 m zu erreichen.
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Das Abscheiden des Stromes der Aktivationsmischung, die in den Abscheideraum
2 eintritt, und des abgeschiedenen Schlamms, der aus diesem Raum zurückkehrt, erhöht
den maximalen Wert der Oberflächenbelastung durch Material in der Separation und
erhöht so die Kapazität der Anordnung je nach dem Reinigungsvorgang bis um 30 %.
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Die Anordnung der Überströmkanäle 9 versetzt die Ausführung der Einbauten
aus dem schwerer zugänglichen Aktivationsraum 1 in den besser zugänglichen Abscheideraum
2 und vereinfacht dadurch die Montage der Einbauten.
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Eine weitere Erleichterung der Einbauten bringt die Möglichkeit einer
Vorverfertigung ganzer Überströmkanäle 9, wo dann nur eine Dichte lediglich im Bereich
des Eintritts 10 bei der Montage erforderlich ist. Die Konstruktion der Überströmkanäle
9 setzt ferner den Materialaufwand für deren Erzeugung herab. Dadurch, da es nicht
nötig ist, an die
geneigte Trennwand 5 eine weitere eingelegte
Wand für das Bilden von Überströmkanälen einzuhängen, und die Trennwand 5 nur die
Aufgabe hat, beide Arbeitsräume 1 und 2 zu trennen, kann sie unter Anwendung von
dünnwandigem Material maximal entlastet werden, was zusammen mit dem Herabsetzen
des Materialaufwands zum Bilden der Überströmkanäle 9 wesentlich das Gewicht der
ganzen Einbauten des Apparates zum biologischen Wasserreinigen herabsetzt und zu
wesentlichen Ersparnissen führen kann.
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Die Anordnung gemäß Fig. 5 ist für ein anaerobes Ausfaulen organisch
stark verunreinigter Abwässer unter Erzeugung von Biogas geeignet. Von der Anordnung
nach Fig. 3 und 4 unterscheidet sie sich dadurch, daß sie durch einen Deckel 47
verschlossen ist. Für ein Mischen im Aktivationsraum 1 dienen Belüftungselemente
29, die über eine Verteilerrohrleitung 28 an einen nicht dargestellten Lüfter angeschlossen
sind, der an einen nicht dargestellten Vorratsbehälter von Biogas angeschlossen
ist, in welchen der Abzug 48 von Biogas führt.
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Die Anordnung besitzt ferner eine Heißwasserheizung 49, die an eine
nicht dargestellte Quelle von Heißwasser angeschlossen ist, die teilweise durch
Biogas beheizt wird.
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Die Anordnung arbeitet folgendermaßen: Über die Druckleitung 36 tritt
das Rohwasser in den Aktivationsraum 1 ein, in dem es pneumatisch durch in die Aktivationsmischung
über Begasungselemente 29 eingeblasenes Biogas gemischt wird. Die Aktivationsmischung
wird mittels der Heißwasserheizung 49 angewärmt. Als Wärmequelle dient ein Teil
des durch den eigenen anaeroben Vorgang der Methanogenesis erzeugten Biogases. Bei
Abzug der Aktivationsmischung wird
in den Abscheideräumen 2 der
anaerobe aktivierte Schlamm ähnlich wie bei der aeroben Variante abgeschieden und
selbsttätig in den Aktivationsraum 1 zurückgeführt.
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Dadurch werden ein Erhöhen der Konzentration des aktivierten Schlamms
im Aktivationsraum 1 und so auch ein Intensifizieren des Vorgangs der anaeroben
Methanogenesis erzielt. Dieses Intensizifieren hat zweierlei Bedeutung.
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Vor allem ermöglicht das Intensizifieren des Vorgangs durch Erhöhen
der Konzentration des aktivierten Schlamms das Volumen des anaeroben Ausfaulens
und so auch, die Zeit des Verweilens herabzusetzen, was außer Anschaffungserspanissen
auch ein Herabsetzen der Wärmeverluste mit sich bringt. Ein weiterer Vorteil beruht
darin, daß das Erhöhen der Konzentration ein Verarbeiten auch weniger konzentrierter
Abwässer mit geringerem Gehalt der Trockensubstanz ermöglicht, was den Anwendungsbereich
der Anordnung erweitert. Der Abzug des gereinigten Wassers, des Schlamms und des
Gases muß mit nicht dargestellten Wasserverschlüssen versehen sein, um die Luftdichtheit
der Anordnung zu sichern.