DE3326326C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Aus der DE-OS 29 24 169 ist eine derartige Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung bekannt, bei welcher in einem gemeinsamen Behälter ein äußerer Aktivierraum und ein in dessen oberen Teil befindlicher Klärraum vor­ gesehen sind, wobei beide Räume durch eine trichterför­ mige Trennwand voneinander getrennt sind. Unterhalb dieser Trennwand ist eine weitere ebenfalls trichterförmige Wand angeordnet, die mit der Unterkante der Trennwand einen einzigen Einlaufkanal in Form eines konischen Ringraums begrenzt. An der Unterkante dieser trichterförmigen Wand ist ein Sinkkanal angeschlossen. Das in den Aktivierraum eingeführte Abwasser wird zusammen mit dem biologisch aktiven Schlamm durch ein Begasungssystem in intensive Strömungsbewegungen versetzt, wobei eine gewisse Menge dieser Suspension über die obere kreisringförmige Öffnung über den konischen Einlaufkanal und die untere Öffnung in der trichterförmigen Wand in den Klärraum beruhigt einfließt und in diesem mit relativ geringer Fließgeschwin­ digkeit aufsteigt. In diesem Klärraum befindet sich eine Schicht aus schwebenden Schlammpartikeln, an die sich die Schlammteilchen aus der langsam aufsteigenden Sus­ pension anlagern. Sobald die Eigengewichte der sich all­ mählich vergrößernden Schlammpartikel die durch die auf­ steigende Strömung verursachten Auftriebskräfte übersteigt, beginnen diese Schlammpartikel bis auf die Oberfläche der schrägen Trennwand abzusinken, wobei in diesem Bereich eine Verdichtung des Schlamms erfolgt. Entlang der Oberfläche der Trennwand bilden sich Schlammströme, die in den zylin­ drischen Sinkkanal gelangen und an dessen unterem Ende in den Bodenbereich des Aktivierraums ausfließen. Im Bereich der kreisringförmigen Auslaßöffnung des konischen Über­ strömkanals kreuzen sich die Ströme des absinkenden Schlamms mit der in den Klärraum einfließenden Suspension, was zu einer unerwünschten Vermischung und zu einer Rückfüh­ rung von absinkenden Schlammpartikeln in den Abscheide­ raum führt. Darüber hinaus sind Wartungs- und Instand­ setzungsarbeiten z. B. zur Behebung von lokalen Verstopfungen des konischen Ringkanals außerordentlich aufwendig, da sie nur nach Entleerung des Behälters durchgeführt werden können. Schließlich ist insbesondere bei der Klärung von stark verunreinigten Abwässern die Entgasung der aus dem Aktivierraum in den Klärraum einströmenden Aktiviermischung unzureichend, was zu einem Freisetzen von Gasbläschen aus der z. B. mit Stickstoff gesättigten Suspension inner­ halb des Klärraums führt. Diese Gasbläschen können inten­ sive Flotationserscheinungen im Abscheideraum hervorrufen, wodurch die Wirkung der schwebenden Filterschicht und damit auch die Klärleistung der Vorrichtung vermindert werden.

In der Fachzeitschrift "wlb wasser, luft und betrieb", Nr. 10, 1978, S. 535 bis 539 ist eine Anlage zur biologi­ schen Klärung von Abwässern beschrieben, deren rechteckiger Behälter in drei Kammern, nämlich in eine Reaktionskammer, eine mittlere Kontaktkammer und eine rechte Nachklärkammer, unterteilt ist. Die Reaktivierungskammer und die mittlere Kontaktkammer sind belüftet, wobei das Rohwasser in die mittlere Kontaktkammer eingeführt wird. Die mittlere Kon­ taktkammer und die Nachklärkammer sind durch einen schrägen durchgehenden Einströmkanal miteinander verbunden, der im Bereich des oberen Flüssigkeitspegels zur Kontaktkammer offen ist und bis in den Bodenbereich der Nachklärkammer führt. Da die in dem sich nach oben verbreiternden Teil der Nachklärkammer absinkenden Schlammflocken in einer fluiden Schicht auf der Oberseite der den Einströmkanal nach oben begrenzenden schrägen Wand nach unten abgleiten und an deren Endkante von der einströmenden Rohmischung verwirbelt bzw. mitgerissen werden, erfolgt auch hier eine Vermischung der in die Nachklärkammer einströmenden Suspension mit dem an der schrägen Wand absinkenden Schlamm.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur bio­ logischen Abwasserreinigung zu schaffen, die bei verein­ fachten Wartungen und Instandhaltungen eine intensivierte Entgasung der Aktiviermischung und einen besseren Reini­ gungseffekt gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen­ den Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die Anordnung mehrerer gesonderter Überströmkanäle oberhalb der trichterförmigen Trennwand strömt die Akti­ viermischung in einer entsprechenden Anzahl von Teilströmen aus dem äußeren Aktivierraum in den trichterförmigen Klär­ raum. Die sich in der fluiden Filterschicht bildenden Schlammflocken sinken bis auf die Oberfläche der trichter­ förmigen Trennwand und gleiten auf dieser neben den ober­ halb der Trennwand angeordneten Überströmkanälen bis in den sich vertikal anschließenden Sinkkanal. Dieser Abfluß an konzentrierten Schlammflocken erfolgt weitgehend unge­ stört von den in den Abscheideraum eingeführten Gemisch­ strömen, wobei der obere Klarwasserablauf im Abscheide­ raum sowie die Absinkbewegung der konzentrierten Schlamm­ flocken in den Sinkkanal eine Sogwirkung erzeugt, welche das Einfließen der Mischung aus dem oberen Teil des Akti­ vierraums über die Einlauföffnungen und die Überström­ kanäle in den Abscheideraum bewirkt. Die Anordnung der Einlaufkanäle oberhalb der Trennwand hat noch den weiteren Vorzug einer vereinfachten Überwachung und Wartung, da der Zustand der die kritischen Bauelemente der Anlage darstellenden Überströmkanäle durch Augenscheinnahme über­ wacht werden kann und die Reinigung bzw. der Austausch dieser Überströmkanäle nach Öffnen des Behälters ohne aufwendige Umrüstarbeiten vorgenommen werden kann.

Die Strömungsbedingungen in der Vorrichtung werden noch verbessert, wenn der Durchflußquerschnitt der Überström­ kanäle von der Einlauföffnung bis zur Auslauföffnung kon­ tinuierlich zunimmt und eine ungerade Anzahl an Überström­ kanälen vorgesehen ist. Zweckmäßig sollten ferner die Ebenen der Auslaßöffnungen vertikal verlaufen, um einen strömungsgünstigen Einfluß der Mischung aus den Überström­ kanälen in den Klärraum zu begünstigen.

Zur Anpassung der Klärvorrichtung an sich ggf. ändernde Betriebsbedingungen sind an den Einlauföffnungen der Über­ strömkanäle zweckmäßig von oben verstellbare Überlaufele­ mente vorgesehen.

Zur besseren Entgasung und zur Verminderung von unerwünsch­ ten Flotationserscheinungen ist im oberen Teil des Akti­ vierraums vor den Einlaßöffnungen der Überströmkanäle ein Gitterrost angeordnet, an dessen Maschen die im Akti­ vierraum aufsteigenden Gasbläschen zerstört werden.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung anhand der Zeichnung ausführlich be­ schrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Axialschnitt einer Klärvorrichtung mit einem zentralen Klär­ raum und mehreren Überströmkanälen;

Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 in Draufsicht;

Fig. 3, 4 eine Klärvorrichtung mit mehreren Klärräumen in einem gemeinsamen Aktivierraum im sche­ matischen Axialschnitt bzw. in Draufsicht;

Fig. 5 eine Klärvorrichtung zum anaeroben Reinigen von stark verschmutzten Abwässern im sche­ matischen Axialschnitt.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zum aeroben Reinigen von Abwässern enthält einen Aktivierraum 1 und einen Klär­ bzw. Abscheideraum 2, die in einem gemeinsamen vertikal­ zylindrischen Behälter 3 mit ebenem Boden angeordnet sind. Der Klärraum 2 ist vom Aktivierraum 1 durch eine trichter­ förmige Trennwand 5 getrennt, die in ihrem unteren Teil in einen relativ breiten zylindrischen Sinkkanal 6 über­ geht, der z. B. als ein an den unteren Rand 8 der Trenn­ wand 5 anschließendes Rohr 7 ausgebildet sein kann und in den Aktivierraum 1 oberhalb des Bodens 4 ausmündet. Im Klärraum 2 sind an der Trennwand 5 Überströmkanäle 9 angeordnet, deren ggf. kreisförmiger Durchflußquerschnitt sich nach unten vergrößert. Im oberen Teil der Überström­ kanäle 9 ist je eine Einlauföffnung 10 in der Trennwand 5 vorgesehen, und zwar zweckmäßig in der Höhe des Flüssig­ keitsniveaus 11. Die Überströmkanäle 9 enden mit ihren Auslaßöffnungen 12 im Klärraum 2 oberhalb des unteren Randes 8 der Trennwand 5, wobei die Ebenen dieser Auslaß­ öffnungen 12 zweckmäßig vertikal verlaufen.

Das freie Flüssigkeitsniveau 11 ist im Aktivierraum 1 und im Klärraum 2 gleich. Die Auslauföffnungen 12 der Überströmkanäle und der Sinkkanal 6 sind in vertikaler Draufsicht durch einen Blasenfänger überdeckt, dessen konischer Mantel 14 in einen über das Flüssigkeitsniveau hinausführenden zylindrischen Ansatz 15 übergeht. Im Inneren dieses Ansatzes 15 ist unterhalb des Flüssigkeits­ niveaus 11 ein Abzug 16 für den ausflotierten Schlamm vorgesehen, an den eine mit einem Verschluß 18 versehene Schlammabfuhr 17 angeschlossen ist.

Die Einlauföffnungen 10 der Überströmkanäle sind mit Regel­ elementen, z. B. mit einstellbaren Überläufen 19, zum Einstellen ihrer Durchflußquerschnitte versehen. Die Über­ strömkanäle 9 ragen über das Flüssigkeitsniveau 11 hinaus und enden in Öffnungen 20, die einen leichten Zugang zu den einstellbaren Überläufen 19 und zu den Überströmkanälen ermöglichen. Bei der gezeigten Vorrichtung sind sechs Überströmkanäle 9 vorgesehen, wobei jedoch eine ungerade Anzahl dieser Überströmkanäle 9 vorteilhafter sein kann, weil sich dann die Auslaßmündungen 12 nicht direkt gegen­ überliegen.

Im oberen Teil des Klärraums 2 ist ein Sammelkranz 21 mit Öffnungen 22 für das Klarwasser dicht unterhalb des Flüssigkeitsniveaus 11 angeordnet, an den ein zu einem verstellbaren Überlauf 24 führendes Rohr 23 angeschlossen ist. Den Einlauföffnungen 10 der Überströmkanäle 9 sind ferner im oberen Teil des Aktivierraums 1 angeordnete Entgasungselemente 25 in Form eines Gitterrostes vorge­ schaltet.

In den oberen Teil des Aktivierraums 1 mündet eine Zuleitung 26 für das Rohwasser und in seinem Boden 4 ist eine Rohr­ leitung 27 für den Schlammaustrag vorgesehen. Im Aktivier­ raum 1 ist ferner ein Begasungssystem, im vorliegenden Fall ein Belüftungssystem mit einem Luftverteiler 28 und Belüftungselementen 29, angeordnet. Der obere Teil des Aktivierraums 1 oberhalb des Flüssigkeitsniveaus 11 ist mit der Atmosphäre durch Kamine 30 verbunden. Ein im Flüssig­ keitsniveau 11 angeordneter Überlauf 31 mit einem einstell­ baren Ring 34 dient zum Abzug von überflüssigem Schlamm aus dem Aktivierraum 1 und ist an eine Ablaufleitung 32 angeschlossen.

Eine Vorrichtung zum anaeroben Reinigen von konzentrierten Abwässern mit Erzeugung von Biogas entspricht der vorstehend beschriebenen und in den Fig. 1, 2 dargestellten Vorrich­ tung, wobei dann in den Aktivierraum 1 nicht Luft sondern Biogas über das Begasungssystem injiziert wird.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Das verunreinigte Rohwasser wird in einen Sammelbehälter 40 eingeführt und von einer Pumpe 37 über eine Steigleitung 26 in den Aktivierraum 1 gepumpt. Das Begasungssystem mit seinem Verteiler 28 und den Begasungselementen 29 bewirkt eine intensive Belüftung und erzeugt Vertikal­ strömungen der Mischung bzw. Suspension im Aktivierraum 1. Zum Reinigen von konzentrierten, d. h. stark verun­ reinigten Abwässern ist ein sehr großes Volumen des Akti­ vierraums 1 erforderlich, der eine Höhe von mehr als 10 m erreichen kann. Beim intensiven Belüften der Aktivier­ mischung gehen verschiedene Gase, insbesondere Stickstoff und Kohlendioxid, in der Aktiviermischung in Lösung, wobei der jeweilige Sättigungszustand dem statischen Druck im Aktivierraum 1 entspricht. Beim Aufstieg der Aktivier­ mischung erfolgt durch die Abnahme des statischen Drucks eine Entgasung, d. h. es bilden sich eine Vielzahl von Gasbläschen, die zusammen mit angelagerten Schlammpartikeln im Aktivierraum aufsteigen. Beim Durchströmen der Mischung durch den Gitterrost erfolgt eine weitere Abscheidung der überschüssigen gelösten Gase aus der hier übersättigten Mischung bevor diese in die Überströmkanäle 9 einfließen kann. Die zum Belüften der Aktiviermischung verwendete Luft wird aus dem geschlossenen Aktivierraum 1 über die Kamine 30 abgeführt, die oberhalb des Flüssigkeitsniveaus 11 angeordnet sind.

Die Durchflußmenge der Aktiviermischung durch die Über­ strömkanäle 9 wird durch Einstellen der Durchflußquer­ schnitte der Einlauföffnungen 10 mittels der verstellbaren Überläufe 19 und durch Verändern des Flüssigkeitsniveaus 11 mittels des Regelüberlaufs 24 am Klarwasserabzug 23 geregelt. Der optimale Durchfluß über die Überströmkanäle beträgt die doppelte bis dreifache Menge des gereinigten Klarwassers. Bei kleineren oder größeren Durchflußmengen vermindert sich der Abscheidungsgrad, so daß der Einstel­ lung des jeweils optimalen Durchflusses durch die Über­ strömkanäle auch während des Betriebs eine besondere Be­ deutung zukommt. Das freie Flüssigkeitsniveau 11 des Akti­ vierraums und die einstellbaren Überläufe an den Einlauf­ öffnungen 10 der Überströmkanäle 9 begünstigen die Ab­ scheidung von überschüssigem Gas aus der Aktiviermischung und vermeiden eine Übersättigung der in den Klärraum 2 einlaufenden Aktiviermischung. Durch die intensive Tur­ bulenz der Aktiviermischung im Aktivierraum werden die während des Entgasungsvorgangs gebildeten Gasbläschen von den Schlammteilen an dem Gitterrost 25 abgetrennt, wodurch eine Flotation des Schlamms im Raum oberhalb der Entgasungselemente 25 vermindert wird.

Die Aktiviermischung fließt über die Überströmkanäle 9 in den unteren Teil des Klärraums 2 ein. Durch die Ände­ rung der Strömungsrichtung an den Auslaßöffnungen 12 der Überströmkanäle 9 nach oben ergibt sich nochmals eine örtliche Beschleunigung der Strömung mit der Möglichkeit eines Abscheidens von Gasen, die noch in der Aktivier­ mischung verblieben sind. Beim Aufsteigen der Mischung im Klärraum 2 wird der aktivierte Schlamm aus dem Wasser durch Filtrieren in der fluiden Filterschicht abgetrennt.

Das gereinigte Klarwasser fließt über den Sammelkranz 21, den Ablauf 23 und den Regelüberlauf 24 ab.

Im Klärraum 2 bildet der aktivierte Schlamm eine schwebende fluide Filterschicht, in welcher die langsam aufsteigenden Schlammteilchen durch Anlagerung an die in dieser Schicht vorliegenden Schlammflocken ausgefiltert werden. Infolge des sich nach oben erweiternden Durchflußquerschnitts im Klärraum 2 verlaufen die Strömungslinien von der Verti­ kalen in Richtung zur Trennwand 5 geneigt, was zusammen mit der Wirkung der Schwerkräfte auf die fluide Schicht zu einer seitlichen Bewegungskomponente der Schlammteilchen in der Filterschicht in Richtung auf die Trennwand 5 und zu einer Verdichtung der Schlammteilchen an dieser geneigten Trennwand 5 führt. Infolge dieser Verdichtung entstehen an der Trennwand 5 abfließende verdickte Ströme aus kon­ zentriertem Schlamm, die an den Trennwandteilen neben den Überströmkanälen 9 bis in den Sinkkanal 6 abfließen. Da diese dickflüssigen Ströme unter dem Niveau der Austrittsöffnungen 12 der Überströmkanäle 9 aus dem Klär­ raum 2 abfließen, wird die über die Überströmkanäle 9 zufließende Aktiviermischung nach dem Kontinuitätsgesetz und durch den Dichteunterschied nach oben in den Klärraum 2 eingeführt.

Über den Sinkkanal 6 fließt der verdickte Schlamm in den Aktivierraum 1 zurück. Durch die unterschiedliche Dichte der zufließenden Aktiviermischung und des absinkenden Schlamms sowie durch die Wirkung des abfließenden Klar­ wassers entsteht ein Strömungspotential, das die beiden vorstehend erörterten Strömungsarten mit ausreichender Intensität aufrechterhält. Die Strömungsgeschwindigkeit der Aktiviermischung in den Überströmkanälen 9 wird durch die Größe des Durchflußquerschnitts der einzelnen Über­ läufe 19 bestimmt.

Für verschiedene Arten von Abwässern ist jeweils eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit der Aktiviermischung in den Überströmkanälen 9 optimal. Bei einer kleineren als dieser optimalen Geschwindigkeit ist die erzielbare Schlammkonzentration im Aktivierraum 1 geringer. Bei einer höheren Geschwindigkeit ergeben sich Störungen in der fluiden Filterschicht durch induzierte Ströme, was ein unerwünschtes Abfließen der Suspension zusammen mit dem Klarwasser verursacht. Deshalb ist das leichte Einstellen der optimalen Strömungen mittels des Überlaufs 19 zur Erzielung der maximalen Leistung bei gegebenen Bedingungen von Bedeutung. Da zur Erzielung der Strömungsbedingungen in den Überströmkanälen 9, im Klärraum 2 und im Sinkkanal 6 nur der Abfluß des Klarwassers und die Wirkung der Schlamm­ ströme aus dem Klärraum 2 genügen, sind keine äußeren Kräfte an den Eintritten 10 in die Überströmkanäle 9 und am Austritt aus dem Sinkkanal 6 erforderlich. Die Abscheide­ funktion ist somit nicht an Strömungen im Aktivierraum gebunden, so daß im Aktivierraum 1 verschiedene Begasungs­ vorgänge mit verschiedener Strömungsart durchgeführt werden können.

Der durch Anlagern von Gasbläschen an Schlammteilchen beim Durchfluß der Aktiviermischung durch die Öffnungen 12 der Überströmkanäle 9 entstehende Flotationsschlamm wird in einem Blasenfänger 13 aufgefangen und aus dessen oberem Teil durch einen Abzug 16 abgeführt, dessen obere Kante sich unter dem Wasserstand 11 im Aktivierraum 1 befindet. Beim Öffnen des Verschlusses 18 fließt der aus­ flotierte Schlamm unter dem Druck der Wassersäule oberhalb der Abzugskante 16 nach außen.

Durch das Entgasen der Aktiviermischung und Erfassen des ausflotierten Schlamms wird die Schaumbildung im Klärraum 2 auf dem Klarwasser vermieden. Da zusätzlich der Klar­ wasserablauf über den getauchten Sammelkranz 21 unter der Oberfläche erfolgt, wird ein Entweichen des ggf. aus­ flotierten Schlamms verhütet. Der überschüssige aktivierte Schlamm wird aus dem Aktivierraum 1 über einen regelbaren Überlauf 31 entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich abgezogen.

Der hohe Reinigungseffekt der beschriebenen Vorrichtung zeigt sich vor allem beim Reinigen von stark konzentrierten Abwässern in turmförmigen Apparaten mit hohem Aktivier­ raum, in welchem die Aktiviermischung im Niveau des Klär­ raums übersättigt ist und wegen der großen Gasmengen uner­ wünschte intensive Flotationserscheinungen im Aktivierraum auftreten. Turmförmige Behälter sind in vielen Fällen vorteilhaft, da sie weniger Platz benötigen und ihr Energie­ bedarf bei hohen Aktivierräumen durch die bessere Belüftungs­ wirkung geringer ist. Der minimale Energiebedarf ergibt sich bei einer Höhe des Aktivierraums 1 von etwa 15 m.

Der Wirkungsgrad der Fluidfiltration wird außer von der Unterdrückung des Flotationseffekts auch von der Gleich­ förmigkeit der Strömungen in der fluiden Filterschicht und von der Intensität der Schlammrückführung aus dem Klärraum 2 in den Aktivierraum 1 bestimmt. Die Überström­ kanäle 9 begünstigen eine gleichförmige Zufuhr der Akti­ viermischung in den Klärraum 2 durch ihren gleichmäßig zunehmenden Durchflußquerschnitt von den Einlauföffnungen 10 zu den Auslaßöffnungen 12, so daß sich die Strömungs­ geschwindigkeit dieser Mischung fortlaufend verkleinert. Die relativ großen Durchflußquerschnitte der Auslaßöffnungen 12 führen zu kleinen Strömungsgeschwindigkeiten der Mi­ schung, so daß in der fluiden Filterschicht im Klärraum 2 keine störenden Strömungen induziert werden, die dessen Wirkung beeinträchtigen würden. Die Gleichförmigkeit der Einströmung der Aktiviermischung in den Klärraum 2 wird noch durch die ungerade Anzahl an Überströmkanälen 9 ver­ bessert, weil sich die Auslaßöffnungen 12 zweier Überström­ kanäle nicht gegenüberliegen und eine Beeinflussung der austretenden Mischungsströme vermieden wird.

Die Strömungen und Kräfte im Klärraum 2 können durch die folgende Berechnung bestimmt werden.

Es wird vorausgesetzt, daß im Aktivierraum 1 der Schlamm mit einem Schlammindex 50 ml·g^-1 und einer Konzentration von 10 kg Schlammtrockensubstanz je m³ vorliegt. Ferner wird ein Verdichten des über den Sinkkanal 6 in den Akti­ vierraum 1 zurückgeführten Schlamms auf 15 kg Schlamm­ trockensubstanz je m³ vorausgesetzt, was ein durch den Schlammindex bestimmtes Maximum darstellt. Der Druckunter­ schied zwischen den Einlauföffnungen 10 in den Überström­ kanälen 9 und dem Austritt aus dem Sinkkanal 6, den 1 m dieser Säule bildet, beträgt 49 Newton/m². Für eine Gesamt­ höhe 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 19 eingestellt werden.

Falls die Wasserzufuhr Q m³/s beträgt, ist bei stabilisier­ ten Bedingungen auch der Abzug des Klarwassers aus dem Klärraum 2 gleich. Da bei stabilisierten Bedingungen die gleiche Menge des in den Klärraum 2 zugeführten Schlamms auch in den Aktivierraum 1 zurückgeführt wird, beträgt der Durchfluß über den Sinkkanal 6 bei gegebenen Werten 2Q, so daß der Gesamtzufluß über die Überströmkanäle 9 3Q beträgt.

Unter der Voraussetzung, daß die Fließgeschwindigkeit des ablaufenden Wassers im Niveau des Klärraums 0,2 mm/s beträgt, muß zur Erzielung einer Fließgeschwindigkeit von 0,44 m/s an den Einlauföffnungen 10 der Gesamtdurch­ flußquerschnitt der einstellbaren Überläufe 19 0,136% der Größe der Abscheidefläche betragen. Um induzierte Ströme im Klärraum 2 zu verhüten, muß die Strömungsge­ schwindigkeit an den Auslaßöffnungen 12 der Überstrom­ kanäle 9 kleiner als 0,01 m/s sein. Dem entspricht ein Durchflußquerschnitt dieser Öffnungen 12 von mehr als 6% der Größe der Abscheidefläche des Klärraums 2.

Diese Rechnung ist lediglich ein Beispiel, das die Wir­ kungsweise der Anordnung konkret darlegen soll. Bei ge­ änderten Bedingungen und für verschiedene Abwasserarten sind die Ausgangswerte für die Berechnung andere. Allge­ meine Grenzwerte für eine bestimmungsgemäße Wirkungsweise liegen für den Gesamtdurchflußquerschnitt der Einlauf­ öffnungen 10 bei 0,05% bis 2% der Größe der Fläche des Niveaus im Klärraum 2, und für den Durchflußquerschnitt der Auslaßöffnungen 12 der Überströmkanäle 9 bei 4% bis 12% dieser Fläche.

Eine ähnliche Wirkungsweise besitzt auch die anhand von Fig. 1 und 2 beschriebene Vorrichtung zum anaeroben Wasser­ reinigen mit Erzeugung von Biogas. Bei dieser Modifikation wird keine Luft sondern ein beim anaeroben Reinigungsvorgang erzeugtes Biogas in den Aktivierraum 1 geführt. Das Biogas hält den aktivierten Schlamm im Zustand der Suspension. Das erzeugte und eingetriebene Biogas wird dann über die Kamine 30 in einen nicht dargestellten Vorratsbehälter geleitet. Zum Einführen von Biogas kann das Verteilungs­ system wie für den aeroben Vorgang mit dem Verteiler 28 und den Begasungselementen 29 sowie dem nicht dargestellten Lüfter angewendet werden. In diesem Fall beseitigt die Entgasungseinlage 25 vor den Einlauföffnungen 10 in die Überströmkanäle 9 Methan und CO₂. Sonst ist die Wirkungs­ weise der Anordnung - bis auf den unterschiedlichen Vorgang - wesentlich gleich wie beim aeroben Vorgang.

Fig. 3 und 4 zeigen eine weitere Ausführung der erfindungs­ gemäßen 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 Anordnung von mehreren Klärräumen 2 in einem gemeinsamen Aktivierraum 1 und die Anwendung eines anderen Belüftungssystems. Bei der dargestellten Anordnung sind sieben Klärräume 2 in einem Behälter mit einem Mantel 3 angeordnet. Die Gestaltung der Klärräume 2 ist gleich der Gestaltung des Klärraums 2 gemäß Fig. 1 und 2.

Im Unterschied zur Anordnung nach Fig. 1 und 2 ist der Aktivierraum zwischen den einzelnen Klärräumen 2 zur freien Atmosphäre offen. Da deshalb die Fläche im Niveau 11 des Aktivierraums 1 sehr groß ist, kann die Aktiviermischung an diesem Niveau ausreichend entgasen, so daß die gitter­ förmigen Entgasungseinlagen 25 vor den Einlaßöffnungen 10 entfallen können. Da der Aktivierraum 1 offen 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.

Das Begasungssystem 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. Die Injektoren 35 sind im unteren Teil des Aktivierraums 1 in Venturirohren 39 außerhalb der vertikalen Achse der Anordnung derart angeordnet, daß während des Betriebs eine intensive schraubenförmig auf steigende Strömung der belüfteten Akti­ viermischung mit einem Übertritt der Luft im Niveau 11 der Aktiviermischung zustandekommt.

Ein Schwimmeranzeiger 43 in einem Sammelbehälter 40 steuert ein Ventil 45 eines Überströmrohrs 46 zwecks Beibehaltens der Höhe des Niveaus 44 im Sammelbehälter 40.

Die in Fig. 3 und 4 dargestellte Anordnung arbeitet folgendermaßen.

Das Rohwasser fließt nach Durchgang durch eine mechanische Vorreinigungsstufe 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. Das Belüftungssystem belüftet nicht nur die Aktivier­ mischung im Aktivierraum 1, sondern erzeugt gleichzeitig Strömungsbewegungen, was eine homogene Suspension des aktivierten Schlamms im Aktivierraum 1 gewährleistet. Am vorteilhaftesten wird durch das hydraulische Belüftungs­ aggregat eine kreisende Bewegung im Aktivierraum 1 erzeugt.

Der Abzug des Klarwassers aus den einzelnen Klärräumen 2 kann durch Regelüberläufe 24 für jeden Klärraum 2 selbst eingestellt werden. Sonst ist die Wirkungsweise der in Fig. 3 und 4 dargestellten Anordnung gleich der Wirkungs­ weise der Anordnung nach Fig. 1 und 2.

Obgleich die zylindrische Form des Behälters 3 sowohl vom Standpunkt der Konstruktion als auch vom Standpunkt des Strömens im Aktivierraum 1 vorteilhaft ist, können insbesondere bei Anwendung eines pneumatischen Belüftungs­ systems auch rechtwinklige Behälter verwendet werden.

Die Einlauföffnungen 10 der Überströmkanäle 9 mit den einstellbaren Überläufen 19 und die Anordnung der Ent­ gasungselemente 25 vor diesen Öffnungen 10 vermeiden Luftübersättigungen der in den Klärraum 2 strömenden Akti­ viermischung und vermindern die Flotation des Schlamms im Klärraum auch im Fall einer hohen Intensität des Be­ lüftens der Aktiviermischung unter Anwendung eines tief eingetauchten Belüftungssystems.

Die leichte Zugänglichkeit der Einlauföffnungen 10 ermög­ licht ein einfaches Reinigen der Überströmkanäle 9 auch während des Betriebs, so daß Störungen durch Verstopfungen verhütet werden können. Störungen durch Verstopfen der Überströmkanäle sind ferner durch die Form der Überström­ kanäle 9 beschränkt. Die Zugänglichkeit der Einström­ öffnungen 10 ermöglicht ferner eine Durchflußregelung in den Überströmkanälen während des Betriebs und damit ein Einstellen der Arbeitsbedingungen nach Bedarf sowie einen Ausgleich von anormalen Strömungsverhältnissen. In der Anordnung können verschiedene Belüftungssysteme angewendet werden, was nicht nur ihre Flexibilität erhöht, sondern bei Anwendung eines Injektors 35 einen hohen ener­ getischen Wirkungsgrad des Belüftens und eine vorteilhafte Anwendung insbesondere in turmförmigen Behältern mit einer Höhe des Aktivierraums 1 von über 5 m ermöglicht.

Die Anordnung der Überströmkanäle 9 oberhalb der Trennwand vereinfacht die Montage der Einbauten von oben. Die Über­ strömkanäle 9 können vorgefertigt werden, wobei eine Abdichtung nur im Bereich der Einlauföffnungen 10 bei der Montage erforderlich ist. Die Konstruktion der Über­ strömkanäle 9 vermindert den Materialaufwand. Die Trenn­ wand 5 kann aus dünnwandigem Material bestehen, was zu­ sammen mit dem verringerten Materialaufwand der Überström­ kanäle 9 das Gewicht der ganzen Einbauten herabsetzt und zu wesentlichen Ersparnissen führt.

Die Anordnung gemäß Fig. 5 ist für ein anaerobes Ausfaulen von organisch stark verunreinigten Abwässern unter Erzeu­ gung 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 Akti­ vierraum 1 dienen Belüftungselemente 29, die über eine Verteilerrohrleitung 28 an einen nicht dargestellten Lüfter angeschlossen sind, der an einen nicht dargestellten Vor­ ratsbehälter von Biogas angeschlossen ist, in welchen der Abzug 48 von Biogas führt. Eine Heißwasserheizung 49 ist an eine nicht dargestellte Heißwasserquelle ange­ schlossen, die teilweise durch Biogas beheizt wird.

Die Anordnung arbeitet folgendermaßen:

Über die Druckleitung 36 tritt das Rohwasser in den Akti­ vierraum 1 ein, in dem es pneumatisch durch in die Akti­ viermischung über Begasungselemente 29 eingeblasenes Bio­ gas gemischt wird. Die Aktiviermischung wird mittels der Heißwasserheizung 49 angewärmt. Als Wärmequelle dient ein Teil des durch den eigenen anaeroben Vorgang der Methanogenesis erzeugten Biogases. Bei Abzug der Akti­ viermischung wird in den Klärräumen 2 der anaerobe akti­ vierte Schlamm ähnlich wie bei der aeroben Variante abge­ schieden und selbsttätig in den Aktivierraum 1 zurückgeführt. Dadurch wird die Konzentration des aktivierten Schlamms im Aktivierraum 1 erhöht und die anaeroben Methanogenesis intensiviert. Durch Erhöhen der Konzentration des aktivier­ ten Schlamms vermindert sich die Verweilzeit, was außer geringen Anschaffungsersparnissen kleinere Wärmeverluste bedeutet. Ein weiterer Vorteil beruht darin, daß das Erhöhen der Konzentration ein Verarbeiten auch weniger konzentrierter Abwässer mit geringerem Gehalt der Trockensubstanz ermög­ licht, was den Anwendungsbereich der Anordnung erweitert. Der Abzug des gereinigten Wassers, des Schlamms und des Gases muß mit nicht dargestellten Wasserverschlüssen ver­ sehen sein, um die Luftdichtheit der Anordnung zu sichern.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung mit einem Behälter, dessen Innenraum durch mindestens eine über den Wasserstand hinausragende trichterförmige Trennwand in einen äußeren, den aeroben oder anaeroben Schlamm enthaltenden Aktivierraum mit oberem Abwasserzulauf und in mindestens einen trichterförmigen Abscheide- bzw. Klärraum zur Abscheidung des Schlamms durch Fluidschicht­ filtration unterteilt ist, wobei der einen Klarwasserüberlauf aufweisende Klärraum einlaufseitig über Durchflüsse durch die Trennwand und auslaufseitig über eine untere Öffnung in der Trennwand und einen vertikalen zylindrischen Sinkkanal mit dem Aktivierraum verbunden ist, in welchem der im Klärraum abgeschiedene Schlamm in den unteren Teil des Aktivierraums zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Klärraum (2) als Durchflüsse mehrere gesonderte Überström­ kanäle (9) oberhalb der Trennwand (5) und parallel zu dieser angeordnet und mit ihrem oberen Endteil über je eine Einlauföffnung (10) in der Trennwand (5) mit dem oberen Teil des Akti­ vierraums (1) verbunden sind und daß die Trennwand (5) in den Sinkkanal (6) übergeht und mit ihrer unteren Endkante (8) mit dem Mantel (7) des Sinkkanals (6) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine ungerade Anzahl an Überströmkanälen (9) in jedem Klärraum (2) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmkanäle (9) zu ihrer Auslaßöffnung (12) hin gleichförmig zunehmende Durchflußquerschnitte haben und direkt auf der Trennwand (5) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Durchflußquerschnitte der Einlauf­ öffnungen (10) 0,05 bis 2% der Fläche des Flüssigkeits­ niveaus (11) im Klärraum (2) und die Summe der Durch­ flußquerschnitte der Auslaßöffnungen (12) 4 bis 12% der Fläche dieses Flüssigkeitsniveaus (11) beträgt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlauföffnungen (10) der Überströmkanäle (9) mit Regelelementen (19) zum Einstellen des Durchfluß­ querschnitts versehen sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die offenen oberen Enden (20) der Überlaufkanäle (9) über das Flüssigkeitsniveau (11) des Klärraums (2) hinausragen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen der unteren Auslaßöffnungen (12) der Überlaufkanäle (9) vertikal verlaufen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Teil des Aktivierraums (1) vor den Einlauf­ öffnungen (10) der Überlaufkanäle (9) eine Entgasungsein­ lage (25) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem vertikal oberhalb der Auslaßöffnungen (12) der Überströmkanäle (9) im Klärraum (2) angeordneten Blasenfänger, dadurch gekennzeichnet, daß am trichterförmigen Teil (14) des Blasenfängers (13) ein bis über das Flüssigkeitsniveau (11) ragender Ansatz (15) angeordnet ist, in welchem ein Schlammablauf (16) mit einem darin integrierten Sperrorgan (18) ange­ ordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Klarwasserablauf im oberen Teil des Klärraums (2) in Form einer Ringleitung (21) mit Öffnungen (22) ausgebildet ist, die über eine Rohrleitung mit einem Überlauf (24) mit einstellbarem Durchflußquerschnitt verbunden ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Teil des Aktivierraums mindestens ein Abzug (32) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das im Aktivierraum (1) angeordnete Begasungssystem einen einerseits an eine Druckrohrleitung (36) für das Abwasser und andererseits an eine Gaszufuhr (38) angeschlossenen Injektor (35) enthält, der im unteren Teil des Aktivierraums (1) in einem Venturirohr (39) zum Erzeugen eines schraubenförmigen aufsteigenden Stroms der begasten Aktiviermischung angeordnet ist.