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Die Erfindung betrifft eine Belebungsanlage für mikrobielle Stickstoff-
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elimination aus nitrathaltigem Abwasser, insbes. aus kommunalem Abwasser,
mit einem Nitrifikationsbecken und mit einem dem Nitrifikationsbecken vorgeschalteten
Denitrifikationsbecken, wobei in üblicher Weise dem Denitrifikationsbecken eine
Vorklärung vorgeschaltet und dem Nitrifikationsbecken eine Nachklärung nachgeschaltet
sein kann.
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Die Inhaltsstoffe des kommunalen Abwassers bestehen im wesentlichen
aus drei Verbindungsgruppen: Kohlenstoff-, Stickstoff- und Phosphorverbindungen.
Mit den bislang in der Abwasserreinigung angewandten Verfahrenstechniken werden
primär die Kohlenstoffverbindungen entfernt.
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Bedingt durch die zunehmenden Anforderungen an unsere Oberflächengewässer
(Trinkwassergewinnung) wird jedoch in Zukunft die Elimination der Stickstoffverbindungen
entweder aus ökologischen oder betrieblichen Belangen erforderlich.
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Nach dem gegenwärtigen Kenntnisstand eignet sich zur Stickstoffentfernung
aus kommunalem Abwasser unter wirtschaftlichen und technischen Aspekten am besten
die mikrobielle Denitrifikation. Dabei wird oxidierter Stickstoff (NO2, NO3) unter
anaeroben Bedingungen durch heterotrophe Bakterien zu elementarem Stickstoff reduziert,
der als Gas entweicht. Voraussetzungen für die Denitrifikation sind die Anwesenheit
von Denitrifikanten, von oxidiertem Stickstoff als Sauerstoffspeicher, von organischem
Substrat als Wasserstoffdonator und die Abwesenheit von freiem Sauerstoff.
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In der Abwassertechnik sind verschiedene Konfigurationen zur mikrobiellen
Denitrifikation entwickelt worden. Als vielseitiges, äußerst effektives und wirtschaftlich
vorteilhaftes Verfahren hat sich die
nitrifizierende Belebungsanlage
mit vorgeschalteter Denitrifikation erwiesen. Sie eignet sich bevorzugt für die
Stickstoffelimination, pH-Wert-Stabilisierung und Energieeinsparung, soll aber auch
eine unerwünschte Denitrifikation vermeiden. Eine überlegene Effektivität der vorgeschalteten
Denitrifikation wird jedoch nur dann erreicht, wenn die höchstmögliche Atmungsaktivität
konsequent genutzt wird. Das erfordert plug-flow-Bedingungen - also eine Propfenströmung
- und im wesentlichen rechteckige, längsdurchströmte Becken. Die Belastung einer
Klär- bzw. Belebungsanlage ist jedoch regelmäßig nicht konstant.
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- Hier setzt die Erfindung ein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Belebungsanlage für
mikrobielle Stickstoffelimination der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei
welcher zur Optimierung der vorgeschalteten Denitrifikation selbst unter alternierenden
Bedingungen gleichsam eine relative Anpassung von dem Denitrifikationsbecken an
das Nitrifikationsbecken erreicht wird.
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Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einer gattungsgemäßen Belebungsanlage
dadurch, daß das Denitrifikationsbecken in mehrere Kaskadenstufen mit einer auf
jede Kaskadenstufe arbeitenden bzw. für jede Kaskadenstufe vorgesehenen Belüftungseinrichtung
zum wahlweisen nitrifizierenden oder denitrifizierenden Betrieb der einzelnen Kaskadenstufen
unterteilt ist, und daß die einzelnen Kaskadenstufen durch Trennwände mit Abwasserdurchlässen
und mit für den Schwimmschlamm kaskadenbildenden Wehrverschlüssen auf den Trennwänden
gebildet sind, wobei die Wehrverschlüsse nach Maßgabe der Belüftung der einzelnen
Kaskadenstufen in Offenstellung oder Schließstellung verstellbar sind.
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- Nach Lehre der Erfindung lassen sich also sämtliche Kaskadenstufen
des Denitrifikationsbeckens wahlweise aerob (Nitrifikation) oder anaerob (Denitrifikation)
betreiben, so daß sich bei Verwirklichung von beispielsweise drei bis fünf Kaskadenstufen
unschwer der jeweils effektivste Betriebszustand wählen läßt. - Wird eine Kaskadenstufe
belüftet, so steigt durch die eingeblasene Luft der Wasserspiegel um ca. 10 bis
20 cm an. Damit die Denitrifikation in der unbelüfteten Kaskadenstufe nicht gehemmt
wird, muß verhindert werden, daß sauerstoffreiches Abwasser aus der belüfteten Kaskadenstufe
in die unbelüftete Kaskadenstufe gelangt. Das gelingt durch die an der Oberseite
der Trennwände angeordneten Wehrverschlüsse, die sich zwischen alternierend (aerob
- anaerob) betriebenen Kaskadenstufen in Schließstellung befinden. Ein dichtes Schließen
der Wehrverschlüsse ist nicht erforderlich, da der Wasserdruck in Fließrichtung
abnimmt und deshalb Rückströmungen verhindert. Im Denitrifikationsbecken bildet
sich durch Flotation Schwimmschlamm, der nur durch intensive Belüftung zerstört
werden kann. Die Wehrverschlüsse werden deshalb über die alternierende Betriebsweise
der Kaskadenstufen so gesteuert, daß der Schwimmschlamm ungehindert in das nachgeschaltete
Nitrifikationsbecken abtreiben kann. Der Durchfluß des Abwassers erfolgt über die
Abwasserdurchlässe in den Trennwänden und in den Wehrverschlüssen. Diese Wasserdurchlässe
können als Aussparungen von 5 bis 10 cm zwischen den Trennwänden und dem Beckenboden
sowie als schlitzartige Wasserdurchtrittsöffnungen in den Wehrverschlüssen ausgebildet
sein. Die Trennwände selbst können aus Holz, Aluminium, korrosionsbeständigem Stahl
o. dgl. bestehen. Sie unterliegen keiner nennenswerten statischen Belastung und
trennen lediglich den jeweils belüfteten Wasserkörper von dem unbelüfteten Wasserkörper.
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Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind im folgenden aufgeführt.
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Grundsätzlich können die Wehrverschlüsse verschiedenartig ausgebildet
sein, z. B. als in Leitschienen horizontal geführte Balken oder vertikal geführte
Platten. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung mit selbständiger Bedeutung
ist jedoch vorgesehen, daß die Wehrverschlüsse als an den Trennwänden schwenkbar
gelagerte Verschlußklappen mit in die Kaskadenstufen abgewinkelten Betätigungsarmen
ausgebildet sind, daß die Betätigungsarme an ihren klappenabgewandten Enden Schwimmer
mit auf ihrer Oberseite perforationsartigen Luftaustrittsöffnungen und auf ihrer
Unterseite Wassereintrittsöffnungen tragen, und daß die Belüftungseinrichtung zu
den Schwimmern führende und in den Schwimmern mündende flexible Druckluftleitungen,
z. B. Kunststoffschläuche, mit eigenen Absperrorganen aufweist. Wird also der Schwimmer
einer Verschlußklappe bzw. eines Wehrverschlusses über die flexible Druckluftleitung
mit Druckluft versorgt, so schwimmt dieser Schwimmer in der betreffenden Kaskadenstufe
auf und überführt über den Betätigungsarm die betreffende Verschlußklappe in Schließstellung.
Die betreffende Kaskadenstufe ist belüftet (Nitrifikation), während die davorliegende
Kaskadenstufe unbelüftet (Denitrifikation) bleibt. Wird der Druckluftstrom unterbrochen,
so entweicht die in dem Schwimmer verbleibende Luft durch die perforationsartigen
verhältnismäßig kleinen Luftaustrittsöffnungen. Der Schwimmer sinkt ab und überführt
die Verschlußklappe über den Betätigungsarm in Offenstellung. Der Abwasserstrom
passiert dann die betreffende Trennwand oben und unten, während der Schwimmschlamm
abtreiben kann. - Die Schwimmer können als sich ganz oder teilweise über die Klappenbreite
erstreckende Zylinder oder Schläuche, z. B. Kunststoffschläuche, ausgebildet sein,
wobei die im Bereich der Trennwände in die Kaskadenstufen eintauchenden flexiblen
Druckluftleitungen über die Betätigungsarme zu den Schwimmern
verlegt
sind. Dadurch wird eine Steuerung der Verschlußklappen bzw.
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Wehrverschlüsse über die Belüftung der Kaskadenstufen erreicht.
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Grundsätzlich ist aber auch eine Steuerung der Wehrverschlüsse über
Dichtedifferenzen oder aufsteigende Luft ebenso denkbar wie eine manuelle Betätigung
der Wehrverschlüsse.
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Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin
zu sehen, daß eine nitrifizierende Belebungsanlage mit vorgeschalteter Denitrifikation
für mikrobielle Stickstoffelimination aus nitrathaltigem Abwasser verwirklicht wird,
bei welcher eine relative Anpassung des Denitrifikationsbeckens an das Nitrifikationsbecken
und dadurch eine Optimierung der vorgeschalteten Denitrifikation unter Berücksichtigung
einer ungleichmäßigen Belastung der betreffenden Kläranlage bzw.
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Belebungsanlage erreicht wird. Durch die Steuerung der Wehrverschlüsse
zwischen den einzelnen Kaskadenstufen des Denitrifikationsbeckens in Abhängigkeit
von der Belüftung der einzelnen Kaskadenstufen wird eine Trennung von aeroben und
anaeroben Wasserkörpern unter alternierenden Bedingungen erreicht. Tatsächlich sorgen
die Wehrverschlüsse dafür, daß eine Rückströmung von sauerstoffreichem Abwasser
in die jeweils unbelüfteten Kaskadenstufen verhindert und folglich dort die Denitrifikation
nicht gehemmt wird, während der Schwimmschlamm intervallweise ungehindert in das
nachgeschaltete Nitrifikationsbecken abtreiben kann. Im Ergebnis zeichnet sich die
erfindungsgemäße Belebungsanlage durch eine besonders effektive und wirtschaftliche
Stickstoffelimination aus nitrathaltigem Abwasser und insbes. aus kommunalem Abwasser
aus.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden
Zeichnung näher erläutert; es zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäße Belebungsanlage
in schematischer Darstellung und Fig. 2 ausschnittsweise und im Querschnitt das
Denitrifikationsbecken für den Gegenstand nach Fig. 1.
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In den Figuren ist eine Belebungsanlage für die mikrobielle Stickstoffelimination
aus nitrathaltigem Abwasser, insbes. aus kommunalem Abwasser, dargestellt. Diese
Belebungsanlage weist ein Nitrifikationsbecken 1 und ein dem Nitrifikationsbecken
1 vorgeschaltetes Denitrifikationsbecken 2 auf. Während dem Denitrifikationsbecken
2 eine nicht dargestellte Vorklärung vorgeschaltet ist, ist dem Nitrifikationsbecken
eine angedeutete Nachklärung 3 nachgeschaltet. Das Denitrifikationsbecken 2 ist
in mehrere Kaskadenstufen 4a, 4b, 4c usw. mit einer Belüftungseinrichtung 5 für
jede Kaskadenstufe zum wahlweisen nitrifizierenden oder denitrifizierenden Betrieb
der einzelnen Kaskadenstufen 4a, 4b, 4c unterteilt. Die einzelnen Kaskadenstufen
4a, 4b, 4c sind durch Trennwände 6 mit Abwasserdurchlässen 7 und mit für den Schwimmschlamm
kaskadenbildenden Wehrverschlüssen 8 im oberen Bereich der Trennwände 6 gebildet.
Die Wehrverschlüsse 8 sind nach Maßgabe der Belüftung der einzelnen Kaskadenstufen
4a, 4b, 4c in Offenstellung oder Schließstellung verstellbar. Die Trennwände 6 weisen
im Bodenbereich Aussparungen 7a als Abwasserdurchlässe auf, während die Wehrverschlüsse
8 schlitzartige Wasserdurchtrittsöffnungen 7b als Abwasserdurchlässe 7 besitzen.
Die Wehrverschlüsse sind als an den Trennwänden 6 schwenkbar gelagerte Verschlußklappen
8 mit in die Kaskadenstufen 4a, 4b, 4c abgewinkelten Betätigungsarmen 9 ausgebildet.
Die Betätigungsarme 9 tragen an ihren klappen abgewandten Enden Schwimmer 10 mit
auf
ihrer Oberseite perforationsartigen, jedenfalls kleinen Luftaustrittsöffnungen
11 und auf ihrer Unterseite Wassereintrittsöffnungen 12. Die Belüftungseinrichtung
weist zu den Schwimmern 10 führende und in den Schwimmern 10 mündende flexible Druckluftleitungen
13, z. B. Kunststoffschläuche, mit eigenen Absperrorganen 14 auf. Die Schwimmer
10 sind als sich ganz oder teilweise über die Klappenbreite erstreckende Zylinder
oder Schläuche, z. B. Kunststoffschläuche, ausgebildet. Die im Bereich der Trennwände
6 in die Kaskadenstufen 4a, 4b, 4c eintauchenden flexiblen Druckluftleitungen 13
sind über die Betätigungsarme 9 zu den Schwimmern 10 hin verlegt. Die Absperrorgane
14 in den Druckluftleitungen 13 befinden sich außerhalb der Kaskadenstufen.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel können sich folgende Betriebsvarianten
ergeben: Eine davorliegende Kaskadenstufe 4a ist unbelüftet, die nachfolgende Kaskadenstufe
4b ist belüftet. In diesem Fall gelangt über die Druckluftversorgung des Denitrifikationsbeckens
bzw. der betreffenden Druckluftleitung 13 Druckluft in den in der belüfteten Kaskadenstufe
4b befindlichen Schwimmer 10. Die von diesem Schwimmer 10 betätigte Verschlußklappe
8 schließt. Das Abwasser passiert die betreffende Trennwand 6 am Boden und durch
die schlitzartigen Wasserdurchtrittsöffnungen 7b in der Verschlußklappe 8.
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Beide Kaskadenstufen 4a, 4b sind unbelüftet. Der Druckluftstrom versiegt.
Die im Schwimmer 10 verbleibende Druckluft entweicht durch die perforationsartigen
Luftaustrittsöffnungen 11, so daß der Schwimmer 10 absinkt und die betreffende Verschlußklappe
8 öffnet. Der Abwasserstrom passiert die Trennwand 6 oben und unten. Der Schwimmschlamm
kann ungehindert abtreiben.
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Beide Kaskadenstufen 4b, 4c sind belüftet. Es ist kein Druckluftstrom
vorhanden, da die Belüftung der davorliegenden Kaskadenstufe 4b über ein Dreiwegeventil
die Druckluftzufuhr sperrt. Die betreffende Verschlußklappe 8 bleibt abgesenkt bzw.
geöffnet. Der Abwasserstrom passiert auch in diesem Fall die Trennwand 6 oben und
unten, während der Schwimmschlamm frei abtreiben kann.
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Gegenstand der Hilfsgebrauchsmusteranmeldung ist ein ortsbewegliches
Denitrifikationsbecken mit seiner Ausrüstung.
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