DE3431736C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung von submersen aeroben biologischen Vorgängen, zum Beispiel zur biologischen Abwas­ serreinigung nach dem Belebtschlammverfahren, mit Zirkula­ tion und Abführen der für diese Vorgänge erforderlichen Mikroorganismen (vgl. die Patentansprüche 1 und 6).

Bei der als Beispiel genannten biologischen Abwasser­ reinigung nach dem Belebtschlammverfahren werden in erster Linie gelöste organische Verunreinigungen mit Hilfe aerober Bakterien abgebaut. Zur Sauerstoffversorgung der Mikroorga­ nismen und zu ihrem Vermischen mit dem Abwasser wurden frü­ her verschiedene Belüftungsvorrichtungen an der Oberfläche des Wassers verwendet. Diese Lösungen sind einfach und können im Falle von weniger verunreinigten Abwässern, in erster Li­ nie kommunalen Abwässern, auch wirtschaftlich sein. Zur Rei­ nigung der mit organischen Substanzen stark verschmutzten industriellen Abwässern ist jedoch ähnlich wie bei industriel­ len Gärungsvorgängen eine größere Menge von Mikroorganismen (Belebtschlamm) im Abwasser erforderlich, was eine intensive­ re Sauerstoffeinführung und ein stärkeres Rühren erfordert.

Wenn die an der Oberfläche befindlichen Belüfter für stark belastete Abwässer eingesetzt werden, ist der spezi­ fische Energiebedarf für die Belüftung im Vergleich zum bei kommunalen Abwässern erzielbaren spezifischen Energiebedarf bedeutend erhöht und der mit der Behandlung verbundene Auf­ wand ist, auch wegen der zu behandelnden großen Volumina, vergrößert. Als Beispiel sei erwähnt, daß der spezifische Energiebedarf der Sauerstoffeinführung [O₂-Eintrag] bei der Reinigung weniger belasteter Abwässer durch Oberflächenbe­ lüftung 0,45 bis 0,55 kWh/kg O₂ beträgt, während dieser Wert bei der Reinigung eines stark belasteten industriellen Abwassers 0,7 bis 0,8 kWh/kg O₂ durchaus erreichen kann. Da gleichzeitig damit auch die Menge des erforderlichen Sauerstoffes erhöht ist, bedeutet der Belüftungsaufwand eine immer größer werdende Last. Ein weiterer Nachteil der Oberflächenbelüfter besteht darin, daß mit ihnen nur Becken von beschränkter Tiefe (höchstens 3 bis 4 m) gleich­ mäßig belüftet werden können, das heißt, daß das Reinigungs­ behältnis eine große Grundfläche haben muß. Weitere Nachtei­ le sind die intensive Geruchsemission, die Bildung von Sprühnebeln und die Gefahr des Einfrierens.

Zur Behebung der Nachteile der Oberflächenbelüfter fin­ den zur Reinigung stark belasteter industrieller Abwässer die sogenannten Tiefbelüftungsverfahren (wie BAYER TURM- BIOLOGIE, HOECHST BIOHOCH REAKTOR) immer mehr Eingang in die Praxis. Diese Verfahren ermöglichen infolge einer we­ sentlich größeren Wassertiefe eine bedeutende Platzeinspa­ rung und gleichzeitig ist durch die Verlängerung der Ver­ weilzeit der Luftblasen auch die Menge des in Lösung gehen­ den Sauerstoffes erhöht. Diese Verfahren werden in Behäl­ tern aus Kohlenstoffstahl vorgenommen; diese können mit weniger Aufwand und einfacher gebaut werden als Behälter aus Stahlbeton und in diesen Tiefbelüftungsbehälter kön­ nen zur Schaffung der Phasengrenzflächen und zum Durchmi­ schen der Flüssigkeit moderne Lösungen angewandt werden (Hydrocarbon Proc. [1980] November, Seiten 191 bis 195; Chem.-Ing.-Tech. 52 [1980], Nr. 12, Seiten 930 bis 932), als deren Ergebnis der in den Tiefbelüftungsbehältern er­ reichbare spezifische Energiebedarf mit 0,25 bis 0,4 kWh/kg O₂ wesentlich günstiger als der der Oberflächenbelüftung ist, obwohl die einzuleitende Luft in von der Wassertiefe abhängendem Maße komprimiert werden muß (Chem.-Ing.-Tech. 52, [1980], Nr. 4, Seiten 330 bis 331).

Ein weiteres Charakteristikum der Tiefbelüftungsbehäl­ ter besteht darin, daß das Schlammabsetzbecken, das einen unabdingbaren Teil jeder biologischen Reinigungsanlage mit Belebtschlamm bildet, mit dem Tiefbelüftungsbehälter zusam­ mengebaut ist und um dessen äußerem oberen Teil herum kon­ zentrisch Platz findet, wodurch eine weitere Platzeinspa­ rung eintritt und die potentielle Energie des dorthin ge­ hobenen Wassers genutzt werden kann. Um das Schlammabsetz­ becken herum sind zur Ermöglichung einer gleichmäßigen Schlammabführung zahlreiche kegel- oder pyramidenförmig aus­ geführte Schlammableitungsstutzen beziehungsweise mit das Herabrutschen des Schlammes fördernden schrägen Leitplatten ausgerüstete größere Abteile angeordnet. Beide Lösungen verursachen tote Räume und erhöhen den Investitionsaufwand und ferner ist ihr Betrieb schwerfällig.

In den Abwasserreinigungsvorgängen mit Belebtschlamm trägt das biologisch gereinigte Wasser eine dem Volumen­ strom und der herrschenden Schlammkonzentration entsprechen­ de Menge an Mikroorganismen aus. Dieser Austrag ist oft das Mehrfache dessen, was während der biologischen Reinigung des Wassers durch die Vermehrung der Mikroorganismen an Schlamm entsteht. Deshalb muß zur Aufrechterhaltung der Schlammkon­ zentration im Belüftungsbehälter ein großer Teil des Schlam­ mes (mit Ausnahme des Überschußschlammes) aus dem Abschei­ der in den Belüftungsbehälter zurückgeführt werden. Der Vo­ lumenstrom der Schlammrückführung beziehungsweise -rezirku­ lation addiert sich zum Volumenstrom des frischen Abwassers, weswegen es zweckmäßig ist, die erforderliche Schlammenge mit möglichst wenig Waser zurückzuführen. Zu diesem Zweck wird in den Schlammabsetzbecken der Schlamm auf das 1,5- bis 2,5fache seiner Konzentration verdichtet. In der Pra­ xis ist damit zu rechnen, daß je nach den Eigengschaften des Schlammes das 0,8 bis 2fache Volumen an Schlamm, bezogen auf die Zuführung des frischen Abwassers, rückgeführt werden muß.

Bei den bekannten Belebtschlammverfahren ist zur Schlammrückführung im Interesse eines möglichst konzen­ trierten Schlammes ein großes Absetzvolumen erforderlich und eine entsprechend dimensionierte Pumpenkapazität muß eingebaut und betrieben werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Behe­ bung der Nachteile des Standes der Technik ein nur mit einem geringen Energieaufwand verbundenes kontinuierliches Verfahren zur Durchführung von submersen aeroben biologi­ schen Vorgängen, bei welchem ein geringeres Absetzvolumen ausreicht, da die mit der behandelten Flüssigkeit aus dem Belüftungsraum ausgetragenen Mikroorganismen mit einer geringeren Flüssigkeitsmenge zurückgeführt werden können, und beim Absetzen der Mikroorganismen ein Verdicken des Schlammes nicht erforderlich ist, sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung zu schaffen.

Das Obige wurde überraschenderweise durch die Erfin­ dung erreicht.

Gegenstand der Erfindung ist ein kontinuierliches Verfahren zur Durchführung von submersen aeroben biologi­ schen Vorgängen in einem dem Belüften von Mikroorganis­ men dienenden Belüftungsraum von kreisförmigem Querschnitt und senkrechter Achse und in einem außerhalb des Belüf­ tungsraumes an dessen oberem Umfang konzentrisch angeord­ neten mit diesem verbundenen Absetzraum durch Einführen des zu behandelnden rohen Flüssigkeitsstromes sowie der erforderlichen Nährstoffe und Hilfsstoffe in den Belüf­ tungsraum und während dessen in-Berührung-Bringen der die Mikroorganismen enthaltenden Flüssigkeit mit am Boden des Belüftungsraumes verteilt eingeführten, ge­ gebenenfalls pulsierenden, Luftströmen oder mit Sau­ erstoff angereicherten Gasströmen und Durchmischen, Rückführen der sich ausscheidenden Mikroorganismen aus dem Absetzraum in den Belüftungsraum sowie Ent­ fernen des gereinigten Flüssigkeitsstromes und der sich im Belüftungsraum ständig bildenden Mikroorgani­ men (Überschußschlamm) aus dem System und Abtrennen der letzteren von der Flüssigkeit, welches dadurch ge­ kennzeichnet ist, daß

• a) das Einführen des zu behandelnden rohen Flüssigkeitsstromes sowie der erforderlichen Nährstoffe und Hilfsstoffe in den Belüftungs­ raum am bzw. in der Nähe des Mantel(s) desselben und gegebenen­ falls ferner entlang weiterer, mit dem Mantel konzentrischer Kreise verteilt durchgeführt wird,
• b) höchstens das 1,1fache der in das Verfahren eingeführten Flüssig­ keit aus der Achse des Belüftungsraumes über den Umfang verteilt in den Absetzraum geleitet wird,
• c) das Rückführen der sich ausscheidenden Mikroorganismen, die sich durch ungehindertes Absetzen ausscheiden, in den Belüftungsraum aus dem unteren Teil des Absetzraumes durchgeführt wird,
• d) das Entfernen des gereinigten Flüssigkeitsstromes unter seiner Befreiung von den Mikroorganismen durch einen im oberen Teil des Absetzraumes vorgesehenen Überlauf aus dem System vorgenommen wird, und
• e) das Entfernen der sich im Belüftungsraum ständig bildenden Mikro­ organismen (Überschußschlamm) mit einem aus der Achse des Behäl­ ters entnommenen Flüssigkeitsstrom durchgeführt wird.

Die Patentansprüche 2 bis 5 nennen Ausgestaltungen dieses Verfahrens.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Schlamm­ konzentration des Belüftungsraumes in einfacher Weise mit einem höchstens 15% der zu behandelnden Flüssigkeitsmenge betragenden Flüssigkeitsstrom aufrechterhalten werden.

Die Gesamtmenge des aus dem Absetzraum abgeleiteten Flüs­ sigkeitsstromes und des abgeführten Überschußschlammes ist immer genauso groß wie die Menge des neu in das Verfahren eintretenden Flüssigkeitsstromes. Demnach ist die in den Absetzraum über­ führte höchstens 1,1fache Flüssigkeitsmenge, bezogen auf die in das Verfahren eingeführte Flüssigkeit, um die Sum­ me von höchstens 10% der Einspeisung und des Über­ schußschlammes größer als der aus dem oberen Teil des Ab­ setzraumes überlaufende behandelte Flüssigkeitsstrom. Diese Mehrmenge an Flüssigkeit, die nicht größer als 15% der Ein­ speisung ist, strömt vom Boden des Absetzraumes zusammen mit dem dünnen Schlamm in den Belüftungsraum zurück und ist in jedem Falle zur Aufrechterhaltung des hydraulischen Gleichgewichtes des Systemes ausreichend. Dementsprechend sind Schlammverdichter am Boden des Absetzraumes nicht er­ forderlich und die sich aus der behandelten Flüssigkeit aus­ scheidende Schlammasse gelangt mit wesentlich weniger Pum­ penarbeit als üblich schnell zurück in den Belüftungsraum.

Mit dem im erfindungsgemäßen Verfahren erfolgenden Ein­ führen des zu behandelnden rohen Flüssigkeitsstromes mit den erforderlichen Nähr- und Hilfsstoffen am beziehungswei­ se in der Nähe des Mantel(s) des Belüftungsraumes und gege­ benenfalls ferner entlang weiterer, mit dem Mantel konzen­ trischer Kreise in den mikrobiologischen Vorgang kann der sich während des radialen Durchströmens einstellende Kon­ zentrationsgradient beeinflußt werden.

Der Konzentrationsgradient kann auch durch die Anord­ nung der in den Belüftungsraum eingeleiteten Gasströme in Gruppen entlang konzentrischer Kreise und getrennte Rege­ lung der Gasversorgung der einzelnen Gruppen verändert wer­ den. Nach einer zweckmäßigen Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Verfahrens werden daher das Einführen der Luft- be­ ziehungsweise Gasströme in den Behälter in entlang konzen­ trischer Kreise angeordneten Gruppen durchgeführt und die Gasversorgung jeder Gruppe einzeln geregelt.

Für unterschiedliche aerobe mikrobiologische Vorgänge können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sowohl Luft als auch mit Sauerstoff angereicherte Gase verwendet werden und die Gase können erforderlichenfalls ähnlich wie die Flüssig­ keiten vor ihrem Eintritt in das Verfahren oder in der Vor­ richtung selbst erwärmt beziehungsweise gekühlt werden. Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens wird beziehungsweise werden daher die Flüssigkeit und/oder Luft beziehungsweise Gase vor ihrem Eintritt in das Verfahren erwärmt oder gekühlt. Nach einer anderen Aus­ führungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Luft/Flüssigkeit- beziehungsweise Gas/Flüssigkeit-System im Belüftungsbehälter erwämrt oder gekühlt.

Die potentielle Energie der in den Belüftungsraum ge­ leiteten Gase, die am Boden des Behälters, im allgemeinen durch konzentrische Verteilungsleitungen, eingeleitet wer­ den, kann unter Ausnutzung des Luftheber-Prinzips auch zum Vermischen des Behälterinhaltes genutzt werden, wobei zur intensiven Phasenberührung beziehungsweise Sauerstoffüber­ gabe der eingeleitete Gasstrom dispergiert (verteilt) be­ ziehungsweise manchmal auch pulsierend verwendet wird.

In vielen Fällen ist es erforderlich, daß die bei aeroben mikrobiologischen Vorgängen verwendeten Gase wegen ihres unangenehmen Geruches und wegen der Infektionsgefahr nicht unmittelbar in den umgebenden Luftraum abgeführt, sondern gesammelt und eventuell nachgereinigt werden. In diesem Fall wird ein geschlossener Belüftungsraum verwen­ det. Nach einer zweckmäßigen Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens werden daher die aus der Flüssig­ keit austretenden Gase gesammelt und dann aus dem Verfah­ ren abgeführt.

Nach einer besonderen vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Gase im Gleich­ strom mit dem oder im Gegenstrom zum den, zweckmäßig in meh­ rere Teile, unterteilten Belüftungsraum durchströmenden Flüssigkeitsstrom in der Weise geführt, daß die aus dem ersten Flüssigkeitsraum austretenden Gase in den folgenden Raumteil und jeder der aus einem Raumteil austretenden Gas­ ströme in den jeweils folgenden Raumteil geleitet werden. Es können also durch in den geschlossenen Belüftungsraum eingebaute, von oben in die Flüssigkeit hineinragende Leit­ zylinder die Gase mit dem in radialer Richtung strömenden Flüssigkeitsstrom im Gleichstrom oder zu diesem im Gegen­ strom in der Weise geleitet werden, daß die aus dem ersten Flüssigkeitsraum austretenden Gase mittels einer äußeren Arbeitsmaschine in den folgenden Raumteil geführt werden und entsprechend in bezug auf die weiter folgenden Raumtei­ le verfahren wird. Diese Ausführungsform ist besonders bei der Verwendung von mit Sauerstoff angereicherten Gasen so­ wie bei Verfahren mit zeitlich stark schwankendem Sauer­ stoffbedarf verteilhaft.

Bei aeroben mikrobiologischen Vorgängen kommt es oft vor, daß sich die Mikroorganismenmasse von der Flüssigkeit schlecht trennt. Eine derartige Erscheinung ist zum Bei­ spiel das bei der Abwasserreinigung mit Belebtschlamm in­ folge unterschiedlicher schwacher Vergiftungen oder durch Überlastung eintretende "Aufblähen" des Schlammes. Beim Auftreten solcher oder ähnlicher Erscheinungen werden im erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft Zusätze, wie Koaguliermittel und/oder Polyelektrolyte, welche die Ab­ trennung erleichtern, verwendet.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist vor allem zur bio­ logischen Reinigung stark belasteter Abwässer nach dem Belebtschlammverfahren und zur Durchführung von kontinuier­ lichen Gärverfahrenstechniken im technischen beziehungs­ weise industriellen Maßstab geeignet.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Höhe von 5 bis 30 m sowie kreisförmigem Querschnitt und senkrechter Achse, welche miteinander verbundene Be­ lüftungs- und Absetzräume und eine mit dem Belüftungsraum verbundene flüssigkeitsabführende Leitung und einen mit dem Absetzraum verbundenen Ablaufstutzen für das gereinig­ te Wasser aufweist, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß der Behälter durch eine konzentrisch mit ihm angeordnete Abteilglocke in zwei am unteren Rand der Abteilglocke mit­ einander kommunizierende und oben über eine in der Symme­ trieachse angeordnete Verteilerkammer mit Leitungen mit­ einander verbundene Räume, den Belüftungsraum und den Ab­ setzraum, unterteilt ist und die Verteilerkammer für die abzuführende Flüssigkeit mit der flüssigkeitsabführenden Leitung und der Absetzraum mit dem Ablaufstutzen für das gereinigte Wasser über einen Überlauf verbunden ist.

Die Ansprüche 7 bis 11 nennen Ausgestaltungen dieser Vorrichtung.

Vorzugsweise ist die dem Abführen der Flüssigkeit aus dem Belüftungsraum dienende Verteilerkammer mit einem Luft­ heber oder einer Tauchpumpe oder einer außer­ halb der Vorrichtung angeordneten Pumpe verbunden.

Auch ist bevorzugt zum Einleiten der zu reinigenden rohen Flüssigkeit in den Belüftungsraum ragende, von einer in der Symmetrieachse angeordneten Verteilerkammer für die rohe Flüssigkeit ausgehende, in einem Kreis oder in mehre­ ren konzentrischen Kreisen angeordnete Rohre vorgesehen.

Ferner sind vorzugsweise zum Leiten der aus dem Belüf­ tungsraum durch Zwangsströmung herausgehobenen Mikroorga­ nismen enthaltenden Flüssigkeit in den Absetzraum in die­ sem, zweckmäßig gleichmäßig über den Umfang verteilt, zahl­ reiche Einleitungsrohre eingebaut.

Vorzugsweise ist der Belüftungsraum oben geschlossen und weist einen dem Ableiten der austretenden Gase dienen­ den Stutzen auf.

Nach einer speziellen vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im Gasraum des Be­ lüftungsraumes mindestens ein von oben in die Flüssigkeit hineinragender mit dem Mantel des Behälters konzentrischer Zylindermantel vorgesehen.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind zusammengefaßt wie folgt:

• a) Die mit der behandelten Flüssigkeit aus dem Belüf­ tungsraum ausgetragenen Mikroorganismen können mit einfachen Mitteln und einer geringen Flüssigkeits­ menge gleichmäßig über den Umfang der Vorrichtung verteilt zurückgeführt werden.
• b) Beim Absetzen der Mikroorganismen ist ein Verdich­ ten des Schlammes nicht erforderlich, wodurch Raum gespart wird.
• c) Die Verdichtung der sich ständig bildenden Mikro­ organismen (Überschußschlamm) kann aus einem ¹/₁₀ bis ²/₁₀ der Einspeisung ausmachenden Teilstrom unter günstigen Bedingungen vorgenommen werden.
• d) Der Belebtschlamm gelangt schnell in den Belüftungs­ raum zurück, wodurch anaerobe Fäulnisprozesse ver­ meidbar sind.
• e) Die aus dem Absetzraum in den Belüftungsraum zurück­ strömende Mikroorganismenmasse kann vor dem Ver­ mischen mit dem zu behandelnden Flüssigkeitsstrom aufgelüftet werden.
• f) Der Belüftungsraum kann sowohl als gerührte Be­ hälterreaktionsvorrichtung als auch als Überfließ­ reaktionsvorrichtung beziehungsweise als deren Kom­ bination betrieben werden.
• g) Der im Belüftungsraum in der in radialer Richtung strömenden Flüssigkeit mögliche Konzentrations­ gradient kann über die Einleitung der Flüssigkeit und der Luft einfach geregelt werden.

Die Erfindung wird an Hand der folgenden beispielhaften Darlegungen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine charakte­ ristische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor­ richtung und

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch eine spezielle Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In Fig. 1 ist ein einen kegelförmigen Boden aufweisen­ der zylindrischer Behälter 10 durch eine zylindrisch-konische Ab­ teil- beziehungsweise Abtrennglocke 11 in zwei über einen entlang des Umfanges verlaufenden Spalt 5 miteinander kommunizie­ rende Teile, einen Belüftungsraum 12 und einen Absetzraum 19 geteilt. Im Belüftungsraum 12 unter der Abteilglocke 11 läuft der aerobe mikrobiologische Vorgang ab. Die erforder­ liche Luft beziehungsweise das erforderliche mit Sauerstoff angereicherte Gas wird in der Aufgabe entsprechend ange­ ordneten Röhrengruppen in gruppenweise geregelter Menge, nämlich durch oben und unten offene Rohre 13, 13 a, ein­ geleitet. Im Absetzraum 19 um die Abteilglocke 11 er­ folgt die Abscheidung der Mikroorganismen aus der behan­ delten Flüssigkeit. Die sich absetzenden Mikroorganismen gelangen durch den Spalt 5 zurück in den Belüftungsraum 12.

Die zu behandelnde Flüssigkeit wird durch eine Leitung 1 über eine Verteilerkammer 8 und sich an diese anschließen­ de auf der Linie eines oder mehrerer konzentrischer Kreise angeordnete Leitungen 9 und/oder 9 a kontinuierlich in den Be­ lüftungsraum 12 geleitet. An seinen Einleitungsstellen wird der zu behandelnde Flüssigkeitstrom durch Durchleiten von Luft oder mit Sauerstoff angereichertem Gas durch die dem Ein­ leiten derselben beziehungsweise desselben und Mischen und in-Berührung-Bringen dienenden Rohre 13, 13 a mit dem Behäl­ terinhalt vermischt und, während er den Behälter in radia­ ler Richtung durchströmt, mit dem für die mikrobiologischen Vorgänge erforderlichen Sauerstoff versorgt. Das für die mikrobiologischen Umwandlungen und zum Mischen erforderli­ che Gas wird durch eine Leitung 2 eingeführt und seine Menge ist für jede der zweckmäßig entlang konzentrischer Kreise angeordneten Gruppen von Rohren 13, 13 a mittels Dosierventile 2′ regelbar. Der durch die an die Verteiler­ kammer 8 angeschlossenen Leitungen 9, 9 a eingeleitete Flüssigkeitsstrom fließt während des Mischvorganges in ra­ dialer Richtung durch den Belüftungsraum 12 des Behäl­ ters 10 auf dessen Achse zu, an welcher aus der die Mikro­ organismen enthaltenden Flüssigkeit ein geregelter Volumen­ strom 3 mittels eines Lufthebers oder auf sonstige Wei­ se in eine mit der Flüssigkeitshebevorrichtung 14 verbun­ dene Verteilerkammer 15 gehoben wird. Von dieser wird die Flüssigkeit durch Leitungen 16 und Einleitungsrohe 17 in den mit dem Belüftungsraum 12 konzentrischen, von der Wand des Behälters 10 und der Wand der Abteilglocke 11 begrenz­ ten Absetzraum 19 eingebracht.

Aus diesem Absetzraum 19 gelangen die sich frei (un­ gehindert) absetzenden Mikroorganismen durch den Spalt 5 zurück in den Belüftungsraum 12, in welchem sie erforder­ lichenfalls vor dem Vermischen mit der zu behandelnden Flüssigkeit durch mittels der dem Mantel des Behälters 10 am nächsten befindlichen Gruppe von Rohren 13 a vorgenommene Be­ lüftung aktiviert werden können. Die sich im mikrobiolo­ gischen Vorgang ständig vermehrenden Mikroorganismen (der Überschußschlamm) wird, zweckmäßig durch den Volumenstrom 3 transportiert, über die Leitung 6 einer in an sich bekann­ ter Weise arbeitenden Schlammbehandlung 20 zugeführt. Der im Absetzraum 19 gereinigte Flüssigkeitsstrom 4 tritt durch einen Überlauf 18 aus dem Verfahren aus. Die aus dem Verfahren austretenden Gase werden gesammelt, durch eine Leitung 7 abgeführt und gegebenenfalls gereinigt.

Gemäß der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform der er­ findungsgemäßen Vorrichtung ist deren Gasraum durch im Be­ lüftungsraum 12 befindliche, von oben in die Flüssigkeit hineinragende konzentrische Zylindermäntel 22 in Einzel­ räume aufgeteilt. Die aus den Gasräumen austretenden Gase werden mittels Düsen 21 durch Leitungen 2 a, 2 b, 2 c in ra­ dialer Richtung entweder von außen nach innen oder von in­ nen nach außen der Reihe nach durch die Misch- und Berüh­ rungsabschnitte geleitet, das heißt, daß sie im Gleich­ strom mit oder im Gegenstrom zu der radial strömenden Flüssigkeit geführt werden.

Ferner wird die Erfindung an Hand des folgenden Bei­ spieles näher erläutert.

Beispiel

Zur Abwasserreinigung mit Belebtschlamm nach dem er­ findungsgemäßen Verfahren wurde eine Vorrichtung mit einem Volumen von 1720 m³ und einer Wassertiefe von 7,5 m, die durch eine Abteilglocke 11 in einen Belüftungsraum 12 mit einem Volumen von 1380 m³ und einen Absetzraum 19 mit einem Volumen von 340 m³ unterteilt war, verwendet. In den Belüftungsraum 12 waren sechzig dem Mischen und in-Berüh­ rung-Bringen dienende Rohre 13, 13 a eingebaut. Mit Hilfe dieser Rohre 13, 13 a und unter Nutzung der potentiellen Energie der unten eingeleiteten Luft wurde der Behälterin­ halt gerührt, wobei der für die mikrobiologischen Vorgänge erforderliche Sauerstoff in Lösung ging und am Reinigungs­ vorgang teilnahm. Das biologisch gereinigte Abwasser wur­ de mit Hilfe eines Lufthebers 14 durch über den Umfang des Absetzraumes 19 gleichmäßig verteilte achtzehn Einleitungs­ rohre 17 in den Absetzraum 19 geführt.

Die zu behandelnden 54 m³/h rohes Abwasser, das von verschiedenen Verfahrenstechniken der Herstellung von Pflanzenschutzmitteln herstammte, wurden neutralisiert, gleichmäßig gemacht und mit Nährstoffen versehen. Dann wur­ de dieses Abwasser entlang des Mantels der Vorrichtung durch Leitungen 9, 9 a in den Belüftungsraum 12 geführt. Die durchschnittliche Verschmutzung des Abwassers betrug 5700 g/m³ CSB (chemischer Sauerstoffbedarf) und der Wir­ kungsgrad der Reinigung war 90%. In den Belüftungsraum 12 wurde unter einem Druck von 1,85 bar aus (in den Figuren nicht dargestellten) drei konzentrischen Ringleitungen durch die von ihnen weggehenden sechzig dem Mischen und in-Berührung-Bringen dienenden Rohre 13, 13 a Luft in einer Menge von 3750 m³/h eingeleitet. Die Schlammkonzentra­ tion im Belüftungsraum 12 betrug durchschnittlich 4,5 kg/m³ und die anfallende Menge an Überschußschlamm war 26 kg/h.

Aus dem Belüftungsraum 12 wurden mit Hilfe des Luft­ hebers 14 54 m³/h schlammiges Wasser in den Absetzraum 19 geleitet, aus dem das vom Schlamm abgetrennte gereinigte Wasser in einer Menge von 47 bis 48 m³/h durch den Über­ lauf austrat. Der im biologischen Vorgang anstehende Über­ schußschlamm wurde je nach der Schlammkonzentration mit einem Wasserstrom von 6 bis 7 m³/h ebenfalls mit Hilfe des Lufthebers 14 aus dem Verfahren entfernt und in einem klei­ nen Apparat in bekannter Weise abgesetzt und verdichtet. Der sich im Absetzraum 19 aus dem gereinigten Wasser ab­ scheidende Schlamm (etwa 260 kg/h) wanderte zusammen mit 6 bis 7 m³/h Wasser in der Vorrichtung nach unten und ge­ langte durch einen Spalt 5 in den Belüftungsraum 12 zurück. Dieser nach unten wandernde Flüssigkeitsstrom reichte aus, um das hydraulische Gleichgewicht des Behälters 10 im Gleichgewicht zu halten.

Zum Vergleich werden im folgenden die Materialströme bekannter Verfahren angegeben:

• I. Abwassereinspeisung in den Belüftungsraum: 54 m³/h.
• II. Der zur Rückführung des auf eine Konzentration von 9 kg/m³ verdichteten Schlammes aus dem Absetzraum erforderliche Wasserstrom: 48 m³/h.
• Der zum Abführen des Überschußschlammes erforderli­ che Wasserstrom: 3 bis 5 m³/h.
• III. Volumen des Absetz- und Verdichtungsraumes: 400 m³.

Aus dem Vergleich ist klar ersichtlich, daß das erfin­ dungsgemäße Verfahren die folgenden Vorteile hat:

• A) Es ist nicht erforderlich, den sich absetzenden Belebtschlamm zu verdichten, bevor er in den Be­ lüftungsraum zurückgeführt wird. Dadurch kann beim Absetzraum ein Volumen von etwa 15% gespart werden.
• B) Die Schlammrückführung aus dem Absetzraum ist ein­ fach und erfordert im Gegensatz zu den bekannten Lösungen kaum 15% des Flüssigkeitsstromes und des­ halb auch weniger Pumpenarbeit.

Die zum Absetzen und Verdichten des Überschußschlammes erforderliche zusätzliche Vorrichtung hat der Menge des Überschußschlammes entsprechend ein geringes Volumen. Da­ durch, daß die Schlammbehandlung gesondert erfolgt, können auch Verfahrenstechniken und Zusätze, die das Verdichten günstig beeinflussen, verwendet werden.

Claims (11)

1. Kontinuierliches Verfahren zur Durchführung von sub­ mersen aeroben biologischen Vorgängen in einer dem Belüften von Mikroorganismen dienenden Belüftungsraum von kreisförmigem Querschnitt und senkrechter Achse und in einem außerhalb des Belüftungsraumes an des­ sen oberem Umfang konzentrisch angeordneten mit die­ sem verbundenen Absetzraum durch Einführen des zu be­ handelnden rohen Flüssigkeitsstromes sowie der erfor­ derlichen Nährstoffe und Hilfsstoffe in den Belüf­ tungsraum und während dessen in-Berührung-Bringen der die Mikroorganismen enthaltenden Flüssigkeit mit am Boden des Belüftungsraumes verteilt eingeführten, ge­ gebenenfalls pulsierenden, Luftströmen oder mit Sau­ erstoff angereicherten Gasströmen und Durchmischen, Rückführen der sich ausscheidenden Mikroorganismen aus dem Absetzraum in den Belüftungsraum sowie Ent­ fernen des gereinigten Flüssigkeitsstromes und der sich im Belüftungsraum ständig bildenden Mikroorganis­ men (Überschußschlamm) aus dem System und Abtrennen der letzteren von der Flüssigkeit, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man

• a) das Einführen des zu behandelnden rohren Flüssigkeits­ stromes sowie der erforderlichen Nährstoffe und Hilfs­ stoffe in den Belüftungsraum am bzw. in der Nähe des Mantel(s) desselben und gegebenenfalls ferner entlang weiterer, mit dem Mantel konzentrischer Kreise ver­ teilt durchführt,
• b) höchstens das 1,1fache der in das Verfahren einge­ führten Flüssigkeit aus der Achse des Belüftungsraumes über den Umfang verteilt in den Absetzraum leitet,
• c) das Rückführen der sich ausscheidenden Mikroorganis­ men, die sich durch ungehindertes Absetzen ausschei­ den, in den Belüftungsraum aus dem unteren Teil des Absetzraumes durchführt,
• d) das Entfernen des gereinigten Flüssigkeitsstromes unter seiner Befreiung von den Mikroorganismen durch einen im oberen Teil des Absetzraumes vorgesehenen Überlauf aus dem System vornimmt, und
• e) das Entfernen der sich im Belüftungsraum ständig bil­ denden Mikroorganismen (Überschußschlamm) mit einem aus der Achse des Behälters entnommenen Flüssigkeits­ strom durchführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Einführen der Luft- beziehungsweise Gasströme in den Behälter in entlang konzentri­ scher Kreise angeordneten Gruppen durchführt und die Gasversorgung jeder Gruppe einzeln regelt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man die Flüssigkeit und/oder Luft be­ ziehungsweise Gase vor ihrem Eintritt in das Verfah­ ren erwärmt oder kühlt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß man das Luft/Flüssigkeit- beziehungsweise Gas/Flüssigkeit-System im Belüftungsbehälter erwärmt oder kühlt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß man die Gase im Gleichstrom mit dem oder im Gegenstrom zum den, zweckmäßig in mehrere Teile, un­ terteilten Belüftungsraum durchströmenden Flüssig­ keitsstrom in der Weise führt, daß man die aus dem ersten Flüssigkeitsraum austretenden Gase in den folgenden Raumteil und jeden der aus einem Raumteil austretenden Gasströme in den jeweils folgenden Raum­ teil leitet.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1 bis 5 mit einer Höhe von 5 bis 30 m sowie kreisförmigem Querschnitt und senkrechter Ach­ se, welche miteinander verbundene Belüftungs- und Ab­ setzräume und eine mit dem Belüftungsraum verbundene flüssigkeitsabführende Leitung und einen mit dem Ab­ setzraum verbundenen Ablaufstutzen für das gereinig­ te Wasser aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (10) durch eine konzentrisch mit ihm ange­ ordnete Abteilglocke (11) in zwei am unteren Rand der Abteilglocke (11) miteinander kommunizierende und oben über eine in der Symmetrieachse angeordnete Verteilerkammer (15) mit Leitungen (16) miteinander verbundene Räume, den Belüftungsraum (12) und den Ab­ setzraum (19), unterteilt ist und die Verteilerkam­ mer (15) für die abzuführende Flüssigkeit mit der flüssigkeitsabführenden Leitung (6) und der Absetz­ raum (19) mit dem Ablaufstutzen (4) für das gerei­ nigte Wasser über einen Überlauf (18) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Abführen der Flüssigkeit aus dem Belüf­ tungsraum (12) dienende Verteilerkammer (15) mit einem Luftheber oder einer Tauchpumpe oder einer außerhalb der Vorrichtung angeordneten Pumpe verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zum Einleiten der zu reinigenden ro­ hen Flüssigkeit in den Belüftungsraum (12) ragende, von einer in der Symmetrieachse angeordneten Vertei­ lerkammer (8) für die rohe Flüssigkeit ausgehende, in einem Kreis oder in mehreren konzentrischen Krei­ sen angeordnete Rohre (9, 9 a) vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zum Leiten der aus dem Belüftungsraum (12) durch Zwangsströmung herausgehobenen Mikroorga­ nismen enthaltenden Flüssigkeit in den Absetzraum (19) in dieser, zweckmäßig gleichmäßig über den Umfang ver­ teilt, zahlreiche Einleitungsrohre (17) eingebaut sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Belüftungsraum (12) oben geschlos­ sen ist und einen dem Ableiten der austretenden Gase dienenden Stutzen (7) aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Gasraum des Belüftungsraumes (12) mindestens ein von oben in die Flüssigkeit hineinra­ gender mit dem Mantel des Behälters (10) konzentri­ scher Zylindermantel (22) vorgesehen ist.