DE3433018A1 - Vorrichtung zur biologischen reinigung von abwasser - Google Patents

Vorrichtung zur biologischen reinigung von abwasser

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DE3433018A1 DE19843433018 DE3433018A DE3433018A1 DE 3433018 A1 DE3433018 A1 DE 3433018A1 DE 19843433018 DE19843433018 DE 19843433018 DE 3433018 A DE3433018 A DE 3433018A DE 3433018 A1 DE3433018 A1 DE 3433018A1
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Description

  • Vorrichtung zur biologischen
  • Reinigung von Abwasser Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur biologischen Reinigung von Abwasser in einem Reaktor mit einer Zuleitung für zu behandelndes Abwasser, mit einer Ableitung für behandeltes Abwasser, gegebenenfalls mit einer Zuleitung für Belebtschlamm, mit einer Gaseintragseinrichtung mit Gaszuleitung für die Zufuhr eines Sauerstoff enthaltenden Gases und mit Trägerelementen als Ansiedlungsfläche für Mikroorganismen.
  • Bei der biologischen Abwasserreinigung ist es bekannt, daß mit der Verwendung von Trägerelementen für die Ansiedlung von Mikroorganismen die Biomassenkonzentration in einem Reaktor relativ hoch gehalten und damit die Biomasse je Volumeneinheit entsprechend hoch belastet werden kann. Die Raumbelastung ist somit wesentlich größer als bei allen anderen biologischen Reinigungssystemen, wodurch sich der Vorteil ergibt, daß ein entsprechender, mit Trägerelementen beschickter Reaktor einen wesentlich geringeren Raumbedarf als ein normales Belebungsbecken aufweist. Dazu kommt, daß nur wenig oder kein Rücklaufschlamm aus einer Nachklärung zurückgepumpt werden muß und die Größe der Nachklärung klein gehalten werden kann.
  • Als Trägerelemente haben sich insbesondere solche aus offenzelligen Polymerverbindungen bewährt, die eine Teilchengroße von 5 bis 50 mm und offene Makroporen von 0,1 bis 3 mm aufweisen. Bei solchen Trägerteilchen können sich die Mikroorganismen aufgrund der offenzelligen Struktur bis ins Innere ansiedeln.
  • Von Bedeutung bei solchen Reinigungssystemen unter Verwendung von Trägerelementen für Mikroorganismen ist, daß über geeignete Begasungseinrichtungen ein für die hohe Biomassenkonzentration ausreichender Sauerstoffeintrag sichergestellt ist. Dazu werden üblicherweise Ausströmer, Filterkerzen, Fritten oder ähnliche Begasungseinrichtungen mit kleinen Gasaustrittsporen zur Erzeugung feiner Gasblasen verwendet, wobei jedoch die Gefahr gegeben ist, daß sich die Gasaustrittsporen durch Verunreinigungen im Behandlungsgas, durch freien Belebtschlamm oder durch mineralische Ni#ederschläge zu#etzen.Außerdem können solche Begasungseinrichtungen wegen des hohen Druckabfalls nicht mit kostengünstigen Gebläsen, sondern nur mit druckstarken Verdichtern betrieben werden.
  • Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde bereits auch vorgeschlagen, solche Begasungseinrichtungen, wie Tauchbelüfter oder Ejektoren, zu verwenden, die zwar einen hohen Gaseintrag gewährleisten, aber nur unter besonderen Vorkehrungen zum Aufrechterhalten einer trägermaterialfreien Zone, in der die Begasung durchgeführt oder aus der das Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch zur Begasung abgezogen wird, eingesetzt werden können, da ansonsten die Gefahr gegeben ist, daß die Trägerelemente durch die von den Begasungseinrichtungen erzeugten Scherkräfte zerstört werden Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß auf einfache und wirtschaftliche Weise ein hoher Sauerstoffeintrag und ein intensiver Stoffaustausch sichergestellt wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsg:emäß dadurch gelöst, daß die Gaseintragseinrichtung mindestens ein Begasungselement mit Gasdurchtrittsöffnungen mit einem Durchmesser von 3 bis 25 mm und mit einer Anzahl der Gasdurchtrittsöffnungen von 4 bis 100 pro 100 cm2 aufweist.
  • Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß die für die Ansiedlung der Mikroorganismen verwendeten Trägerelemente zusätzlich auch als Schikanen und als Haftkörper für aufsteigende Gasblasen wirken, durch die große Gasblasen zu kleinen Gasblasen zerteilt werden. Aufgrund dessen werden erfindungsgemäß die Begasungselemente der Gaseintragseinrichtung mit relativ großen Gasdurchtrittsöffnungen von 3 bis 25 mm Durchmesser versehen, die eine grobblasige oder zumindest eine mittelblasige Begasung ergeben. Dadurch sind die Investitions- und Betriebskosten für die Gaseintragseinrichtungen sehr gering. Da die erzeugten Gasblasen dann aufgrund der dispergierenden und auftriebsverzögernden Wirkung der Trägerelemente zu kleinen Gasblasen zerteilt und längere Kontaktzeiten erreicht werden, liegt auch die Sauerstoffeintrasleistung ausreichend hoch. Je höher der Reaktor ist und je größer somit der Aufstiegsweg der Gasblasen zur Flüssigkeits-Oberfläche ist, desto stärker kommen diese Effekte zum tragen.
  • Die Anzahl der Gasdurchtrittsöffnungen, die zweckmäßigerweise zwischen 4 bis 100 Gasdurchtrittsöffnungen pro 100 cmaliegt, hängt dabei sowohl von der Größe der Gasdurchtrittsöffnungen als auch von dem verwendeten Reaktortyp ab.
  • Bei einem volldurchmischten Becken mit einem Volumenanteil der Trägerelemente von 10 bis 40 % am Gesamtvolumen des Reaktors weist das Begasungselement vorteilhafterweise Gasdurchtrittsöffnungen mit einem Durchmesser von 5 bis 10 mm und in einer Anzahl von 20 bis 100, vorzugsweise von 40 bis 80, pro 100 cm2 auf, Bei einem Fließbett- oder Festbettreaktor mit einem Volumenanteil der Trägerelemente von 40 bis 80 % am Gesamtvolumen des Reaktors weist das Begasungselement vorteilhafterweise Gasdurchtrittsöffnungen mit einem Durchmesser von 10 bis 25 mm und in einer Anzahl von 4 bis 30, vorzugsweise von 6 bis 15, pro 100 cm2 aug, Je größer die Fülldichte eines Reaktors mit Trägerelementen ist, desto größer können die Durchmesser der Gasdurchtrittsöffnungen und desto kleiner die Anzahl der Gasdurchtrittsöffnungen gewählt werden, da dann große Gasblasen aufgrund der größeren Menge der Trägerelemente an einem raschen Aufstieg zur Flüssigkeitsoberfläche gehindert sowie in kleine Gasblasen zerteilt werden und bei wenigen großen Gasdurchtrittsöffnungen die Gefahr des Zuwachsens, was einen Druckabfall bedeuten würde, nicht gegeben ist.
  • Solche Begasungseinrichtungen können damit wartungsfrei betrieben werden.
  • Mit Vorteil weist das Begasungselement eine ebene Begasungsfläche auf, in der die Gasdurchtrittsöffnungen ringförmig, kreuzförmig oder punktförmig verteilt angeordnet sind. Diese Verteilung der Gasdurchtrittsöffnungen ergibt eine ungleichmäßige Flächenbegasung, die bei einem volldurchmischten Reaktor bzw. einem Fließbettreaktor eine auf- und absteigende Flüssigkeitsbewegung fördert.
  • Dieser Effekt wird noch verstärkt, wenn die Begasungselemente gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung Gasdurchtrittsöffnungen mit unterschiedlichen Durchmessern aufweisen. Beispielsweise bei ringförmiger Anordnung der Gasdurchtrittsöffnungen können mehrere Lochreihen konzentrisch zueinander vorgesehen werden, wobei dann die Durchmesser der Gasdurchtrittsöffnungen in den einzelnen Lochreihen zweckmäßigerweise nach außen hin abnehmen. Dadurch wird eine im Zentrum des Reaktors aufsteigende und an der Wand des Reaktors absteigende Flüssigkeitswalze erzeugt, mit der der negative Einfluß der Wandreibung auf eine erwünschte Vermischung ausgeschaltet werden kann.
  • Zur Bildung der ebenen Begasungsfläche können die Begasungselemente aus einer mit Abstand über dem Reaktorboden angeordneten, mit Gasdurchtrittsöffnungen versehenen Platte, unter der die Gaszufuhrleitung mündet, oder aus einzelnen, nahe des Reaktorbodens angeordneten Baukörpern mit Gaszufuhrleitungen und mit einer ebenen, oberen Abschlußplatte, in der entsprechende Gasdurchtrittsöffnungen vorhanden sind, bestehen. Mit Vorteil ist dabei die ebene Begasungsfläche in einfacher Weise aus einem Lochblech, einem Sieb, einem Gitter oder einem Metallgewebe gefertigt, wobei diese Bauteile im Hinblick auf die gewünschte Anzahl und Größe der Gasdurchtrittsöffnungen auszuwählen sind.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß über und/oder unter dem Begasungselement eine rotierende Blende angeordnet ist. Diese rotierende Blende erzeugt in den einzelnen, von ihr nicht abgedeckten Bereichen einen Blasenschwall, wodurch das Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch und die Trägerelemente in eine pulsierende Bewegung versetzt werden, die ihrerseits die Durchmischung des Reaktors sowie den Stoffaustausch und den Biomassenaustausch in den Trägerteilchen intensiviert. Die Trägerelemente gelangen dabei ohne weiteres aus oberen in untere und umgekehrt aus unteren in obere Wasserschichten, wobei dann der Gas in halt der Trägerelemente, der je nach den stattfindenden mikrobiologischen Umwandlungsprozessen aus CO2 oder aus N2 besteht, aufgrund des wechselnden hydrostatischen Druckes beim Absinken zusammengepreßt und beim Aufsteigen wieder ausgedehnt wird. Beim Zusammenpressen des Gas inhalts werden bei entsprechender Porengröße Schmutzstoffe sowie gelöstes Gas enthaltende Flüssigkeit in die Trägerelemente eingesaugt, während beim Ausdehnen des Gas inhalts abgestorbene Biomasse, ein Teil des entstandenen Gases sowie Flüssigkeit ausgetragen wird. Aufgrund dieses durch das Einbringen der Trägerteilchen in Zonen unterschiedlich hohen hydrostatischen Druckes erreichten Pumpeffektes ist es nicht erforderlich, daß die Trägerelemente selbst flexibel sind.
  • Zur Unterstützung dieser Vorgänge werden zweckmäBigerweise Trägerelemente aus offenzelligen Polymerschaumstoffen, wie Polyurethan, Harnstoff-Formaldehyd, Harzen, Polyäthylen, Polypropylen oder Silikonpolymer mit einer Teilchengröße von 5 bis 50 mm und mit offenen Makroporen von 0,1 bis 3 mm verwendet. Wie sich gezeigt hat, bilden gerade derartige Trägerelemente mit offenzelliger Struktur eine solche Ansiedlungsfläche für Mikroorganismen, daß stabile Bakterienansammlungen bis ins Innere der Trägerelemente möglich sind, durch dezentralisiertes Wachstum der Bakterien die Ausbildung einer großen Stoffaustauschfläche gegeben ist, die gesamte auf und in den Trägerelementen fixierte Biomasse mit Sauerstoff versorgt wird und ein Verstopfen der Makroporen nicht eintritt, wodurch im Reaktor in konstanter Weise eine sehr hohe Biomassenkonzentration aufrechterhalten werden kann.
  • Zur Erzeugung der pulsierenden Flüssigkeitsbewegungen im Reaktor ist anstelle oder in Verbindung mit der Verwendung einer rotierenden Blende weiterhin in zweckmäßiger Weise vorgesehen, das Begasungselement in einzelne Segmente aufzuteilen und den Segmenten getrennte Gaszufuhrleitungen mit Einstellventilen zuzuordnen. Bei Ausbildung des Begasungselements beispielsweise als über dem Reaktorboden angeordneter Platte mit Gasdurchtrittsöffnungen wird dies in einfacher Weise dadurch erreicht, daß zwischen der Platte und dem Reaktorboden entsprechende Trennwände angeordnet sind, die im Reaktor unterhalb der Platte einzelne, den Segmenten des Begasungselementes zugeordnete Kammern ausbilden. An diese ist dann je eine Gaszufuhrleitung mit Einstellventil angeschlossen. Das periodische Ansteuern der einzelnen Einstellventile und damit das periodische Einleiten von Gas in die einzelnen Kammern unterhalb der Platte ergibt dann aufgrund des periodischen Blasenaustritts aus den Gasdurchtrittsöffnungen der Platte ebenso die vorstehend beschriebene pulsierende Bewegung von Flüssigkeit und Trägerelementen. Zusätzlich kann bei dieser Ausbildung der Begasungselemente noch Einfluß auf die biologischen Vorgänge im Reaktor insofern gewonnen werden, als in unbegasten Segmenten des Begasungselements die Gaszufuhr so lange unterbrochen werden kann, daß sich unter Sauerstoffmangel in den über den Segmenten befindlichen Reaktorzonen Denitrifikationsvorgänge einstellen. Die geschilderten Vorgänge mit einem Auf- und Abstieg der einzelnen Trägerelemente können nicht nur bei volldurchmischten Becken oder Fließbettreaktoren aufrechterhalten werden, bei denen der Durchmesser der Gasdurchtrittsöffnungen entsprechend dem Volumenanteil der Trägerelemente am Gesamtvolumen des Reaktors zwischen 3 und 10 mm bei volldurchmischten Becken und bis# etwa 15 mm bei Fließ- bettreaktoren gehalten werden,sondern auch bei Festbettreaktoren verwirklicht werden, bei denen die Größe der Gasdurchtrittsöffnungen bis zu 25 mm Durchmesser erweitert ist.
  • Denn durch die pulsierende Begasung-wird auch ein-Festbett erschüttert, wodurch die Trägerelemente in langsame Bewegung versetzt werden.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt.
  • Es zeigen Figur 1 eine#Ansicht eines Reaktors zur biologischen Reinigung von Abwasser mit einem erfindungsgemäßen Begasungselement und einer Blende, die Figuren 2 bis 4 in der Draufsicht verschiedene Ausführungsformen von Begasungselementen.
  • In der Figur 1 ist ein beispielsweise als volldurchmischtes Becken oder Fließbettreaktor ausgebildeter Reaktor zur biologischen Reinigung von Abwasser mit 1 bezeichnet. An den Reaktor 1 ist eine Zuleitung 2 für zu behandelndes Abwasser, eine Ableitung 3 für behandeltes Abwasser, eine Zuleitung 4 für Belebtschlamm sowie eine Gaszuleitung 8 für die Zufuhr eines Sauerstoff enthaltenden Gases, wie Luft, einem Sauerstoff-Luftgemisch oder reinem Sauerstoff, angeschlossen. Je nach Art des einzutragenden Gases ist der Reaktor 1 oben in bekannter Weise gegen die Atmosphäre offen oder geschlossen ausgebildet. Die Zuleitung 4 für Belebtschlamm braucht bei Verwendung des Reaktors 1 allein zur.Nitrifikation nicht unbedingt vorhanden zu sein.
  • Im Reaktor 1 sind Trägerelemente 10 als Ansiedlungsfläche für Mikroorganismen vorgesehen Diese Trägerelemente 10 sind zweckmäßigerweise aus offenzelligen Polymerschaumstoffen, wie Polyurethan, Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Polyäthylen, Polypropylen oder Silikonpolymer in einer Teilchengröße von 5 bis 50 mm und mit offenen Makroporen von 0,1 bis 3 mm Durchmesser gefertigt. Die Menge der Trägerelemente 10 ist dabei auf einem Volumenanteil von 10 bis etwa 50 % am Gesamtvolumen des Reaktors 1 begrenzt, so daß die Trägerelemente weitgehend frei beweglich im Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch des Reaktors 1 schweben können.
  • Zur Begasung des Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches ist mit Abstand über dem Boden des Reaktors 1 ein Begasungselement 5 angeordnet, das als Platte mit Gasdurchtrittsöffnungen 7 die Reaktorfläche überspannt. Durch Wände 6 ist der Raum unterhalb des Begasungselementes 5 in vier Bereiche aufgeteilt, wodurch die Fläche des Begasungselements 5 in vier Segmente 5a bis 5d zerfällt. Diesen vier Segmenten 5a bis 5d bzw. den vier unterhalb des Begasungselementes 5 vorhandenen Kammern ist je eine Gaszuleitung 8a bis 8d mit Einstellventilen 9a bis 9d zugeordnet. Damit kann die Begasung entweder über die gesamte Fläche des Begasungselements 5 oder nur abschnittsweise und periodisch wechselnd über die Fläche einzelner Segmente 5a bis 5d vorgenommen werden.
  • Die Gasdurchtrittsöffnungen 7 sind im gezeigten Fall regelmäßig über die Fläche des Begasungselementes 5 verteilt. Statt dessen besteht aber auch die Möglichkeit, die Gasdurchtrittsöffnungen, wie in den Figuren 2 bis 4 dargestellt ist, kreisringförmig, kreuzförmig oder punktförmig über die Fläche des Begasungselementes 5 zu verteilen. Dabei kann auch der Durchmesser der einzelnen Gasdurchtrittsöffnungen 7 unterschiedlich sind. In Figur 2 ist beispielsweise die konzentrische Anordnung von Lochreihen gezeigt, bei denen der Durchmesser der Gasdurch- trittsöffnungen in den einzelnen Lochreihen nach außen hin abnimmt. Die ringförmige, kreuzförmige oder punktförmige Verteilung der Gasdurchtrittsöffnungen ergibt eine ungleichmäßige Flächenbegasung, die eine auf- und absteigende, pulsierende Flüssigkeitsbewegung mit dem Transport der Trägerelemente in Zonen unterschiedlichen hydrostatischen Druckes bewirkt. Dieser Effekt wird dabei noch durch die vorstehend beschriebene, abschnittsweise und periodisch wechselnde Gaszufuhr zu den einzelnen Begasungselementen 5a bis 5d intensiviert.
  • Zur Verstärkung dieser pulsierenden Flüssigkeitsbewegung ist außerdem über dem Begasungselement 5 eine rotierende Blende 11 angeordnet, die von einem. Elektromotor 12 angetrieben wird. Die Blende 11 besteht im gezeigten Fall aus drei flachen Flügeln in der Form von Kreissektoren, wobei die Anzahl der Flügel und auch die Form der Flügel bei anderen Ausführungsformen durchaus variiert werden kann.
  • Mit der pulsierenden Flüssigkeitsströmung wird eine gute Durchmischung des Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches und der Trägerelemente sowie eine Intensivierung des Stoffaustausches und des Biomassenaustausches erreicht.
  • Bei einem volldurchmischten Reaktor mit einem Volumenanteil der Trägerelemente von 10 bis 40 % am Gesamtvolumen des Reaktors ist das Begasungselement 5 erfindungsgemäß mit Gasdurchtrittsöffnungen 7 mit einem Durchmesser von 5 bis 10 mm und in einer Anzahl von 20 bis 100, vorzugsweise von 40 bis 80, pro 100cm versehen. Wird dagegen der Reaktor als Fließbett oder als Festbett mit einem Volumenanteil der Trägerelemente von 40 bis 80 % am Gesamtvolumen des Reaktors ausgebildet, weist das Begasungselement zweckmäßigerweise Gasdurchtrittsöffnungen mit einem Durchmesser von 10 bis 25 mm und in einer Anzahl von 4 bis 30, vorzugsweise von 6 bis 10, pro 100 cm2 auf.
  • Bei einem Festbettreaktor, der sich in der Regel schon bei einem Volumenanteil der Trägerelemente von 60 % am Gesamtvolumen des Reaktors einstellt, ergibt eine pulsierende, mit Hilfe von einzelnen Begasungssegmenten oder mit Hilfe einer rotierenden Blende erzeugte Begasung ebenso eine Bewegung der Trägerelemente, die allerdings aufgrund der Dichte der Trägerelementpackung im Vergleich zum Auf- und Abstieg der Trägerelemente in einem volldurchmischen Becken oder einem Fließbettreaktor relativ langsam ist. Die Trägerelemente können somit auch bei einem Festbett aus oberen in untere und umgekehrt aus unteren in obere Wasserschichten gelangen.
  • Damit kann bei Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch bei einem Festbettreaktor der Stoffaustausch intensiviert werden, da der bei der Bewegung der Trägerelemente aufgrund des wechselnden hydrostatischen Druckes erzeugte Pumpeffektzusätzlich zu ablaufenden Diffusionsvorgängen wirksam wird.
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Claims (8)

  1. Patentansprüche 1. Vorrichtung zur biologischen Reinigung von Abwasser in einem Reaktor mit einer Zuleitung für zu behandelndes Abwasser, mit einer Ableitung für behandeltes Abwasser, gegebenenfalls mit einer Zuleitung für Belebtschlamm, mit einer Gaseintragseinrichtung mit Gaszuleitung für die Zufuhr eines Sauerstoff enthaltenden Gases und mit Trägerelementen als Ansiedlungsfläche für Mikroorganismen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseintragseinrichtung mindestens ein Begasungselement (5) mit Gasdurchtrittsöffnungen (7) mit einem Durchmesser von 3 bis 25 mm und mit einer Anzahl der Gasdurchtrittsöffnungen (7) von 4 bis 100 pro 100 cm2 aufweist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem volldurchmischten Becken mit einem Volumenanteil der Trägerelemente t10) von 10 bis 40 % am Gesamtvolumen des Reaktors (i) das Begasungselement (5) Gasdurchtrittsöffnungen (7) mit einem Durchmesser von 5 bis 10 mm und in einer Anzahl von 20 bis 100, vorzugsweise von 40 bis 80 pro 100 em2 aufweist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Festbett- oder Fließbettreaktor mit einem Volumenanteil der Trägerelemente (10) von 40 bis 80 % am Gesamtvolumen des Reaktors (1) das Begasungselement (5) Gasdurchtrittsöffnungen (7) mit einem Durchmesser von 10 bis 25 mm un' in einer Anzahl von 4 bis 30, vorzugsweise 6 bis 15, pro 100 cm2 aufweist.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Begasungselement (5) eine ebene Begasungsfläche aufweist, in der die Gasdurchtrittsöffnungen (7) ringförmig, kreuzförmig oder punktförmig verteilt angeordnet sind.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Begasungselement (5) Gasdurchtrittsöffnungen (7) mit unterschiedlichem Durchmesser aufweist.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Begasungselement (5) durch Lochbleche und/oder Siebe und/oder Gitter und/oder Metallgewebe gebildet ist.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß über und/oder unter dem Begasungselement (5) eine rotierende Blende (11) angeordnet ist.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Begasungselement (5) in einzelne Segmente (5a bis 5d) aufgeteilt ist und den Segmenten (5a bis 5d) getrennte Gaszufuhrleitungen (8a bis 8d) mit Einstellventilen (9a bis 9d) zugeordnet sind.
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