DE3504037A1 - Verfahren und einrichtung zur biologischen abwasserreinigung - Google Patents

Description

• Verfahren und Einrichtung zur biologischen Abwasserreinigun#)
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und Einrichtungen zum Durchführen dieses Verfahrens.
• Schmutzstoffe im Abwasser können bekanntlich biologisch durch Mikroorganismen abgebaut werden, die in einem Belebungsbecken einerseits in mit dem Abwasser gemischtem freiem Schlamm und andererseits in fixiertem (sessilem) Schlamm enthalten sind.
• Während sich der nitrifizierende sessile Schlamm bei konventionellen Anlagen auf festen Beckeneinbauten anlagert, besteht sein Trägermaterial bei dem Verfahren der vorliegenden Art aus einer Füllung beispielsweise aus kleinen Schaumstoffwürfeln od. dgl., die freischwebend in dem Gemisch aus Abwasser und Belebtschlamm schwimmen, wodurch die Konzentration an Biomasse vervielfacht und bei gegebener Beckengröße entsprechend bessere Nitrifikation erreicht und außerdem die Schlammqualität verbessert wird. Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (Linde-Berichte Nr.55,1984) strömt das am einen Ende in ein rechteckiges Belebungsbecken eingeleitete Abwasser längs durch das Becken und fließt anschließend mit dem freien Belebtschlammgemisch durch ein die Schaumstoffwürfel mit der fixierten Biomasse , d.h.
• dem sessilen Schlamm zurückhaltendes Sieb am anderen Beckenende in ein Nachklärbecken, wo die freie Biomasse durch Sedimentation von dem gereinigten Abwasser getrennt und wenigstens zum Teil durch einen Rücklauf wieder dem Belebungsbecken zugeführt wird. Die Schaumstoffwürfel haben eine Kantenlänge von 10 bis 15 mm und einen Volumenanteil von 20 bis 40 %. Der erforderliche Sauerstoff wird als Luft unterhalb der Schaumstoffüllung eingeblasen, wodurch sich vertikale Strömungskomponenten ergeben und ein Absetzen der Schwimmkörper verhindert wird.
• Ein wesentliches Problem bei dem bekannten Verfahren ist die Konzentration der porösen Schwimmkörper am Ablaufende des Beckens infolge der einseitigen Strömung , die im wesentlichen nur vom Zulauf zum Ablauf gerichtet ist. Die relativ leichten Schaumstoffwürfel können sich vor dem Ablauf unter der Wirkungder Strömung am Beckenrand ähnlich wie ein Schaui.;berg auftürmen und - abgesehen von der unerwünschten Entmischung der Trägermasse -über den Rand oder ggf. eine Uberlaufkante fallen und den Ablauf verstopfen. Zur Lösung dieses Stauproblems besteht bisher gemäß einem weiteren bekannten Verfahren ("CAPTOR"-Prospekt P 171 der Fa.Simon-Hartley Ltd.) nur die Möglichkeit, das sich am Auslaufsieb des Belebungsbeckens mit einseitig zum Ablauf gerichteter Strömung ansammelnde Material mit einem automatischen Fördersystem herauszunehmen und an anderer Stelle wieder in das Belebungsbecken zurückzubringen. Das Belebungsbecken kann hier ein zylindrischer Behälter sein, in dem sich ein im Umriß achteckiges Lüftungssystem befindet.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw.
• Einrichtungen anzugeben, die einen übermässigen Aufstau der freischwebenden Trägermasse am Ablauf ohne Entnahme der Schwimmkörper aus dem Belebungsbecken vermeidet.
• Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren gelöst.
• Die Erfindung hat den Vorteil, daß der unerwünschte Aufstau der Schwimmkörper vermieden wird, ohne daß hierfür eine externe Förder- oder sonstige Entnahmeeinrichtung erforderlich ist.
• Die gesamte Trägermasse kann vielmehr ständig in gleichmässiger Verteilung in dem Abwasser-Schlamm-Gemisch gehalten werden.
• Die Erzeugung eines endlosen Strömungskreislaufs im Belebungsbecken ist an sich bekannt, diente bisher aber anderen Zwecken.
• So hatte sie z.B. bei einer aus der DE-PS 29 01 509 bekannten Einrichtung den Zweck, das Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch durch die vertikalen Kanäle fester Beckeneinbauten zu leiten. Bei anderen bekannten Kläranlagen sollen um die vertikale Mittelachse eines zylindrischen Belüftungsbeckens über der Belüftungseinrichtung rotierende Schaber oder Staukörper den Beckeninhalt in eine Zirkulationsströmung versetzen, um ein Absetzen des Schlamms zu verhindern.
• An den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen jeweils im Grundriß und in einer Schnittansicht: Fig. 1 eine erste Ausführungsform mit ringförmigem Belebungsbecken; Fig. 2 eine zweite Ausführungsform mit rechteckigem Belebungsbecken; und Fig. 3 eine dritte Ausführungsform , bei der eine im wesentlichen vertikale Zirkulationsströmung erzeugt wird.
• Das in Fig. 1 dargestellte Belebungsbecken 1 hat eine zylindrische Umfassungs- oder Außenwand 2 und eine hierzu konzentrische zylindrische Innenwand 9. In dem ringförmigen Raum zwischen den Wänden 2,9, in den über den Zulauf 4 das zu reinigende Abwasser geleitet wird, befinden sich bis zum Wasserspiegel 3 eine Mischung aus dem Abwasser und freiem Belebtschlamm sowie eine Füllung aus im ;bwasser-Belebtschlamm-Gemisch schwebenden kleinen porösen Schwimmkörpern 7 , in deren Innerem der fixierte (sessile) Belebtschlamm aufgewachsen ist. Die Schwimmkörper 7 können Schaumstoffwürfel mit einer Kantenlänge von beispielsweise 5 bis 30 mm oder zweckmässig auch perforierte Rohrstücke mit einer Länge von z.B. 5 bis 30 mm und einem Durchmesser von 5 bis 20 mm oder andere ggf. feste poröse Körper mit möglichst großer Gesamtoberfläche als Siedlungsfläche für die Biomasse sein.
• Je nach Abwasserart bzw. gewünschtem Abbaugrad kann das Belebungsbecken mit einem Volumenanteil von 15% bis 50% mit diesem Trägermaterial gefüllt werden. Wie die Schmutzstoffe durch die Mikroorganismen des freien und sessilen Belebtschlamms in dem Becken 1 abgebaut werden, ist an sich bekannt und muß daher nicht beschrieben werden. Der hierbei benötigte Sauerstoff wird in Form von Luftblasen durch Diffusoren 6 eingetragen, die nahe dem Boden des Belebungsbeckens 1 angeordnet sind und eine senkrechte Bewegungskomponente erzeugen, wodurch sie zu einer gewünschten Umwälzung des Gemisches beitragen.
• Das gereinigte Abwasser fließt durch ein die Schwimmkörper 7 zurückhaltendes beliebiges , vorzugsweise bogenförmiges Sieb 10 wie z.B. ein gelochtes Blech oder einen Bogenrechen in den Ablauf 5. Da das Belebungsbecken 1 im Betrieb unabhängig vom jeweiligen Abwasseranfall (der sich z.B. je nach Tages- bzw.
• Nachtzeit oder bei Regen usw. ändern kann) entsprechend dem Wasserspiegel 3 ständig gefüllt bleibt, muß entsprechend der Wassermengenbelastung mehr oder weniger Abwasser durch den Ablauf fließen. Insbesondere bei großem Abwasseranfall und entsprechend starker Strömung vom Zulauf 4 zum Ablauf 5 würden sich die frei im Wasser schwebenden Schwimmkörper 7 mehr und mehr vor dem Sieb 10 stauen, was durch die Erfindung verhindert werden soll.
• Deshalb wird erfindungsgemäß in dem Belebungsbecken 1 eine bei dieser Ausführungsform horizontale Kreislaufströmung 8 erzeugt, welche die Schwimmkörperfüllung auf einer endlosen, in definierter Weise am Zulauf 4 und am Ablauf 5 vorbeiführenden Kreislaufbahn durch das Belebungsbecken fließen läßt. Durch die ständige endlose Kreisbewegung des yleichmässigen Gemisches aus Abwasser, Belebtschlamm , schwebender Biomasse in den Schwimmkörpern 7 und Luftblasen wird zugleich eine optimale Reaktion in dem Belebungsbecken gewährleistet.
• Zur Erzeugung der genau definierten Kreisströmung können beispielsweise die in der Zeichnung als Antriebseinrichtung 12 angedeuteten Unterwasserpropeller oder auch ein um die vertikale Mittelachse des Beckens 1 in dem ringförmigen Beckenraum umlaufender Räumer mit Stauschild (nicht dargestellt) oder eine andere mechanische , hier horizontal wirkende Antriebseinrichtung an sich bekannter Art dienen. Es ist zweckmässig, den Zulauf 4 z.B. in Form eines Rohres darstellungsgemäss wenigstens annähernd tangential auf die Kreisströmung 8 zu richten. Im übrigen ist es weitgehend beliebig, an welchen Stellen sich Zulauf 4 und Ablauf 5 relativ zueinander befinden.
• Vor allem dann, wenn eine starke Strömungskomponente in den Ablauf 5 gerichtet ist, kann die erwähnte Kreisströmung 8 des Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches in dem Becken 1 u.U. nicht genügen x ständig alle Schwimmkörper 7 am Sieb 10 vorbeizu,transportieren. Damit auch in diesem Fall kein Stau entstehen kann, ist an dem bogenförmigen Sieb 10 vorzugsweise eine Abstreifharke 11 montiert, die darstellungsgemäß um eine zu dem Sieb parallele (also vertikale) Achse ständig drehbar oder schwenkbar ist und ggf. an dem Sieb haftende Schwimmkörper 7 nach allenfalls kurzer Verweilzeit wieder in den Strömungskreislauf im Inneren des ringförmigen Beckenraumes zurückbefördert.
• Alle diese Vorgänge finden vorteilhaft unter dem Wasserspiegel 3 statt.
• Bei dem dargestellten Beispiel kann der Raum innerhalb der Innenwand 9 für eine gesonderte Verfahrensstufe (z.B. Nachklärbecken oder Denitrifikation) benutzt werden. Es ist aber auch möglich, die Innenwand 9 wegzulassen und die definierte Kreisströmung 8 allein durch die Antriebseinrichtung 12 zu erzeugen.
• Die in Fig.2 gezeigte Ausführungsform entspricht im Prinzip derjenigen nach Fig.1, doch handelt es sich hier um ein allgemein rechteckiges Belebungsbecken 1, in dem die Bahn der zu erzeugenden Kreislaufströmung 8 durch eine längs der mittleren Längsachse angeordnete Trennwand in Form der dargestellten vertikalen Innenwand 9 definiert ist. Die Enden der Innenwand 9 haben von den benachbarten Außenwänden des Beckens 1 den für die Strömung 8 erforderlichen Abstand. Auch hier können Zulauf 4 und Ablauf 5 an beliebiger Stelle des Endlos-Eließweges angeordnet sein.
• Eine prinzipiell etwas andere Ausführungsform mit einem annähernd trichterförmigen Belebungsbecken 1' nach Art eines sogenannten Schlaufenreaktors ist in Fig.3 dargestellt. Hier wird nicht wie bei den beiden anderen Ausführungsformen eine horizontale Zirkulationsströmung erzeugt, sondern eine im wesentlichen vertikale Umwälzung. Die vertikale Strömung 8' kann hier durch die Luftblasen aus dem in der unteren Trichterspitze des Schlaufenreaktors angeordneten Diffusor 6' angetrieben werden, so daß gesonderte Mittel wie die Antriebseinrichtung 12 gemäß Fig.1 nicht erforderlich sind, obwohl u.U. zusätzliche Unterwasserpropeller zur Unterstützung der Strömung auch in Fig.3 zweckmässig sein können. Damit sich definierte , einerseits am Zulauf 4 und andererseits am Ablauf 5 vorbeiführende Strömungen 8' ergeben, ist achsgleich in dem Belebungsbecken 1' ein Innenzylinder 9' angeordnet, der oben und unten offen und oberhalb des Diffusors 6' angeordnet ist. Wie bei den anderen Ausführungsformen wird also eine endlose Fließbewegung des Gemisches erzwungen, die in dem Innenzylinder 9' aufsteigend und zwischen dem Innenzylinder 9' und der Außenwand 2 des Beckens 1' abwärts gerichtet ist. Auch hier ist die Zugabe des rohen Abwassers und die Entnahme des behandelten Schlamm-Wasser-Gemisches an beliebigen Stellen möglich.

Claims (1)

1. Verfahren und Einrichtung zur biologischen Abwasserreinigung Patentansprüche: 1. Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung, bei dem das Abwasser in ein Belebungsbecken geleitet wird, in welchem sich als Trägermaterial für sessilen Belebtschlamm einefreischwebende Füllung aus kleinen porösen Schwimmkörpern mit relativ großer Oberfläche befindet, und das durch den Belebtschlamm gereinigte Abwasser durch ein die Schwimmkörper in dem Belebungsbecken zurückhaltendes Sieb in einen Ablauf geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Belebungsbecken eine Kreislaufströmuny erzeugt wird, welche alle Schwimmkörper der Füllung ständig auf einer endlosen definierten Kreislaufbahn durch das Belebungsbecken fließen läßt 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß sich an dem Ablauf sammelnde Schwimmkörper von dem Sieb abgestreift und dadurch in den endlosen Kreislauf zurückbefördert werden, ohne das Belebungsbecken zu verlassen.

   3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Schwimmkörper im wesentlichen unter Wasser abgestreift werden.

   4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Kreislaufströmung durch horizontal wirkende mechanische Antriebseinrichtungen erzeugt wird.

   5. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, bei dem unterhalb der Schwimmkörperfüllung Luft eingeblasen wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schwimmkörper durch die Luftblasen längs ihrer endlosen Kreislaufbahn bewegt werden.

   6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das zu reinigende Abwasser in einer Richtung in das Belebungsbecken geleitet wird, die annähernd parallel zur Richtung der Kreislaufströmung am Zulauf ist.

   7. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einem Belebungsbecken (1), das als Trägermaterial für sessilen Belebtschlamm eine freischwebende Füllung aus kleinen porösen Schwimmkörpern (7) enthält, und mit einem am Ablauf (5) des Beckens (1) angeordneten, die freischwebenden Schwimmkörper (7) zurückhaltenden Sieb (10), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wände (2,9) des Belebungsbeckens (1) eine endlose Kreislaufbahn (8) durch das Becken (1) definieren und in oder an der Kreislaufbahn (8) eine Antriebseinrichtung (12,6') montiert ist, die eine Strömung längs der Kreislaufbahn (8) hervorruft.

   8. Einrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h y e k e n n -z e i c h n e t , daß eine zylindrische Zwischenwand (9) konzentrisch in dem zylindrischen Belebungsbecken (1) angeordnet ist.

   9. Einrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß längs einer mittleren Längsachse eines rechteckigen Belebungsbeckens (1) eine gerade Trennwand (9) angeordnet ist, deren Enden von den Beckenwänden (2) beabstandet sind.

   10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an dem Sieb (10) eine wenigstens zum größten Teil unterhalb der Wasseroberfläche befindliche selbsttätige Abstreifeinrichtung (11) angeordnet ist.

   11. Einrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Sieb (10) Bogenform hat und die Abstreifeinrichtung (11) eine Abstreifharke ist , die auf einer durch den Bereich des Strömungskreislaufs (8) führenden IRreisbahn umläuft oder verschwenkbar ist.