DE3531178C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage für die biologische Abwas­ serreinigung mit Rohabwasserzulauf, zumindest einer Belebungs­ stufe, Nachklärstufe und Reinwasserablauf, wobei die Bele­ bungsstufe zumindest ein Belebungsbecken mit Hauptströmungs­ richtung in Längsrichtung aufweist, wobei in einem außerhalb der Längsmitte eingerichteten Festkörperbereich des Bele­ bungsbeckens ein Festkörperreaktor angeordnet ist, der um eine zur Hauptströmungsrichtung parallele Rotationsachse ro­ tiert und zugleich als Abwasserbeweger für eine Umwälzbewe­ gung wirkt. - Die Anlage mag für die Reinigung von indu­ striellen Abwässern oder für die Reinigung von komunalen Ab­ wässern eingerichtet sein.

Bei einer gattungsgemäßen Anlage (DE-PS 17 08 602) ist der Festkörperreaktor als luftmitnehmender Tauchtropfkörper aus­ geführt, der praktisch das gesamte Becken ausfüllt. Dadurch ergibt sich im Becken ein verhältnismäßig hoher Strömungs­ widerstand, der nur durch Zuführen zusätzlicher Energie überwunden werden kann. - Ferner ist eine Anlage bekannt, bei der rotierende Tauchtropfkörper in einem randseitigen Bereich des Belebungsbeckens angeordnet sind, jedoch mit an­ derer Rotationsachse (US-PS 35 16 929).

Bei aus der Praxis bekannten Anlagen ist der Festkörperreak­ tor ein Plattenreaktor aus fest installierten, mit Abstand voneinander vertikal angeordneten Platten aus Kunststoff oder ähnlichen Feststoffen. Man nutzt auf diese Weise die vorteil­ haften Eigenschaften sessiler Mikroben, die sich auf der Oberfläche der Kunststoffplatten ansiedeln, muß jedoch den hohen Strömungswiderstand des Plattenreaktors und zur Verhin­ derung des Zuwachsens der Platten eine entsprechende Ausle­ gung der Einrichtung für die Erzeugung der Umwälzbewegung durch entsprechende Luft- oder Drucklufteinführungseinrich­ tungen in Kauf nehmen. Der dazu erforderliche Energieaufwand ist verhältnismäßig groß. Tatsächlich ist der Strömungswider­ stand solcher Plattenreaktoren groß, er kann mit hydrodynami­ schen Mitteln nur mit vermehrtem Aufwand überwunden werden.

Andererseits kennt die Technik der Abwasserreinigung Festkör­ perreaktoren, die nicht in ein Belebungsbecken eingebaut sind, sondern selbständige Apparate darstellen, die einem Belebungsbecken vor- und/oder nachgeschaltet sind (DE-OS 31 40 372). Dazu gehören die sogenannten Tropfkörper, aber auch luftmitnehmende Zellradreaktoren, die um eine horizon­ tale Achse rotieren und die in den Zellen z. B. eine Vielzahl von mit Abstand voneinander angeordneten Platten aus bei­ spielsweise Kunststoff oder ähnlichen Feststoffen aufweisen. Ein Zellradreaktor besitzt eine Mehrzahl von über den Umfang verteilten Zellen, in denen die genannten Platten orthogonal zur Rotationsachse angeordnet sind. Aber auch andere Festkör­ per können in die Zellen eingebaut sein. Ein Zellradreaktor besteht im allgemeinen aus einer Mehrzahl von walzenähnlichen Zellrädern, die in dem zu behandelnden Abwasser arbeiten, jedoch mit über der Wasseroberfläche freien Scheitel. Sie sind von einem Becken wannenartig umgeben, es gibt praktisch nur geringe von dem Zellradreaktor freie Beckenbereiche und das zu behandelnde Wasser wird durch die Zellräder und damit orthogonal zur Achse der Zellräder bewegt. Die Hauptströ­ mungsrichtung ist orthogonal zur Achse der Zellräder. Die Zellen tauchen bei der Rotationsbewegung immer wieder aus dem zu behandelnden Abwasser auf, nehmen Luft auf und mit und tauchen wieder ein, wobei das zu behandelnde Abwasser in die Zellen eindringt und aus diesen wieder austritt. Ins­ besondere kennt man solche Zellradreaktoren, die im Quer­ schnitt orthogonal zur Rotationsachse gleichsam kreisringseg­ mentförmigen Querschnitt aufweisen und bis auf Bodenschlitze und periphere Schlitze geschlossene Zellen darstellen, in denen Platten angeordnet sind. Die Zellen können aber auch aus Röhren bestehen, die in der beschriebenen Weise orien­ tiert sind und in denen sich Platten oder andere Festkörper befinden. Die Weiterentwicklung von gattungsgemäßen Anlagen ist durch die Existenz solcher Zellradreaktoren, die selb­ ständige Apparate der Abwassertechnik darstellen, bisher nicht beeinflußt worden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer gattungs­ gemäßen Anlage den Reinigungswirkungsgrad bei gleichbleiben­ dem baulichen Aufwand zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Festkörperreaktor als luftmitnehmender Zellradreaktor ausgebildet ist, der im Querschnitt orthogonal zur Rotationsachse kreisringsegment­ förmige, bis auf Bodenschlitze und periphere Schlitze ge­ schlossene Zellen aufweist und der in einem randseitigen Festkörperbereich des Belebungsbeckens angeordnet ist, wobei dieser Bereich etwa ein Viertel bis ein Drittel des Gesamt­ querschnittes orthogonal zur Hauptströmungsrichtung ausmacht. - Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, daß ein um eine hori­ zontale Achse rotierender, luftmitnehmender Zellradreaktor mit einem Belebungsbecken einer gattungsgemäßen Anlage inte­ griert werden kann, wobei er gleichzeitig die Sauerstoffein­ tragung und die Erzeugung der Umwälzbewegung eines Teiles des Belebungsvolumens übernimmt. Neben diesem als Zellrad­ reaktor ausgebildeten Festkörperreaktor sind in der Regel zusätzliche Einrichtungen für die Erzeugung der Umwälzbewe­ gung und insoweit auch für die Sauerstoffeintragung nur für den nicht mit dem Zellradreaktor besetzten Teil des Bele­ bungsquerschnittes erforderlich. Der Energieaufwand wird je­ denfalls beachtlich reduziert. Aber auch der räumliche Auf­ wand wird gegenüber einer gattungsgemäßen Anlage geringer, weil wegen der beschriebenen Vereinfachung und der Erzeugung eines Schlammes mit höherem TS-Gehalt des Belebungsschlammes auch kompakter gebaut werden kann.

Zu einer besonders vorteilhaften Anlage mit hohem Reinigungs­ grad und geringem Energieaufwand kommt man, weil der Zellrad­ reaktor in einem randseitigen Festkörperbereich des Bele­ bungsbeckens angeordnet ist, der etwa ein Viertel bis ein Drittel des Gesamtquerschnitts orthogonal zur Hauptströ­ mungsrichtung ausmacht; die restlichen zwei Drittel bis drei Viertel des Belebungsbeckens können einen anoxischen Be­ reich bilden, in dem eine Denitrifikation durchgeführt werden kann. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Anordnung so zu treffen, daß das Belebungsbecken außerhalb des Festkörperbe­ reiches vorzugsweise randseitig und auf halber Tiefe, eine Drucklufteinführungseinrichtung mit Belüftungsrohren oder Belüftungskerzen aufweist. Hier arbeitet das gesamte Bele­ bungsbecken als Nitrifikationsbecken. Ein anderer Vorschlag der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Zellrad­ reaktor und die Drucklufteinführungseinrichtung sich ledig­ lich über die halbe Länge bis zwei Drittel der Länge des Be­ lebungsbeckens erstrecken, und daß der übrige Bereich als Denitrifikationsbereich betrieben wird. Es versteht sich, daß in diesem Denitrifikationsbereich zusätzliche Rührer, beispielsweise zur Erzeugung einer Umlaufbewegung mit verti­ kaler Umlaufachse, angeordnet werden können.

Bei der erfindungsgemäßen Anlage sind im übrigen verschie­ dene Schaltungen möglich. So können in der Belebungsstufe zwei Belebungsbecken mit Zellradreaktoren strömungsmäßig parallel geschaltet sein. Es besteht aber auch die Möglich­ keit, in der Belebungsstufe zwei Belebungsbecken strömungs­ mäßig hintereinanderzuschalten, wobei zumindest ein Bele­ bungsbecken mit dem Zellradreaktor ausgebildet ist. Die be­ schriebene Belebungsstufe kann einer einstufigen Abwasser­ stufe angehören. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfin­ dung gehört die Belebungsstufe als zweite Stufe einer zwei­ stufigen Abwasserreinigungsanlage an, deren erste Stufe als an sich bekannte Adsorptionsstufe (vergl. DE-OS 26 40 875) ausgebildet ist. Im übrigen liegt es im Rahmen der Erfindung, daß die Belebungsstufe eine Rückführeinrichtung aufweist, die an die Nachklärstufe und/oder an einen Überlauf des Belebungsbeckens angeschlossen ist, weil eine entsprechende Rückführung in Kombination mit dem beschriebenen Aufbau des Belebungsbeckens mit Zellradreaktor besondere Verfahrens­ weisen zuläßt.

Im folgenden werden die Erfindung, die erreichten Vorteile und einige besondere Anlagen und Schaltungen anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 und 2 eine Draufsicht und einen Querschnitt durch das Belebungsbecken einer erfindungsgemäßen Anlage für die biologische Abwasserreinigung,

Fig. 3 in gegenüber der Fig. 2 wesentlich vergrößertem Maßstab den Aufbau des Zellradreaktors aus dem Belebungsbecken der Fig. 1 und 2 im Querschnitt,

Fig. 4 bis 7 Draufsicht und Schnitt durch ein anderes Belebungsbecken einer erfindungsgemäßen Anlage für die biologische Abwasserreinigung,

Fig. 8 bis 14 Draufsicht und Schnitte durch eine nochmals andere Ausführungsform des Belebungsbeckens einer erfindungsge­ mäßen Anlage für die biologische Abwasserreinigung,

Fig. 15 das Schema einer einstufigen erfindungsgemäßen Anlage,

Fig. 16 das Schema einer zweistufigen erfindungsgemäßen Anlage und

Fig. 17 bis 20 verschiedene Schaltungen der Belebungsbecken für eine erfindungsgemäße Anlage für die biologische Abwasserreinigung.

Die in den Figuren dargestellten Belebungsbecken 1 gehören einer Anlage für die biologische Abwasserreinigung an, zu deren grundsätz­ lichem Aufbau ein Rohabwasserzulauf 2, eine Nachklärstufe 3 und ein Reinwasserablauf 4 sowie im allgemeinen auch ein Sandfang 5 und ein Rechen 6 sowie die üblichen Rückführein­ richtungen 7 gehören. Insoweit wird auf die Fig. 15 und 16 verwiesen. Die Belebungsstufe besitzt zumindest ein Belebungsbecken 1 mit Hauptströmungsrichtung H in Längsrichtung. In einem außerhalb der Längsmitte eingerichteten Festkörperbereich F des Belebungsbeckens 1 ist ein Festkörperreaktor angeordnet. Die Anordnung ist so getroffen, daß das zu behandelnde Abwasser in dem Belebungsbecken 1 um die Hauptströmungsrichtung H eine Umwälzbewegung ausführt, wie es in den Fig. 2, 6, 7, 11, 12, 13 durch entsprechende Pfeile angedeutet ist. Der Festkörperreaktor ist als luftmitnehmender Zellradreaktor 8 ausgeführt, der um eine zur Hauptströmungsrichtung parallele Achse 9 rotiert. Der Zellradreaktor 8 ist zugleich als Abwasserbeweger für die Erzeugung der Umwälzbewegung eingesetzt. Das ergibt sich aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 2, 6 und 7 bzw. 11, 12, 13 u. a. Der Aufbau des Zellradreaktors 8 ist grundsätzlich beliebig. Wesentlich ist lediglich, daß eine Luft­ mitnahme erfolgt, und daß die Anordnung wie beschrieben eingerichtet ist. Ein typischer Zellradreaktor 8 ist in der Fig. 3 schematisch dargestellt worden. Man erkennt, daß der Zellradreaktor 8 bis auf Bodenschlitze 10 und periphere Schlitze 11 geschlossene Zellen 12 aufweist, die im Querschnitt orthogonal zur Rotationsachse 9 gleichsam Kreisringsegmente 13 darstellen. In den Zellen 12 sind orthogonal zur Rotationsachse 8 mit Abstand voneinander angeord­ nete Platten 14 vorgesehen, auf denen sessile Mikroben sich ansie­ deln können. In der Fig. 3 schaut man gegen diese Platten.

Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist der Zellradreaktor 8 in einem randseitigen Festkörper­ bereich F des Belebungsbeckens 1 angeordnet, der etwa ein Drittel bis ein Viertel des Gesamtquerschnitts orthogonal zur Hauptströmungs­ richtung H ausmacht. Im Ausführungsbeispiel besteht der Zellradreak­ tor 8 stets aus einer Mehrzahl von Zellrädern 15. Bei der Ausfüh­ rungsform nach den Fig. 1 und 2 bewirkt der Zellradreaktor 8 allein die Sauerstoffeintragung. Das bedeutet, daß der in Fig. 1 rechte Be­ reich als anoxische Zone 16 betrieben und für die Denitrifikation eingesetzt werden kann, was durch Schraffur verdeutlicht wurde. Bei der Ausführungsform nach den Fig. 4 bis 7 bzw. 8 bis 14 ist die Anordnung so getroffen, daß das Belebungsbecken 1 außerhalb des Festkörperbereiches F, nämlich randseitig und halb eingetaucht, eine Drucklufteinführungseinrichtung 17 mit Belüftungsrohren oder Belüftungskerzen aufweist. Insoweit kann das Belebungsbecken 1 ins­ gesamt für die Denitrifikation eingesetzt werden. Bei der Ausfüh­ rungsform nach den Fig. 4 bis 7 erstrecken sich der Zellradreak­ tor 8 und die Drucklufteinführungseinrichtung 17 lediglich über etwa zwei Drittel der Länge des Belebungsbeckens, so daß der übrige, ab­ laufseitige Bereich B als Denitrifikationsbereich betrieben werden kann. Bei der Ausführungsform nach den Fig. 8 bis 14 ist ein zu­ sätzliches Denitrifikationsbecken 18 parallel geschaltet, es wird als Schlaufenreaktor betrieben. Die Rückführung des Abwasserschlamm-Ge­ misches zum Einlaufbereich des Belebungsbeckens erfolgt entweder über eine Druckluftbelüftung nach dem Mammutprinzip 26 oder über Propellerantrieb 27 bzw. über Walzen.

In den Fig. 17 und 18 wurde dargestellt, daß in der Belebungsstufe zwei Belebungsbecken 1 mit Zellradreaktor 8 strömungsmäßig paral­ lel geschaltet werden können. Dabei können diese Belebungsbecken 1, je nachdem, ob zusätzlich eine Druckluftzuführungseinrichtung 17 vorhanden ist oder nicht, nitrifizierend bzw. auch zonenweise anoxisch arbeiten. In der Fig. 18 wurden die anoxischen Zonen 16 durch Schraffur deutlich gemacht. In den Fig. 19 und 20 sind in der Belebungsstufe zwei Belebungsbecken 1 strömungsmäßig hintereinandergeschaltet, wobei nur eines der Belebungsbecken 1 mit einem Zellradreaktor 8 und ein zusätzlicher Drucklufteinführungs­ einrichtung 17 ausgerüstet ist und folglich das andere Belebungsbecken anoxisch und somit als Denitrifikationsbecken 18 arbeitet.

Es versteht sich, daß eine Belebungsstufe des beschriebenen Aufbaus einer einstufigen Abwasserreinigungsanlage angehören kann, wie sie in der Fig. 15 dargestellt wurde. Sie kann aber auch einer zweistufigen Abwasserreinigungsanlage angehören, und zwar als zweite Stufe, während die erste stufe als Adsorptionsstufe 19 ausge­ bildet ist.

In den Fig. 4 und 5 ist erkennbar, daß die Belebungsstufe eine Rückführungseinrichtung 7 aufweisen kann, die an die Nachklär­ stufe 3 und/oder an einen Überlauf des Belebungsbeckens 1 angeschlos­ sen ist.

Mögliche Funktionen einer erfindungsgemäßen Anlage für die biologische Abwasserreinigung werden anhand der Fig. 4 bis 7 bzw. anhand der Fig. 8 bis 14 erläutert.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 4 bis 7 läuft das Abwasser über den Rohabwasserzulauf 2 in das einzige Belebungsbecken 1 dieser Anlage. Die Sauerstoffeintragung in das zugeführte Abwasser, anders ausgedrückt die Belüftung, erfolgt im ersten Teil des Belebungs­ beckens 1, welches etwa die Hälfte bis drei Viertel des Gesamtraumes einnimmt. Die Belüftung erfolgt einerseits mit Hilfe des Zellrad­ reaktors 8 und andererseits über eine zusätzliche Drucklufteinführungs­ einrichtung 17 in Kombination. Nach biologischem Abbau der organischen Kohlenstoffverbindungen und Nitrifizierung der organischen Stickstoff­ verbindungen durchläuft das zu behandelnde Wasser im letzten Teil den unbelüfteten Bereich des Belebungsbeckens 1. Dorthinein erstrecken sich weder der Zellradreaktor 8 noch die Drucklufteinfüh­ rungseinrichtung 17. Das Gemisch aus zu behandelndem Abwasser und Belebtschlamm wird hier mittels Rührer 20 in Mischung und Turbulenz gehalten, damit eine Denitrifizierung beginnen kann. Über die Überlaufschwelle 21 läuft das Gemisch zum Ablaufkanal 22. Die Anordnung ist so getroffen, daß das behandelte Abwasser über eine Rückführeinrichtung 7 mit Zulaufschacht 23 und Kanal 24 dem Belebungsbecken 1 am Einlauf wieder zugeführt werden kann. Anderer­ seits gelangt das abgelaufene Gemisch zu einer in den Fig. 4 bis 7 nicht dargestellten Nachklärstufe 3. Über die Rückführeinrich­ tung 7 wird etwa die drei- bis vierfache Trockenwetterwassermenge mit dem zulaufenden Abwasser und dem Rücklaufschlamm aus der Nachklärstufe 3 gemischt. Nach der Mischung der verschiedenen Ströme ist genügend organisches Material vorhanden, so daß die Denitrifizierung wie beschrieben stattfinden kann.

Anders liegen die Verhältnisse bei der Ausführungsform nach den Fig. 8 bis 14. Das zu behandelnde Rohabwasser fließt wiederum über den Rohwasserzulauf 2 in das Belebungsbecken 1. Das Abwasser wird hier mittels Zellradreaktor 8 und einer Drucklufteinführungsein­ richtung 17 durchmischt und belüftet. Über ein Rückführeinrichtung 7 wird der Rücklaufschlamm aus der Nachklärstufe 3 dem Belebungs­ becken 1 zugeführt. Nach Durchlauf durch das Belebungsbecken 1 fließt ein Teil des Gemisches aus Abwasser und Belebtschlamm über die Überlaufschwelle 21 zum Ablaufkanal 22, der das Gemisch zur Nachklärstufe 3 bringt. Der größere Teil, etwa die drei- bis vierfache Trockenwetterwassermenge, fließt über eine Öffnung 25 einem parallel angeordneten, unbelüfteten Denitrifikationsbecken 18 zu. Über eine Fördereinrichtung, z. B. eine Mammutpumpe 26 oder einen Propellerantrieb 27, wird das Gemisch wieder in den Einlauf des Belebungsbeckens 1 eingeführt und mit dem hier auch zulaufen­ den Rohabwasser und Rücklaufschlamm gemischt. Die Aufenthaltszeit im unbelüfteten Denitrifikationsbecken 18 ist so bemessen, daß sie etwa ein Viertel bis die Hälfte der Gesamtbelebungszeit ausmacht. Die Denitrifizierung der in dem Belebungsbecken 1 mit seinem Zell­ radreaktor 8 und der Drucklufteinführungseinrichtung 17 gebildeten Nitrate wird nach Überführung des Abwasserschlammstromes in dem Belebungsbecken 1 fortgeführt.

Claims (7)

1. Anlage für die biologische Abwasserreinigung mit

• Rohabwasserzulauf, zumindest eine Belebungsstufe, Nachklärstufe und Reinwasserablauf,

wobei die Belebungsstufe zumindest ein Belebungsbecken mit Hauptströmungsrichtung in Längsrichtung aufweist, wobei in einem außerhalb der Längsmitte eingerichteten Festkörperbe­ reich des Belebungsbeckens ein Festkörperreaktor angeordnet ist, der um eine zur Hauptströmungsrichtung parallele Rota­ tionsachse rotiert und zugleich als Abwasserbeweger für eine Umwälzbewegung wirkt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Festkörperreaktor als luftmitneh­ mender Zellradreaktor (8) ausgebildet ist, der im Querschnitt orthogonal zur Rotationsachse (9) kreisringsegmentförmige, bis auf Bodenschlitze (10) und periphere Schlitze (11) ge­ schlossene Zellen (12) aufweist und der in einem randseitigen Festkörperbereich (F) des Belebungsbeckens (1) angeordnet ist, wobei dieser Bereich etwa ein Viertel bis ein Drittel des Gesamtquerschnittes orthogonal zur Hauptströmungsrich­ tung (H) ausmacht.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Belebungsbecken (1) außerhalb des Festkörperbereiches (F) eine Drucklufteinführungseinrichtung (17) mit Belüftungsroh­ ren oder Belüftungskerzen aufweist.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zellradreaktor (8) und gegebenenfalls die Druckluft­ einführungseinrichtung (17) sich lediglich über die halbe Länge bis drei Viertel der Länge des Belebungsbeckens (1) erstreckt und daß der übrige Bereich (B) als Denitrifika­ tionsbereich betrieben ist.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Belebungsstufe zwei Belebungsbecken (1) mit Zellradreaktoren (8) strömungsmäßig parallelgeschaltet sind.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Belebungsstufe zwei Belebungsbecken (1, 18) strömungsgemäß hintereinandergeschaltet sind, somit als Schlaufenreaktor arbeiten, und zumindest ein Belebungsbecken (1) mit dem Zellradreaktor (8) ausgebildet ist.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Belebungsstufe (1) eine Rückführeinrichtung (7) aufweist, die an die Nachklärstufe (3) und/oder an einen Überlauf des Belebungsbeckens (1) angeschlossen ist.