DE3916520A1

DE3916520A1 - Biological clarifier vessel using aerobic-selective principle - comprises insulated vertical cylindrical vessel divided into concentric zones for aeration, clarification and sedimentation

Info

Publication number: DE3916520A1
Application number: DE19893916520
Authority: DE
Inventors: Erich Helmut Dipl Ing Zimmer
Original assignee: ZIMMER ERICH HELMUT
Current assignee: ZIMMER ERICH HELMUT
Priority date: 1989-05-20
Filing date: 1989-05-20
Publication date: 1990-11-22

Abstract

The clarifier vessel is insulated and is divided by internal partitions into a number of concentric zones. The central zone contains the aeration device, the intermediate zone contains the packing material, and the outer zone acts a clarifying and settling area. The partition between the intermediate and outer zones is designed to optimise the recovery of heat, and a submersible pump is provided in the central zone which discharges upwards so that the fluid in the clarifier is circulated through the packing material. Alternatively, the packing material may itself be circulated through the pump. The aeration device is in the form of an air-lift pump. A gas collection hood discharging to the central zone may be provided in the outer zone. The packing material consists of short sections of plastic pipe containing three internal cylindrical surfaces. USE/ADVANTAGE - Clarifiers of this type are used in the purification of waste water, sludges etc. The proposed system of operation provides a simple and economical construction and is suitable for a wide range of applications. The division of the vessel into zones affords an intensively aerated inner zone where mixing and nitrification take place, a less aerated upper reactor bed zone where nitrification continues, a lower reactor bed zone where de-nitrification and sedimentation take place, and a bottom deposition zone where de-nitrification and sedimentation continue. A high rate of treatment is achieved and the risk of blockage of the reactor bed is reduced.

Description

Die Erfindung betrifft einen Klärreaktor nach dem aeroben/fakultativen Prinzip gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a clarification reactor according to the aerobic / facultative principle according to the generic term of Claim 1.

Ein derartiger Klärreaktor ist beispielsweise bekannt aus der DE-OS 37 26 949. Dieser Klärreaktor besitzt einen zylindrischen Behälter mit einem trichterförmigen Gitterboden. Das Reaktorbett wird gebildet aus einer Vielzahl von kugelförmigen Füllkörpern, wie sie beispielsweise in der DE-OS 26 39 159 beschrieben sind. An der tiefsten Stelle des trichterförmigen Bodens ist eine Abzugsleitung für die Füllkörper vorgesehen. Die abgezogenen Füllkörper werden in einer externen Anlage entweder durch Wasserstrahl oder durch mechanische Bürsten von den anhängenden Mikroorganismen gereinigt und über eine weitere Leitung dem Reaktorbett wieder zugeführt. Die üblichen Zu- und Ableitungen für Abwasser, Reinwasser und Schlamm sind ebenfalls vorgesehen.Such a clarification reactor is known for example from DE-OS 37 26 949. This clarification reactor has one cylindrical container with a funnel-shaped Grid floor. The reactor bed is formed from a Variety of spherical packing like them are described for example in DE-OS 26 39 159. At the deepest part of the funnel-shaped bottom is one Extraction line provided for the packing. The deducted Packings are either in an external plant Water jet or by mechanical brushing from the attached microorganisms cleaned and another Line fed back to the reactor bed. The usual additions and drains for sewage, pure water and sludge also provided.

Aus den EP-OSen 01 00 007, 02 38 902 und der DE-OS 35 23 844 sind flache Klärbecken bekannt, in denen zur Erhöhung des Schlammindex poröse Schaumstoffwürfel als Aufwuchsflächen für Mikroorganismen schwimmen. Am Boden der Becken sind Druckluftbelüftungsanlagen vorgesehen. Über eine geeignete Fördereinrichtung, beispielsweise eine Mammutpumpe, wird kontinuierlich ein Teil der Schaumstoffwürfel aus dem Becken abgezogen und in einer externen Anlage ganz oder teilweise von den Mikroorganismen befreit.From EP-OSen 01 00 007, 02 38 902 and DE-OS 35 23 844 Flat settling tanks are known in which to increase the Mud index porous foam cubes as growth areas swim for microorganisms. Are at the bottom of the pool Compressed air ventilation systems provided. About a suitable one Conveyor, for example a mammoth pump continuously part of the foam cubes from the pool deducted and completely or partially in an external system freed from the microorganisms.

Aus der DE-OS 28 45 652 schließlich ist ein biologischer Klärreaktor bekannt, dessen Behälter ebenfalls ein aus Füllkörpern geschüttetes Reaktorbett sowie eine Begasungseinrichtung aufweist. Die Füllkörper besitzen Kugel- oder Torusform. Durch eine geeignete Fördereinrichtung wird kontinuierlich ein Teil der Füllkörper aus dem Reaktorbett abgezogen, in einer externen Waschanlage von den Mikroorganismen befreit und durch eine weitere Leitung in den Reaktor zurückgeführt.Finally, from DE-OS 28 45 652 is a biological Clarification reactor known, the container also from Packed reactor bed and a Has fumigation device. Have the packing Spherical or toroidal shape. By a suitable one Conveyor continuously becomes part of the Filled packing removed from the reactor bed, in an external one Washing plant freed from the microorganisms and by a further line returned to the reactor.

Dem zitierten Stand der Technik liegt die Absicht zugrunde, einerseits den Schlammindex des Klärbeckens bzw. Klärreaktors zu erhöhen, um damit auch die biologische Klärleistung zu erhöhen, andererseits aber das durch die wachsenden Mikroorganismen bewirkte Verstopfen des Reaktorbetts zu verhindern.The cited prior art is based on the intention on the one hand the sludge index of the clarifier or To increase the clarification reactor in order to also increase the biological To increase the clarification capacity, but on the other hand through the growing microorganisms caused clogging of the To prevent reactor beds.

Das beschriebene Verfahren mit den im flachen Klärbecken schwimmenden Schaumstoffkörpern konnte sich in der Praxis nicht bewähren. Von den übrigen Verfahren ist bekannt, daß sie über das Versuchsstadium noch nicht hinausgekommen sind.The procedure described with the in the shallow clarifier floating foam bodies could turn up in practice not proven. From the other processes it is known that they have not progressed beyond the experimental stage.

Eine wesentliche Voraussetzung für eine hohe Effektivität des Klärvorgangs und eine optimale Ausnutzung der zum Betrieb einer Kläranlage aufgewendeten Energie ist eine optimale Vermischung von Abwasser, Schlamm und Luft, eine optimale Belüftung, eine optimale Temperaturführung und eine Gestaltung des Klärreaktors derart, daß die für den Abbau der verschiedenen Schadstoffe verantwortlichen Mikroorganismen jeweils die für sie optimalen Lebensbedingungen finden.An essential prerequisite for high effectiveness of the clarification process and optimal use of the Operation of a wastewater treatment plant is an energy optimal mixing of waste water, sludge and air, one optimal ventilation, optimal temperature control and a Design of the clarification reactor in such a way that the for the degradation responsible for the various pollutants Microorganisms each optimal for them Find living conditions.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Klärreaktor der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß er die soeben genannten Bedingungen erfüllt und darüber hinaus auch noch einfach und preiswert herzustellen ist, eine einfache, robuste Betriebsweise ermöglicht und an unterschiedlichste Einwohnergleichwerte angepaßt werden kann.The present invention is therefore based on the object based on a clarification reactor of the type mentioned to further train that he just mentioned Conditions met and also simple and is inexpensive to manufacture, a simple, robust Mode of operation made possible and at different Population equivalents can be adjusted.

Diese Aufgabe wird gelöst bei einem gattungsgemäßen Klärreaktor durch Anwendung der im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale.This object is achieved with a generic Clarification reactor by using the in the characterizing part of the claim 1 mentioned features.

Damit ergeben sich die Vorteile, daß sich im Reaktor vier Verfahrenszonen ausbilden:This has the advantages that there are four in the reactor Form procedural zones:

1. An intensely ventilated primary zone inside Container part. Wastewater, mud and air become intimate here mixed and nitrified the wastewater.
2. A less ventilated secondary zone in which the Wastewater is also nitrified. This second zone comprises approximately the top half of the reactor bed.
3. A slightly to moderately optional third zone, in which the Wastewater is denitrified. This zone includes in essentially the lower half of the reactor bed and the funnel-shaped bottom area. Here, too Most of the sludge sediments.
4. A highly optional fourth zone in which the wastewater denitrified and with sedimentation of the residual sludge is clarified. In this fourth zone, the im purified wastewater still stuck over the heat as Heat exchanger trained baffle recovered. Hereby scientific knowledge is taken into account, that the clarification process is faster at elevated temperatures expires.

Durch die Kreislaufführung des belüfteten Abwasser-Schlamm-Luftgemisches werden Abwasser und Schlamm mehrmals dem aeroben Teil des Reaktorbetts zugeführt, wo optimale Bedingungen für die Nitrifikation vorliegen, und ebenso oft dem fakultativen Teil des Reaktors, wo optimale Bedingungen für die Denitrifikation vorliegen. Insbesondere im trichterförmigen Bodenbereich bildet sich ein Schlammsumpf mit einem ausgeprägten fakultativen Milieu für die erforderliche Denitrifikation aus. Dank dieser sogenannten dritten Reinigungsstufe ist das geklärte Wasser praktisch frei von Nitraten, gegebenenfalls auch Phosphaten.Through the circulation of the ventilated Waste water-sludge-air mixture becomes waste water and sludge fed several times to the aerobic part of the reactor bed, where optimal conditions for nitrification are present, and just as often the optional part of the reactor, where optimal Conditions for denitrification exist. In particular forms in the funnel-shaped bottom area Mud swamp with a pronounced facultative environment for the required denitrification. thanks to this The so-called third cleaning stage is the clarified water practically free of nitrates, possibly also phosphates.

Vorteilhafterweise sind die Behälterbereiche zueinander konzentrisch angeordnet. Dadurch werden im inneren Behälterbereich Abwasser, Schlamm und Luft besonders intensiv gemischt. Durch die dank des geringen Strömungsquerschnittes relativ hohe Strömungsgeschwindigkeit werden Füllkörper aus dem unteren Teil des Reaktorbetts angesaugt und oben auf dem Reaktorbett wieder angelagert. Das Reaktorbett wird kontinuierlich im Kreislauf geführt. Dadurch wird dem immer wieder zu beobachtenden Verwachsen, Verblocken und Verschlammen des Reaktorbetts vorgebeugt, ohne daß externe Wasch- oder Reinigungseinrichtungen benötigt werden. Es ist überraschenderweise auch nicht nötig, die Füllkörper vom anhaftenden Bewuchs zu reinigen; dadurch bleibt der Schlammindex des Klärreaktors unbeeinflußt. In der sich daran anschließenden mittleren Zone reduziert sich die Strömungsgeschwindigkeit entsprechend der Vergrößerung des Strömungsquerschnitts, so daß sich wie schon erwähnt im oberen Reaktorbettbereich ein aerobes, im unteren Reaktorbettbereich ein fakultatives Milieu einstellt.The container regions are advantageously in relation to one another arranged concentrically. This will be inside Wastewater, sludge and air tanks in particular intensely mixed. Thanks to the low Flow cross-section relatively high flow rate fillers from the lower part of the reactor bed sucked in and redeposited on top of the reactor bed. The reactor bed is continuously circulated. This means that the overgrowth that can be observed again and again Blockage and silting of the reactor bed prevented, without external washing or cleaning facilities are needed. Surprisingly, it is also not necessary to clean the packing from the adhering vegetation; this keeps the sludge index of the clarification reactor unaffected. In the following middle Zone, the flow velocity is reduced according to the enlargement of the flow cross-section, see above that, as already mentioned, occurs in the upper reactor bed area aerobic, an optional in the lower reactor bed area Environment.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Belüftungseinrichtung als Wasserstrahlluftpumpe mit nachgeschaltetem Venturi-Rohr ausgebildet. Dadurch entfällt ein eigener Druckluft-Erzeuger. Es stellt sich eine intensive Vermischung von Luft und Wasser ein. Durch das nachgeschaltete Venturi-Rohr wird der in der Düse entstehende Druckabfall mit Ausnahme des geringen Reibungsanteils und des zur Luftansaugung erforderlichen Energieanteils wiedergewonnen. Der zum Betrieb eines solchen Injektor-Belüfters erforderliche Energiebedarf ist erheblich geringer als der Energiebedarf herkömmlicher, separater Druckluftgebläse. Zusätzliche mechanische oder hydraulische Einrichtungen entfallen, was der Forderung nach einfachen, wartungsarmen und energiesparenden Klärreaktoren entspricht.According to a preferred embodiment of the invention Aeration device as a water jet air pump downstream Venturi tube formed. This eliminates our own compressed air generator. It arises intensive mixing of air and water. By the the downstream Venturi tube becomes the one in the nozzle resulting pressure drop with the exception of the small one Friction share and that required for air intake Recovered energy share. The one to operate such The energy requirement of the injector aerator is considerable less than the energy requirements of conventional, separate Air blower. Additional mechanical or hydraulic Facilities are eliminated, which is the requirement for simple, low-maintenance and energy-saving sewage reactors.

Die durch den Wegfall des gesonderten Druckluftgebläses eingesparte Energie kann teilweise für eine intensivere Umwälzung und hydraulische Durchströmung des Reaktorbetts eingesetzt werden, wodurch neben der intensiveren Substratzuführung auch eine kontinuierliche Auflockerung des Reaktorbetts erreicht wird.By eliminating the separate compressed air blower Saved energy can partially be used for more intense Circulation and hydraulic flow through the reactor bed be used, which in addition to the more intense Substrate feed also a continuous loosening of the Reactor bed is reached.

Als Pumpe zur Aufrechterhaltung des Strömungskreislaufes durch das Reaktorbett und zum Betreiben des Wasserstrahlluftinjektors eignet sich vorteilhafterweise eine Tauchpumpe, die auf oder knapp über dem Behälterboden angeordnet ist. Aufgrund dieser Positionierung saugt die Pumpe nicht nur Wasser, sondern auch Teile des sich am Behälterboden absetzenden Schlammes an und führt diesen in erwünschter Weise im Kreislauf mehrfach durch das Reaktorbett. Die Verlustwärme der Pumpe erwärmt in energetisch erwünschter Weise den Behälterinhalt, ist also im Gegensatz zu den bekannten Konstruktionen hier nicht verloren.As a pump to maintain the flow cycle through the reactor bed and to operate the Water jet air injector is advantageously suitable a submersible pump that is on or just above the tank bottom is arranged. Because of this positioning, the Pump not only water, but also parts of the am Of sludge settling in the tank bottom and leads it into Desirably in the cycle several times through the Reactor bed. The heat loss from the pump warms up in is the energy content of the container in contrast to the known constructions not here lost.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung saugt die Pumpe die Füllkörper direkt an. Auch bei dieser Variante verlassen die Füllkörper und die anhaftenden Mikroorganismen niemals den Behälter des Klärreaktors, sondern stehen ständig in Kontakt mit dem Abwasser-Schlamm-Gemisch.According to a preferred development of the invention sucks the pump directly fills the packing. This variant too leave the packing and the adhering microorganisms never the tank of the clarification reactor, but stand constantly in contact with the sewage-sludge mixture.

Es empfiehlt sich, das untere Ende der inneren Tauchwand als Ansaugtrichter auszubilden, um einen optimalen Sog auf die Füllkörper des Reaktorbetts auszuüben.It is recommended to use the lower end of the inner baffle Form suction funnels to ensure optimal suction on the Exercise packing of the reactor bed.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind Belüftungseinrichtung und Pumpe als Mammutpumpe kombiniert. Mammutpumpen eignen sich besonders zu Förderung stark feststoffhaltiger Flüssigkeiten, besitzen jedoch einen geringen Wirkungsgrad.According to an embodiment of the invention Ventilation device and pump combined as a mammoth pump. Mammoth pumps are particularly suitable for pumping liquids containing solids, but have one low efficiency.

Obwohl der erfindungsgemäße Klärreaktor einwandfrei arbeitet, wenn das Reaktorbett direkt auf dem trichterförmigen Boden aufsitzt, läßt sich eine verbesserte Wartung und Zugänglichkeit insbesondere der im Bereich des Behälterbodens aufgestellten Pumpe dadurch erreichen, daß unter dem Reaktorbett ein Gitter oder Rost mit einem zentralen Schutzrohr angeordnet wird, wobei der Durchmesser des Schutzrohres größer ist als der der Pumpe. Dadurch läßt sich die Pumpe im Schadens- oder Wartungsfall einfach aus dem Behälter herausziehen, ohne daß der Klärreaktor entleert und das Reaktorbett ausgebaut werden müßte. Es versteht sich, daß auch der Durchmesser der die innere Zone begrenzenden Tauchwand entsprechend bemessen sein muß.Although the clarification reactor according to the invention works perfectly works when the reactor bed is right on the funnel-shaped bottom sits, can be improved Maintenance and accessibility especially in the area of Reach the bottom of the pump by: a grid or grate with a central protective tube is arranged, the diameter of the protective tube is larger than that of the pump. This leaves the pump simply turns itself off in the event of damage or maintenance pull out of the tank without emptying the clarifying reactor and the reactor bed would have to be removed. It understands itself that also the diameter of the inner zone limiting baffle must be dimensioned accordingly.

Der äußere Behälterbereich, der wie schon erwähnt, im wesentlichen als Nachklärbecken, Wärmerückgewinnungszone und Isolierzone dient, kann vorzugsweise mit einer Gasfangtasche ausgerüstet werden, von der wenigstens eine Steigleitung in den inneren Behälterbereich führt. Bei den Gasen, die in der äußeren Nachklärkammer entstehen, handelt es sich z. B. um CO₂, insbesondere aber um Stickstoff aus der Denitrifikationszone. The outer container area, which, as already mentioned, essentially serves as a secondary clarifier, heat recovery zone and isolation zone, can preferably be equipped with a gas collection pocket, from which at least one riser leads into the inner container area. The gases that arise in the outer secondary clarification chamber are, for. B. CO ₂ , but especially nitrogen from the denitrification zone.

Um bei stark schwankenden Belastungen des zu reinigenden Abwassers unerwünschte, z. B. toxische Wirkungen auf die sessilen Mikroorganismen zu verhindern oder möglichst abzumildern, empfiehlt es sich, eine Mischkammer vorzusehen, in der die zu reinigende Flüssigkeit und die im Kreislauf umgepumpte Flüssigkeit gemischt und möglichst gleichmäßig über die Tauchkörper-Oberfläche verteilt werden.In order to be cleaned with heavily fluctuating loads Wastewater undesirable, e.g. B. toxic effects on the prevent sessile microorganisms or if possible mitigate, it is recommended to provide a mixing chamber, in the liquid to be cleaned and in the circuit pumped liquid mixed and as evenly as possible distributed over the surface of the immersion body.

Wie der eingangs geschilderte Stand der Technik zeigt, ist grundsätzlich die Erkenntnis bereits vorhanden, daß für eine optimale Klärwirkung auch eine optimale Form und Größe der Füllkörper erforderlich ist. Es genügt nicht nur, Füllkörper mit einer zum Volumen möglichst großen relativen Oberfläche zu wählen. Da die Mikroorganismen ihre Abbauarbeit nur dann optimal leisten können, wenn sie auch optimal mit Nährstoffen, Wasser und Sauerstoff versorgt werden, muß der innere Aufbau der Füllkörper dieses gewährleisten. Hierzu eignen sich erfindungsgemäß Füllkörper aus extrudierten Rohrabschnitten, vorzugsweise aus Kunststoff, mit einer Mehrzahl von konzentrischen Zylindern, die von radialen Stegen gehalten sind.As the prior art described at the beginning shows, is basically the knowledge already exists that for a optimal clarifying effect also an optimal shape and size of the Packing is required. It is not just enough packing with the largest possible surface area relative to the volume to choose. Because the microorganisms only break down can perform optimally, if they are also optimal Nutrients, water and oxygen must be supplied ensure the internal structure of the packing. For this fillers made of extruded are suitable according to the invention Pipe sections, preferably made of plastic, with a Plurality of concentric cylinders that are radial Webs are held.

Vorteilhafterweise besitzen die Rohrabschnitte ca. 40 mm Durchmesser und ca. 40 mm Länge sowie vier konzentrische Zylinderwände.Advantageously, the pipe sections are approximately 40 mm 40 mm in diameter and four concentric Cylinder walls.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen in schematischer Darstellung:Based on the drawing, the invention in the form of Embodiments are explained in more detail. It show in schematic representation:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Klärreaktors, Fig. 1 shows a cross section through a first embodiment of a Klärreaktors,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Klärreaktors, Fig. 2 shows a cross section through a second embodiment of a Klärreaktors,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Klärreaktors, und die Fig. 3 shows a cross section through a third embodiment of a clarification reactor, and

Fig. 4 und 5 in Draufsicht und Querschnitt einen Füllkörper. FIGS. 4 and 5 in top view and cross-section, a filling body.

Fig. 1 zeigt einen vorzugsweise zylindrischen, stehenden Behälter 10 mit einem Zulauf 11 für die zu reinigende Flüssigkeit, einem Ablauf 12 für die gereinigte Flüssigkeit und einem Ablauf 13 für überschüssigen Schlamm. Das Verhältnis von Behälterhöhe zu Behälterdurchmesser ist größer/gleich 1. Der Boden 14 des Behälters 10 ist trichterförmig. Ein Deckel 16 sorgt in Verbindung mit weiteren, in der Zeichnung nicht dargestellten Isolierungen für eine optimale Temperatur im Inneren des Behälters 10. Fig. 1 is a preferably cylindrical, upright container 10 having an inlet 11 for the liquid to be purified, an outlet 12 for the cleaned liquid and an outlet 13 for excess sludge. The ratio of container height to container diameter is greater than / equal to 1. The bottom 14 of the container 10 is funnel-shaped. A lid 16 , in conjunction with further insulations, not shown in the drawing, ensures an optimal temperature inside the container 10 .

Das Behälterinnere ist durch zwei konzentrische Tauchwände 101, 102 in drei Behälterbereiche 103, 104, 105 unterteilt. Im inneren Behälterbereich 103 unten ist eine Belüftungseinrichtung 30 vorgesehen, die in diesem einfachen Fall über eine Druckluftleitung 31 von einem Druckluftgebläse 32 gespeist wird.The interior of the container is divided into three container regions 103 , 104 , 105 by two concentric baffles 101 , 102 . In the inner container area 103 below, a ventilation device 30 is provided, which in this simple case is fed by a compressed air blower 32 via a compressed air line 31 .

Im mittleren Behälterbereich 104 befinden sich ein Reaktorbett 20, gebildet aus einer Vielzahl von eingeschütteten Füllkörpern 21. Durch geeignete Wahl der Abstände zwischen den unteren Enden der Tauchwände 101, 102 und dem Behälterboden 14 wird erreicht, daß einige der Füllkörper 21 kontinuierlich unter der Tauchwand 101 hindurch in den inneren Behälterbereich 103 gelangen.A reactor bed 20 , formed from a multiplicity of poured-in fillers 21, is located in the middle container region 104 . By a suitable choice of the distances between the lower ends of the baffle walls 101 , 102 and the container bottom 14 , it is achieved that some of the fillers 21 continuously pass under the baffle wall 101 into the inner container region 103 .

Der äußere Behälterbereich 105 dient zunächst als Nachklärzone. Der in der gereinigten, aufsteigenden Flüssigkeit enthaltene Schlamm sedimentiert unter der Wirkung der Schwerkraft und sammelt sich auf dem trichterförmigen Boden 14. Die in der aufsteigenden Flüssigkeit enthaltene Wärme wird über die auf optimale Wärmeübertragung hin ausgelegte Tauchwand 102 an das Reaktorbett 20 abgegeben. Gleichzeitig dient die Flüssigkeitsschicht des äußeren Behälterbereiches 105 als zusätzliche Isolierschicht zwischen dem Reaktorbett 20 und der Außenumgebung.The outer container area 105 initially serves as a secondary clarification zone. The sludge contained in the cleaned, rising liquid sediments under the action of gravity and collects on the funnel-shaped bottom 14 . The heat contained in the rising liquid is released to the reactor bed 20 via the baffle 102 designed for optimal heat transfer. At the same time, the liquid layer of the outer container area 105 serves as an additional insulating layer between the reactor bed 20 and the outside environment.

Unter der Wirkung der die Belüftungseinrichtung 30 verlassenden Luftblasen entsteht eine Kreisströmung, die im inneren Behälterbereich 103 aufsteigt und im mittleren Behälterbereich 104 absteigt. Durch die Frischluftzufuhr im inneren Behälterbereich 103 bildet sich hier eine gut durchlüftete, aerobe Zone 1 aus. Mit der aufsteigenden Strömung werden auch einige der Füllkörper 21 mit angesaugt, mit Hilfe der Strömung nach oben gespült und auf der Oberseite des Reaktorbetts 20 abgelagert. Durch diesen kontinuierlichen Kreislauf wird dem Verwachsen, Verblocken und Verschlammen des Reaktorbetts 20 vorgebeugt, und zwar auch ohne daß die Füllkörper 21 von dem anhaftenden Bewuchs gezielt gereinigt werden. Gleichzeitig wird ein Teil des sich am Behälterboden 14 absetzenden Schlamms mit angesaugt.Under the action of the air bubbles leaving the ventilation device 30 , a circular flow arises which rises in the inner container region 103 and descends in the central container region 104 . The fresh air supply in the inner container area 103 forms a well-ventilated, aerobic zone 1 here. With the rising flow, some of the packing elements 21 are also sucked in, rinsed upwards with the aid of the flow and deposited on the top of the reactor bed 20 . This continuous cycle prevents the reactor bed 20 from growing together, blocking and silting up, even without the packing 21 being deliberately cleaned of the adhering vegetation. At the same time, part of the sludge settling on the tank bottom 14 is also sucked in.

Nach dem Übertritt vom inneren Behälterbereich 103 in den mittleren Behälterbereich 104 verlangsamt sich die Strömungsgeschwindigkeit entsprechend dem Verhältnis der Strömungsquerschnitte.After the passage from the inner container region 103 into the middle container region 104 , the flow speed slows down in accordance with the ratio of the flow cross sections.

Solange das Abwasser-Schlamm-Gemisch noch stark sauerstoffhaltig ist, bildet sich im oberen Bereich des Reaktorbettes 20 eine aerobe, sekundäre Zone 2, in der das Abwasser ebenfalls nitrifiziert wird.As long as the wastewater-sludge mixture still contains a large amount of oxygen, an aerobic, secondary zone 2 is formed in the upper region of the reactor bed 20 , in which the wastewater is also nitrified.

Sobald der Sauerstoffgehalt des Abwassers aufgezehrt ist, ändert sich das Milieu im Reaktorbett 20. Es entsteht eine leicht bis mäßig fakultative dritte Zone 3, die im wesentlichen die untere Hälfte des Reaktorbetts 20 sowie den trichterförmigen Bodenbereich umfaßt. Hier wird das Abwasser denitrifiziert.As soon as the oxygen content of the wastewater is used up, the environment in the reactor bed 20 changes . A slightly to moderately optional third zone 3 is formed , which essentially comprises the lower half of the reactor bed 20 and the funnel-shaped base area. Here the wastewater is denitrified.

In der vierten Zone 4 im äußeren Behälterbereich 105 herrscht ein rein fakultatives Milieu. Hier wird das Abwasser noch weiter denitrifiziert. Im Wasser gelöste Gase wie CO₂ oder N₂ können sich abspalten. Gleichzeitig sedimentiert der Rest an Schlamm, der sich in der mittleren Zone 3 noch nicht abgesetzt hat, so daß das gereinigte Wasser an einer Überlaufrinne 12 abgezogen werden kann.In the fourth zone 4 in the outer container area 105 there is a purely optional environment. Here the wastewater is further denitrified. Gases such as CO ₂ or N ₂ dissolved in the water can split off. At the same time, the rest of the sludge sediments, which has not yet settled in the central zone 3 , so that the cleaned water can be drawn off on an overflow channel 12 .

Überschüssiger Klärschlamm wird über eine Leitung 13 am Boden 14 des Behälters 10 abgezogen.Excess sewage sludge is drawn off via a line 13 at the bottom 14 of the container 10 .

Durch die kontinuierliche, mehrfache Kreislaufströmung des Abwassers und des Schlammes werden Substrat, fakultativer Schlamm und Luft kontinuierlich den aeroben und anaeroben Teilen 2, 3 des Reaktorbettes 20 zugeführt. Im Reaktorbett 20 selbst liegen somit zonenweise optimale Bedingungen für Nitrifikation und Denitrifikation vor.Due to the continuous, multiple circulation flow of the waste water and the sludge, substrate, optional sludge and air are continuously fed to the aerobic and anaerobic parts 2 , 3 of the reactor bed 20 . In the reactor bed 20 itself there are optimal conditions for nitrification and denitrification.

Fig. 2 zeigt einen Klärreaktor, bei dem das Innere des Behälters 10 wiederum durch Tauchwände 101, 102 in drei Behälterbereiche 103, 104, 105 unterteilt ist. Auf dem Boden 14 des Behälters steht hier eine Tauchpumpe 40 als Umwälzpumpe. Diese saugt Abwasser, Klärschlamm und bei geeigneter Konstruktion auch Füllkörper 21 aus dem Reaktorbett 20 an. Auf dem Druckrohr der Pumpe 40 ist eine Wasserstrahl-Luftpumpe 301 vorgesehen. Angetrieben von dem Wasserstrahl der Umwälzpumpe 40 wird hier über die Luftleitung 31 Luft aus der Umgebung angesaugt und in der Düse innigst mit dem Wasser vermischt. Durch das hinter der Düse angeordnete Venturi-Rohr 302 wird ein Teil der Geschwindigkeit wieder in Druck zurückverwandelt; das Abwasser-Luft-Gemisch strömt mit entsprechend verringerter Geschwindigkeit weiter. Der Druckbedarf der nach oben steigenden Abwassersäule ist gering, da wegen der fast identischen Wasserstände im inneren und im mittleren Behälterbereich 103, 104 praktisch keine Höhe überwunden werden muß. Fig. 2 shows a Klärreaktor, wherein the interior of the container 10 is in turn divided by baffles 101, 102 in three container portions 103, 104, 105. On the bottom 14 of the container there is a submersible pump 40 as a circulation pump. This draws in wastewater, sewage sludge and, if the construction is suitable, also packing 21 from the reactor bed 20 . A water jet air pump 301 is provided on the pressure pipe of the pump 40 . Driven by the water jet from the circulation pump 40 , air is drawn in from the environment via the air line 31 and is intimately mixed with the water in the nozzle. Part of the speed is converted back into pressure by the Venturi tube 302 arranged behind the nozzle; the wastewater-air mixture continues to flow at a correspondingly reduced speed. The pressure requirement of the wastewater column rising upwards is low, since practically no height has to be overcome because of the almost identical water levels in the inner and in the middle tank area 103 , 104 .

Falls die Konstruktion der Pumpe 40 es nicht zuläßt, sowohl Schlammanteile als auch Füllkörper 21 vom Boden 14 des Behälters 10 anzusaugen, besteht die Möglichkeit, den Spalt zwischen der inneren Tauchwand 101 und dem Druckrohr oberhalb der Pumpe 40 so zu gestalten, daß hier der gewünschte Saugeffekt entsteht.If the construction of the pump 40 does not allow sucking both sludge and filler 21 from the bottom 14 of the container 10 , it is possible to design the gap between the inner baffle 101 and the pressure pipe above the pump 40 so that here the desired Suction effect arises.

Fig. 3 zeigt eine Weiterbildung des vorigen Ausführungsbeispiels. Das Reaktorbett 20 ist in diesem Fall durch einen ebenen, vorzugsweise jedoch trichterförmigen Bodenrost 22 unten begrenzt. Im Zentrum des Bodenrostes 22 befindet sich ein Schutzrohr 23. Dessen Durchmesser ist größer als der Durchmesser der Pumpe 40. Entsprechendes gilt auch für den Durchmesser der inneren Tauchwand 101. Bei dieser Konstruktion kann die Pumpe 40 zur Wartung oder Reparatur von der Oberseite des Behälters 10 herausgezogen werden, ohne daß der Behälter 10 entleert oder das Reaktorbett 20 ausgebaut werden müßte. Es versteht sich, daß dadurch etwaige Stillstandszeiten des Klärreaktors minimal gehalten werden können und die Biologie des Reaktors nicht zerstört wird. Fig. 3 shows a development of the previous embodiment. In this case, the reactor bed 20 is delimited at the bottom by a flat, but preferably funnel-shaped bottom grate 22 . A protective tube 23 is located in the center of the floor grid 22 . Its diameter is larger than the diameter of the pump 40 . The same applies to the diameter of the inner baffle 101 . With this construction, the pump 40 can be pulled out for maintenance or repair from the top of the container 10 without the container 10 having to be emptied or the reactor bed 20 having to be removed. It goes without saying that any downtimes of the clarification reactor can be kept to a minimum and the biology of the reactor is not destroyed.

Das untere Ende der inneren Tauchwand 101 ist als Ansaugtrichter 106 ausgebildet, um das Ansaugen der Füllkörper 21 aus dem Reaktorbett 20 zu verbessern. The lower end of the inner diving wall 101 is designed as a suction funnel 106 in order to improve the suction of the packing elements 21 from the reactor bed 20 .

Weiterhin ist bei diesem Ausführungsbeispiel im äußeren Behälterbereich 105 eine Gasfangtasche 50 angebaut, die über eine Steigleitung 51 mit dem inneren Behälterbereich 103 in Verbindung steht. Die Gasfangtasche 50 fängt aufsteigende Blasen von Stickstoff und anderen Gasen auf und führt sie in den stark belüfteten inneren Behälterbereich 103 zurück. Hierdurch wird verhindert, daß der Sedimentationsvorgang des Klärschlammes durch die in Gegenrichtung aufsteigenden Gasblasen gestört wird.Furthermore, in this exemplary embodiment, a gas collecting pocket 50 is attached in the outer container region 105 and is connected to the inner container region 103 via a riser 51 . The gas collection pocket 50 collects rising bubbles of nitrogen and other gases and leads them back into the highly ventilated inner container area 103 . This prevents the sedimentation process of the sewage sludge from being disturbed by the gas bubbles rising in the opposite direction.

Wie die Fig. 3 weiterhin zeigt, kann durch einfaches Anbringen von Stützfüßen 15 unter dem Behälter 10 eine transportable, hoch aktive Kläranlage mit allen drei Reinigungsstufen gebaut werden. Derartige Kompaktanlagen eignen sich insbesondere für einzelstehende Gehöfte, für Sportheime, für Fischzuchtanlagen, für kleine Ortschaften und dergleichen, die nicht an das Netz der Kanalisation angeschlossen werden können.As further shown in FIG. 3, a portable, highly active sewage treatment plant with all three cleaning stages can be built by simply attaching support feet 15 under the container 10 . Such compact systems are particularly suitable for single farms, for sports homes, for fish farms, for small towns and the like, which cannot be connected to the sewer network.

Die Fig. 4 und 5 zeigen in Draufsicht bzw. im Querschnitt einen Füllkörper 21, wie er sich zur Verwendung in einer der Anlagen der Fig. 1 bis 3 besonders eignet. FIGS. 4 and 5 show in plan view and in cross section, a filling body 21, as it is particularly suitable for use in the systems of Figs. 1 to 3.

Der Füllkörper 21 besteht aus vier konzentrischen, zylindrischen Rohrabschnitten 211, die durch radiale Stege 212 gehalten werden.The filler 21 consists of four concentric, cylindrical tube sections 211 which are held by radial webs 212 .

Diese Art von Füllkörper 21 läßt sich im Extrusionsverfahren preiswert herstellen. Sie bietet eine große spezifische Oberfläche als Aufwuchsfläche für Mikroorganismen und zur Besiedelung mit Nitrifikanten, insbesondere in stark durchströmten Belebungsanlagen und Klärreaktoren. Für die Besiedelung mit Nitrifikanten ist insbesondere die geschützte Oberfläche günstig. Hierdurch wird die Oxidationswärme innerhalb des Füllkörpers 21 gespeichert, die wiederum Voraussetzung für die optimale Bildung und den optimalen Aufwuchs von nitrifizierenden Bakterien ist. Dadurch, daß der größte Teil der zylindrischen Bewuchsflächen nach außen hin geschützt ist, bietet sich den sessilen Bakterien einerseits ein geschützter Besiedelungsraum, andererseits sind genügend freie Querschnitte da, wie sie für den Transport von Nährstoffen und Sauerstoff zu den Mikroorganismen und für den Abtransport von Oxidationsprodukten nötig sind. Eine Versiegelung der freien Querschnitte durch Polyuronide, Schleimhäute und biologischen Rasen, wie sie bei feinporigen Bewuchskörpern auftritt, wird sicher vermieden.This type of packing 21 can be produced inexpensively in the extrusion process. It offers a large specific surface as a growth area for microorganisms and for colonization with nitrificants, especially in aeration systems and sewage reactors with a high flow rate. The protected surface is particularly favorable for the settlement with nitrificants. As a result, the heat of oxidation is stored within the packing 21 , which in turn is a prerequisite for the optimal formation and growth of nitrifying bacteria. The fact that the majority of the cylindrical vegetation areas are protected from the outside offers the sessile bacteria, on the one hand, a protected colonization area, on the other hand, there are sufficient free cross-sections as they are for the transport of nutrients and oxygen to the microorganisms and for the removal of oxidation products are necessary. Sealing of the free cross-sections by polyuronides, mucous membranes and organic turf, as occurs with fine-pored vegetation, is safely avoided.

Claims

1. Biological sewage reactor according to the aerobic / optional principle, consisting of a container ( 10 ) with an inlet ( 11 ) for the liquid to be cleaned, with an outlet ( 12 ) for the cleaned liquid, with an outlet ( 13 ) for the sewage sludge , with an immersion body ( 20 ) poured out of fillers ( 21 ) with a large relative surface area as a growth surface for sessile microorganisms and with a device ( 30 ) for introducing air into the container ( 10 ), the container ( 10 ) having a funnel-shaped bottom ( 14 ), the ratio of the container height to the container width or diameter being between 1: 2 and 5: 1 and with part of the filler bodies ( 21 ) being continuously withdrawn from the immersion body ( 20 ), characterized in that the container ( 10 ) is protected against heat loss that several container areas in the container ( 10 ) through the installation of essentially vertical baffle walls ( 101 , 102 ) he ( 103 , 104 , 105 ) are formed so that in the inner tank area ( 103 ) below the ventilation device ( 30 ), in the middle tank area ( 104 ) the immersion body ( 20 ) and in the outer tank area ( 105 ) a sludge clarification and settling zone is provided are that the baffle ( 102 ) is formed between the middle and the outer container area ( 104 , 105 ) for optimal heat recovery and that a pump ( 40 ) is provided in the inner tank area ( 103 ) below, which the liquid to be cleaned and the settling sludge sucks and conveys upward in the inner container area ( 103 ), whereby a circular flow through the immersion body ( 20 ) is maintained in the container ( 10 ).

2. Clarification reactor according to claim 1, characterized in that the container regions ( 103, 104, 105 ) are arranged concentrically to one another.

3. Clarification reactor according to claim 1 or 2, characterized in that the ventilation device ( 30 ) is designed as a water jet air pump ( 301 ) with a downstream Venturi tube ( 302 ).

4. Clarification reactor according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the pump ( 40 ) is designed as a submersible pump and is arranged on or just above the tank bottom ( 14 ).

5. Clarification reactor according to claim 1 to 4, characterized in that the pump ( 40 ) sucks the filler ( 21 ) of the immersion body ( 20 ) directly.

6. Clarification reactor according to claim 1 or 2, characterized in that the ventilation device ( 30 ) and the pump ( 40 ) are designed as a mammoth pump.

7. Clarification reactor according to one of claims 1 to 6, characterized in that under the immersion body ( 20 ) a grid or grate ( 22 ) with a central protective tube ( 23 ), the diameter of which is larger than that of the pump ( 40 ), is provided .

8. Clarification reactor according to one of claims 2 to 7, characterized in that the lower end of the inner baffle ( 101 ) is designed as a suction funnel ( 106 ) for sucking fillers ( 21 ).

9. Clarification reactor according to one of claims 1 to 8, characterized in that in the outer container region ( 105 ) a gas collecting pocket ( 50 ) is provided, from which at least one riser ( 51 ) leads into the inner container region ( 103 ).

10. Clarification reactor according to one of claims 1 to 9, characterized characterized in that a mixing chamber is provided in which the liquid to be cleaned and the circuit pumped liquid mixed and as evenly as possible distributed over the surface of the immersion body.

11. Clarification reactor according to one of claims 1 to 10, characterized in that the packing ( 21 ) from extruded tube sections, preferably made of plastic, consist of a plurality of concentric cylinders ( 211 ) which are held by radial webs ( 212 ).

12. Clarification reactor according to claim 11, characterized in that the tube sections have a diameter of approximately 40 mm and a length of approximately 40 mm and four concentric cylinder walls ( 211 ).