DE4112377A1 - Kompaktreaktor fuer die aerobe biologische abwasserreinigung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kompaktreaktor für die aerobe biologische Reinigung und Nachklärung von kummunalen und industriellen Abwässern vorzugsweise nach dem klassischen Belebtschlammverfahren.

Bei der aeroben biologischen Abwasserreinigung nach dem klassischen Belebtschlammverfahren müssen durch die technischen Ausrüstungen die folgenden drei wesentlichen verfahrenstechnischen Maßnahmen realisiert werden:

• - der aerobe biologische Abbau von Abwasserinhaltsstoffen in einem Belüftungsbecken - dem aktiven Reaktionsraum - mit ausreichender Sauerstoffversorgung und Durchmischung zur Vermeidung von Bioschlammablagerungen;
• - die Abscheidung von Bioschlamm aus dem biologisch behandelten Abwasser in einem Nachklärbecken mit oder ohne mechanischer Bodenschlamm- und Schwimmschlammabräumung und
• - die Rückführung des größten Teiles des abgeschiedenen Bioschlammes in das Belüftungsbecken.

Dabei müssen aber auch die Probleme der Schaumbekämpfung im Belüftungsbecken und die Schwimmschlammbeseitigung im Nachklärbecken beherrscht werden.

Dies wird gegenwärtig noch überwiegend in räumlich getrennten Becken mit Abwasserdurchlauf im freien Gefälle und Bioschlammrückführung mit Hilfe von Kreiselpumpen durchgeführt. Es sind jedoch auch technische Lösungen bekannt, bei denen die o. g. wesentlichen Verfahrensschritte vorteilhafter in einer kompakten Anlage realisiert werden.

So kann das Nachklärbecken z. B. nach DD 26 18 777 unmittelbar an einer Seite des Belüftungsbeckens, nach DD 25 54 495 oder DD 30 32 036 seitlich am Umfang des Belüftungsbeckens oder nach DD 29 24 169, DD 3 10 64 665 oder DD 31 06 465 zentrisch im Belüftungsbecken angeordnet sein.

Die Rückführung des abgeschiedenen Bioschlammes in das Belüftungsbecken erfolgt entweder wie bekannt mit Kreiselpumpen oder selbsttätig aufgrund des Dichteunterschiedes zwischen dem entgasten und sedimentierten Bioschlamm und dem belüfteten Abwasser im Belüftungsbecken.

Aufgrund des Abwasserdurchlaufes im freien Gefälle durch das Belüftungs- und Nachklärbecken ergibt sich bei den bekannten Kompaktanlagen der Grundflächenbedarf im allgemeinen als Summe der Grundfläche beider Becken. Es sind neben den Ausrüstungen für die Realisierung des erforderlichen Sauerstoffeintrages und der Durchmischung im Belüftungsbecken - z. B. Belüftungs­ kreisel, Kompressoren, Luftverteiler, Umwälzpumpen, Düsensysteme - Pumpenvorlagen und Kreiselpumpen für die Bio­ schlammrückführung zu installieren, zu betreiben und zu warten. In den Pumpenvorlagen für den abgeschiedenen Bioschlamm treten aufgrund der Zwischenlagerzeit Aktivitätsverluste des Bioschlammes auf, die die Abbauleistung der Gesamtanlage negativ beeinflussen.

Bei der selbsttätigen Bioschlammrückführung in Kompaktanlagen aufgrund des Dichteunterschiedes ist es problematisch, die gewünschten Bioschlammrücklaufmengen einzustellen und konstant zu halten, da der geringe Dichteunterschied nur einen äußerst geringen Druckunterschied als Triebkraft für die selbsttätige Bioschlammrückströmung zur Folge hat und dieser Dichteunterschied vielfältigen Beeinflussungen unterliegt, z. B. durch die Belüftungsintensität und die Bioschlammqualität.

Bei auftretender starker Schaumbildung im Belüftungsbecken oder nicht zumutbarer Geruchbelästigung bzw. erforderlicher gesonderter Abluftbehandlung muß das Belüftungsbecken mitunter vollständig abgedeckt werden.

Auftretender Schwimmschlamm im Nachklärbecken muß bei allen bekannten Anlagen nach der mechanischen Abräumung mit Spezial­ ausrüstungen abgepumpt und einer gesonderten Behandlung zugeführt werden.

Diese bekannten Kompaktanlagen für die aerobe biologische Abwasserreinigung erfordern somit zum Teil eine relativ große Grundfläche und je nach der Spezifik des zu behandelnden Abwassers eine aufwendige Abdeckung des Belüftungsbeckens sowie gesonderte Ausrüstungen für die Schaumbekämpfung, die Bioschlammrückführung und Schwimmschlammbeseitigung verbunden mit entsprechendem Invest- und Wartungsaufwand und zusätzlichen Elektroenergiebedarf.

Es sind weiterhin Lösungen bekannt, z. B. nach DD 24 15 940, bei denen das Nachklärbecken unmittelbar über dem Belüftungsbecken angeordnet ist. Nachteilig ist auch bei diesen Lösungen, daß entweder das Abwasser aus dem Belüftungsbecken in das Nachklärbecken oder das Abwasser und der abgeschiedene Bioschlamm in das Belüftungsbecken mit gesonderten Pumpen gefördert werden müssen und gesonderte Ausrüstungen für die Schaumbekämpfung und Schwimmschlammbeseitigung erforderlich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kompaktreaktor für die aerobe biologische Abwasserreinigung zu entwickeln, der die technisch-technologischen Aufgaben - ausreichende Begasung, Vermeidung von Bioschlammablagerungen im Reaktionsraum, effektive Biomasseabscheidung und kontrollierte Rückführung sowohl von sedimentierendem als auch aufschwimmendem Bioschlamm aus der Nachklärstufe ohne nennenswerte Aktivitätseinbuße - bei minimalem Wartungsaufwand sowie einfacher und sicherer Beherrschung von eventuell auftretenden Schäumen auf kleinst­ möglicher Grundfläche und bei minimalem Energiebedarf löst.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der biologisch aktive Reaktionsraum mit einem Nachklärraum, der zentrisch über dem biologisch aktiven Reaktionsraum angeordnet ist, funktionell mit einem vertikalen Umlaufbegasungssystem verbunden ist. Das Umlaufbegasungssystem besteht im wesentlichen aus einem zentralen vertikalen Aufstromrohr mit einer Propeller­ pumpe, mit einem an sich bekannten bodennahen schirmartigen Ein­ laufteil und mit einer vorzugsweise teleskopartig höhenver­ stellbaren Umlenkhaube mit Gaseintrittskanälen am oberen Ende und einem Abstromrohr, das um das zentrale Aufstromrohr und die Umlenkhaube angeordnet ist und sich von der höchsten Stellung der Umlenkhaube bis in die Nähe des Einlaufteiles des Aufstrom­ rohres erstreckt.

Die an sich bekannte Überlaufkante des Nachklärraumes ist dabei unter dem Höhenniveau der tiefsten Stellung der Umlenkhaube angeordnet. Zwischen dem Aufstromrohr nach der Propellerpumpe und dem an sich bekannten Verteiler des Nachklärraumes ist eine Ablaufleitung mit einer Füllstandsregelarmatur vorhanden. Die an sich bekannte Bioschlammrückführleitung aus dem Nachklärraum und die Abwasserzulaufleitung zum aktiven Reaktionsraum sind vorzugsweise an den oberen Teil des Abstromrohres angeschlossen. Weiterhin sind im Abstromrohr wenig über dem Höhenniveau der Überlaufkante des Nachklärraumes Überlauföffnungen vorgesehen. Die an sich bekannte Abgasleitung des durch den Nachklärraum abgedeckten aktiven Reaktionsraumes ist bis über die Überlaufkante des Nachklärraumes nach oben geführt und besitzt eine Rücklaufleitung mit Gefälle zum oberen Teil des Abstromrohres des Umlaufbegasungssystems.

Durch diese erfindungsgemäße Ausführung eines Kompaktreaktors wird bei Betrieb der Propellerpumpe das im aktiven Reaktionsraum mit Sauerstoff zu versorgende Abwasser ständig im Kreislauf bis über den Füllstand im Nachklärraum gehoben, fällt - durch die Umlenkhaube erzwungen - als mehrere segmentartige Freistrahlen etwa senkrecht in den Ringquerschnitt zwischen Aufstrom- und Abstromrohr und saugt dabei über den Spalt zwischen Umlenkhaube und Abstromrohr und über gesonderte Gas­ eintrittskanäle Luft an, die gemeinsam mit dem im Kreislauf geführten Abwasser bis über das Einlaufteil des Aufstromrohres am Boden des aktiven Reaktionsraumes eingetragen wird. Die mit Hilfe der Propellerpumpe umgewälzte Abwassermenge und die Auftriebskräfte der bis in Bodennähe eingetragenen Luft sichern die erforderliche Durchmischung zur Vermeidung von Bioschlammablagerungen und einen energetisch effektiven Sauerstoffeintrag, der durch die teleskopartig höhenverstellbare Umlenkhaube in seiner Intensität stufenlos den Erfordernissen angepaßt werden kann. Das dem Kompaktreaktor zugeführte Abwasser und der aus dem Nachklärraum in den aktiven Reaktionsraum zurückfließende Bioschlamm gelangen in den Bereich der höchsten Sauerstoffversorgung und werden sofort auf die im Kreislauf geführte große Abwassermenge verteilt. Mit Hilfe der Füllstandsregelarmatur in der Zulaufleitung zwischen dem Aufstromrohr nach der Propellerpumpe und dem Verteiler im Nachklärraum wird die gleiche Flüssigkeitsmenge, die dem aktiven Reaktionsraum zuströmt, ständig als Teilstrom aus der Kreislaufmenge des Umlaufbegasungssystems geregelt entnommen und dem Nachklärraum zugeführt. Durch die Überlauföffnungen im Abstromrohr des Umlaufbegasungssystems wenig über dem Höhenniveau der Überlaufkante des Nachklärraumes kann eventuell auftretender Schwimmschlamm mit einer an sich bekannten Abräumvorrichtung in das Abstromrohr gelenkt werden, so daß der Schwimmschlamm sofort wieder dem aktiven Reaktionsraum zugeführt und aktiviert wird.

Bei starker Schaumbildung im aktiven Reaktionsraum kann Schaum über die Abgasleitung und die Rücklaufleitung bis in das Abstromrohr des Umlaufbegasungssystems abfließen, wobei er sich zum Teil oder ganz selbst zerstört bzw. im Abstromrohr vollständig zerstört wird.

Weiterhin kann erfindungsgemäß in der Abgasleitung des aktiven Reaktionsraumes oberhalb der Überlaufkante des Nachklärraumes ein Flüssigkeitsabscheider angeordnet sein, dessen Flüssigkeitsaustritt vorzugsweise an die Rücklaufleitung angeschlossen ist. Dies ist möglich, weil durch ein Höherstellen der Umlenkhaube des Begasungssystems trotz des sich einstellenden Überdruckes im Abgasraum des aktiven Reaktionsraumes die Begasungsintensität beibehalten werden kann.

Erfindungsgemäß kann in der Abgasleitung des aktiven Realationsraumes auch ein Abgasbiofilter angeordnet sein. Er ist vorzugsweise oberhalb der Überlaufkante des Nachklärraumes an­ zuordnen, so daß auch in diesem Fall sich abscheidende Flüssig­ keit oder eventuell auftretender Schaum über die Rücklauflei­ tung zum Abstromrohr des Begasungssystems abfließen kann.

In der Rückführleitung für den sedimentierten Bioschlamm aus dem Nachklärraum in den aktiven Reaktionsraum kann erfindungs­ gemäß auf Grund des Niveauunterschiedes im Nachklär- und aktiven Reaktionsraum vorteilhaft eine Mengenmessung oder Mengenregelung der rückgeführten Bioschlammenge vorgenommen werden.

Für den Fall des Ausfalles oder der Außerbetriebnahme der Umwälzpumpe für das Begasungssystem sind erfindungsgemäß in der Ablaufleitung zwischen aktivem Reaktionsraum und Nachklärraum eine Rückschlagklappe installiert und für den aktiven Reaktionsraum eine Notablaufleitung vorgesehen, so daß der Nachklärraum nicht unkontrolliert leerlaufen kann und bei ständigem Abwasserzulauf ein Stau oder Überlauf verhindert wird.

Durch die erfindungsgemäße Kombination der Begasungsvorrichtung für den aktiven Reaktionsraum mit dem zentrisch über dem aktiven Reaktionsraum angeordneten Nachklärraum ist somit ein Kompaktreaktor für die aerobe biologische Abwasserreinigung geschaffen worden, der eine überraschende qualitativ neue komplexe und sehr vorteilhafte Lösung für die Belüftung, die Bioschlammabtrennung und -rückführung, die Schwimmschlamm- und Schaumbeherrschung sowie für die Abgasbehandlung darstellt. Der Grundflächenbedarf ist minimiert. Für die Rückführung von sedimentiertem Bioschlamm, die Beseitigung von Schwimmschlamm und die Bekämpfung von Schaum werden keine gesonderten mechanischen Ausrüstungen benötigt. Der Energie- und Wartungsaufwand sind daher geringer als bei den bekannten Kompaktreaktoren.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Fig. 1 zeigt den Querschnitt durch einen rotationssymmetrischen Kompaktreaktor. Fig. 2 zeigt die dazugehörige Draufsicht.

Im aktiven Reaktionsraum 1 ist zentrisch das Begasungssystem, bestehend aus dem Aufstromrohr 3 mit dem Einlaufteil 4, der Propellerpumpe 5 und der Umlenkhaube 6 mit Gaseintrittskanälen 7 sowie dem Abstromrohr 8, eingesetzt. Über dem aktiven Reaktionsraum 1 ist um den oberen Teil des Begasungssystems der Nachklärraum 2 angeordnet. Er kann je nach den spezifischen Erfordernissen durch das zu reinigende Abwasser im Durchmesser vorzugsweise gleich oder größer als der aktive Reaktionsraum 1 sein.

Die Überlaufkante 9 im Nachklärraum 2 für das gereinigte und nachgeklärte Abwasser ist unter dem Höhenniveau der Umlenkhaube 6 des Begasungssystems angeordnet. Für den Abwasserablauf aus dem aktiven Reaktionsraum 1 zum Verteiler 14 des Nachklärraumes 2 ist eine Ablaufleitung 11 vorgesehen, die vom Aufstromrohr 3 oberhalb der Propellerpumpe 5 zum Verteiler 14 im Nachklärraum 2 führt und in der eine direkt durch einen Schwimmer betätigte Füllstandsregelarmatur 12 und eine Rückschlagklappe 13 angeordnet sind. Dadurch wird ermöglicht, daß die dem aktiven Reaktionsraum 1 zugeführten Abwasser- und Bioschlammrücklaufmengen füllstandsgeregelt als Teilstrom der Umwälzmenge der Begasungsvorrichtung in den Nachklärraum 2 gefördert werden. Für die Zuführung des Abwassers zum aktiven Reaktionsraum 1 ist die Abwasserzulaufleitung 16 vorgesehen.

Für die Rückführung des im Nachklärraum 2 sedimentierten Bioschlammes in den aktiven Reaktionsraum 1 ist eine Bioschlammrückführleitung 17 von der tiefsten Stelle des Bioschlammsammelraumes vorhanden. In dieser Bioschlammrückführleitung 17 ist aufgrund des Unterschiedes im Füllstandsniveau zwischen Nachklärraum 2 und Abstromrohr 8 vorteilhaft eine Mengenregelung 18 installiert. An der Bioschlammrückführleitung 17 ist die Überschuß- Schlammleitung 19 angeschlossen. Die Abwasserzulaufleitung 16 und die Bioschlammrückführleitung 17 sind an den oberen Teil des Abstromrohres 8 des Begasungssystems angeschlossen, so daß das Abwasser und der rückgeführte Bioschlamm sofort intensiv mit dem Umwälzstrom des Begasungssystems vermischt werden und in die Zone des höchsten Sauerstoffangebotes gelangen.

Das Abstromrohr 8 besitzt oberhalb der Überlaufkante 9 des Nachklärraumes 2 mehrere Überlauföffnungen 10. Der Nachklärraum 2 ist mit einer Abräumervorrichtung 15 für den sedimentierten Bioschlamm und für Schwimmschlamm ausgerüstet, wobei der Schwimmschlamm ebenfalls wie der Bodenschlamm nach innen geräumt wird, so daß er durch die Überlauföffnungen 10 in das Abstromrohr 3 des Begasungssystems geräumt und dort vom Umwälzstrom erfaßt wird.

Im Nachklärraum 2 anfallender und abgeräumter Schwimmschlamm wird somit problemlos ohne nennenswerten energetischen und technischen Aufwand auf kürzestem Wege wieder dem aktiven Reaktionsraum 1 zugeführt und muß nicht gesondert beseitigt werden.

Am aktiven Reaktionsraum 1 ist an seiner höchsten Stelle eine Abgasleitung 22 angeschlossen, die bis über die Überlaufkante 9 des Nachklärraumes 2 geführt und mit einer Rücklaufleitung 23 mit Gefälle zum oberen Ende des Abstromrohres 8 versehen ist.

Somit kann im aktiven Reaktionsraum 1 auftretender überschüssiger Schaum über die Abgasleitung 22 und die Rücklaufleitung 23 in das Abstromrohr 8 abfließen, wobei er sich ganz oder zum Teil selbst zerstört bzw. entgasen kann und der Rest durch den großen Umwälzstrom der Begasungsvorrichtung angesaugt und beseitigt wird. In der Abgasleitung 22 kann aber auch ein Flüssigkeitsabscheider 24 in an sich bekannten Ausführungen, wie z. B. Zyklon-, Prall- oder Lamellenabscheider oder ein spezieller mechanischer Schaumzerstörer und/oder ein Abgasbiofilter installiert sein, deren Flüssigkeitsaustritt vorzugsweise mit der Rücklaufleitung 23 verbunden wird.

Der aktive Reaktionsraum 1 ist weiterhin mit einer Notablaufleitung 21 versehen, die in die Abwasserablaufleitung 20 einbindet. Diese Notablaufleitung 21 und die Rückschlagklappe 13 in der Ablaufleitung 11 sichern, daß es bei Außerbetriebnahme oder Ausfall der Propellerpumpe 5 keinen Rückstau im dem aktiven Reaktionsraum 1 zugeführten Abwasserstrom gibt und der Nachklärraum nicht teilweise leerläuft.

Aufstellung der Bezugszeichen

 1 Reaktionsraum
 2 Nachklärraum
 3 Aufstromrohr
 4 Einlaufteil
 5 Propellerpumpe
 6 Umlenkhaube
 7 Gaseintrittskanal
 8 Abstromrohr
 9 Überlaufkante
10 Überlauföffnung
11 Ablaufleitung
12 Füllstandsregelarmatur
13 Rückschlagklappe
14 Verteiler
15 Abräumervorrichtung
16 Abwasserzulaufleitung
17 Bioschlammrückführleitung
18 Mengenmessung/-regelung
19 Überschußschlammleitung
20 Abwasserablaufleitung
21 Notablaufleitung
22 Abgasleitung
23 Rücklaufleitung
24 Flüssigkeitsabscheider/Abgasbiofilter

Claims (5)

1. Kompaktreaktor für die aerobe biologische Abwasserreinigung bestehend aus einem biologisch aktiven Reaktionsraum mit einer Vorrichtung zur Begasung des Abwassers und einem darüber zentrisch angeordneten Nachklärraum für die Biomasseabscheidung mit oder ohne bekannten Vorrichtungen zur Schwimmschlamm- und Bodenschlammabräumung, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der biologisch aktive Reaktionsraum (1) mit dem Nachklärraum (2) mit Hilfe eines vertikalen Umlaufbega­ sungssystems, bestehend aus einem zentralen Aufstromrohr (3) mit einer Propellerpumpe (5), mit einem an sich bekannten bodennahen schirmartigen Einlaufteil (4) und mit einer vorzugsweise teles­ kopartig höhenverstellbaren Umlenkhaube (6) mit Gaseintritts­ kanälen (7) am oberen Ende und einem Abstromrohr (8), das um das zentrale Aufstromrohr (3) und die Umlenkhaube (6) an­ geordnet ist und sich von der höchsten Stellung der Umlenkhaube (6) bis in die Nähe des Einlaufteiles (4) erstreckt, funktionell verbunden ist, wobei die Überlauf­ kante (9) des Nachklärraumes (2) unter dem Höhenniveau der Umlenkhaube (6) liegt, eine Ablaufleitung (11) mit einer Füllstandsregelarmatur (12) zwischen dem Aufstromrohr (3) nach der Propellerpumpe (5) und dem Verteiler (14) des Nachklärraumes (2) vorhanden ist, die Bioschlammrückführleitung (17) aus dem Nachklärraum (2) und die Abwasserzulaufleitung (16) zum aktiven Reaktionsraum (1) vorzugsweise an den oberen Teil des Abstromrohres (8) angeschlossen sind, im Abstromrohr (8) unmittelbar über dem Höhenniveau der Überlaufkante (9) des Nachklärraumes (2) Überlauföffnungen (10) vorgesehen sind und die Abgasleitung (22) aus dem aktiven Reaktionsraum (1) bis über die Überlaufkante (9) des Nachklärraumes (2) geführt ist und diese eine Rücklaufleitung (23) mit Gefälle zum oberen Teil des Abstromrohres (8) besitzt.

2. Kompaktreaktor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß in der Abgasleitung (22) des aktiven Reaktionsraumes (1) oberhalb der Überlaufkante (9) des Nachklärraumes (2) ein Flüssigkeitsabscheider (24) angeordnet ist, dessen Flüssigkeitsaustritt vorzugsweise an die Rücklaufleitung (23) angeschlossen ist.

3. Kompaktreaktor nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß in der Abgasleitung (22) des aktiven Reaktionsraumes (1) vorzugsweise oberhalb der Über­ laufkante (9) des Nachklärraumes (2) ein Abgasbio­ filter (24) angeordnet ist.

4. Kompaktreaktor nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß in der Bioschlammrückführleitung (17) eine Mengenmessung und/oder Mengenregelung (18) vorgesehen ist.

5. Kompaktreaktor nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß für den aktiven Reaktionsraum (1) eine Notablaufleitung (21) und in der Ablaufleitung (11) zwischen aktivem Reaktionsraum (1) und Nachklärraum (2) eine Rückschlagklappe (13) vorgesehen sind.