DE4126736A1 - Abwasserreinigungsanlage fuer eine einstufige reinigung von abwasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abwasserreinigungsanlage für eine einstu­ fige Reinigung von Abwasser, insbesondere von kommunalem Abwasser, mit einem im Grundriß runden Belebungsbecken, einer zentralen Ein­ richtung für die Zuführung des Rohabwassers, einem Beckenrand mit umgebender Ablaufrinne für das ablaufende Wasser und mit einer um­ laufenden Belüftungsbrücke mit Umlaufantrieb und vorgegebener Um­ laufrichtung, wobei die Belüftungsbrücke in Bodennähe des Belebungs­ beckens eine Vielzahl von Belüftern aufweist. Der Mengenstrom der Belüftungsluft für die Belüftung des zu reinigenden Wassers wird nach Maßgabe verschiedener Reinigungsphasen mit oxischer oder aerober Prozeßphase, anoxischer Prozeßphase und gegebenenfalls anaerober Prozeßphase gesteuert oder geregelt. Insbesondere handelt es sich um die biologische Reinigung von kommunalem Abwasser.

Die vorstehend beschriebene Abwasserreinigungsanlage ist eine ein­ stufige biologische Abwasserreinigungsanlage, wenn auch das zulau­ fende Rohabwasser regelmäßig eine Vorklärung erfährt und eine Nach­ klärung nachgeschaltet ist. Häufig erfolgt eine Schlammrückführung aus der Nachklärung in das Belebungsbecken bzw. in die Vorklärung. - Grundsätzlich kennt die biologische Abwasserreinigung einstufige und zweistufige Anlagen. Bei zweistufigen Anlagen werden zwei Bele­ bungsstufen, die biologisch unterschiedlich arbeiten, hintereinander betrieben. Dabei wird in der ersten Stufe ein großer Teil der Ver­ schmutzungen, die das Rohabwasser mitbringt, entfernt, während in der zweiten Stufe die verbleibenden Verschmutzungen abgebaut werden. Zweistufige Abwasserreinigungsanlagen haben häufig den Nachteil, daß bei Überlastung der ersten Stufe in der zweiten Stufe der angestrebte Reinigungsgrad des Abflusses nicht erreicht wird. Demgegenüber sind einstufige Abwasserreinigungsanlagen betriebssicherer, die Betriebs­ führung ist einfacher.

Zur modernen biologischen Abwasserreinigung gehören die Kohlenstoff-, Stickstoff- und häufig auch die Phosphat-Elimination. Dabei erfolgt ein Zyklus von abgestimmten Prozeßphasen. Diese sind eine oxische oder aerobe, eine anoxische und häufig eine anaerobe Prozeßphase. In der oxischen Prozeßphase wird dem Belebungsbecken Luft und damit Sauerstoff zugeführt. Es erfolgt eine Oxidation der Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen. Die Oxidation der Stickstoffverbindungen wird als Nitrifikation bezeichnet. Gleichzeitig wird auch Phosphat von den Bakterien in der Belebungsstufe aufgenommen und damit aus dem Ab­ wasser entfernt. In der anoxischen Prozeßphase sind die Luftzufuhr und damit die Sauerstoffzufuhr abgeschlossen. Aus Mangel an freiem Sauerstoff verbrauchen die Bakterien in der Belebungsstufe nunmehr Nitrat-Sauerstoff. Es erfolgt eine Denitrifikation und der Stickstoff entweicht als Gas aus dem Belebungsbecken. Wird mit einer anaeroben Prozeßphase zusätzlich gearbeitet, so beginnt diese nach Verbrauch des Nitrat-Sauerstoffes bei weiterhin unterbrochener Zufuhr von Bele­ bungsluft. Die Bakterien geben hier unter Streß einen Teil ihres ge­ speicherten Phosphates wieder ab. Das ist eine Voraussetzung, um in der nun wieder angeschlossenen oxischen Prozeßphase die Bakterien zu veranlassen, Phosphat aufzunehmen und damit die Phosphat­ elimination zu steigern. Verzichtet man auf die anaerobe Prozeßphase, so sind wesentlich die Prozeßphase mit dem Abbau der Kohlenstoffver­ bindungen, die Nitrifikation und die Denitrifikation (vgl. Lehr- und Handbuch "Abwassertechnik" Verlag Wilhelm Ernst 6 Sohn, 1975, Band 2, Seiten 454 bis 457 und Zeitschrift "gwf-wasser/abwasser", 1982, Seiten 240 bis 245). Bei den einstufigen Anlagen des eingangs be­ schriebenen Aufbaus erfolgt die Kohlenstoff-, Stickstoff- und Phosphat- Elimination im gleichen Belebungsbecken "simultan".

Bei der bekannten Anlage, von der die Erfindung ausgeht (vgl. DE-OS 27 57 860, Ausführungen zum Stand der Technik auf Seite 8, Seite 9, Abs. 1), fließt das zu reinigende Wasser von der Einrichtung für die Zuführung des Rohabwassers langsam zum Rand des Belebungs­ beckens nach Maßgabe laminarer, wenn auch bogenförmiger Stromfäden, die zwar bis zum Rand des Belebungsbeckens verlaufen, sich aber nur über ein Teilstück der Länge des kreisringförmigen Belebungsbeckens erstrecken. Entsprechend läuft die Belüftungsbrücke, die sich nur langsam bewegt und praktisch keine Turbulenzen, jedenfalls keine in beachtlichem Maße mischwirksamen Turbulenzballen mit großer kine­ tischer Energie erzeugt. Die hiermit erreichbare Reinigungsleistung ist im Lichte der modernen Anforderungen an die biologische Abwasser­ reinigung verbesserungsbedürftig. Das gilt insbesondere für die Deni­ trifikation, die im Rahmen der bekannten Maßnahmen nur bei extrem geringen Schlammbelastungen einigermaßen befriedigend erreichbar ist. Die Praxis hat sich daher von den beschriebenen einstufigen Abwasser­ reinigungsanlagen abgewandt und diese mehrstufig erweitert (vgl. DE-OS 27 57 860, Ausführungen zu der offenbarten Lehre zum tech­ nischen Handeln; vgl. DE-OS 32 35 992). Diese mehrstufigen Abwasser­ reinigungsanlagen sind in baulicher Hinsicht aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abwasserreinigungsan­ lage des beschriebenen Aufbaus für die einstufige Abwasserreinigung anzugeben, welche zu sehr hohen Reinigungsleistungen, insbesondere in bezug auf die Denitrifikation führt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung eine Abwas­ serreinigungsanlage für eine einstufige Reinigung von Abwasser, insbesondere von kommunalem Abwasser, mit einem im Grundriß runden Belebungsbecken, einer zentralen Einrichtung für die Zuführung des Rohabwassers, einem Beckenrand mit umgebender Ablaufrinne für das ablaufende Wasser und mit einer umlaufenden Belüftungsbrücke mit Umlaufantrieb und vorgegebener Umlaufrichtung, wobei die Belüftungs­ brücke in Bodennähe des Belebungsbeckens eine Vielzahl von Belüftern aufweist, wobei die Belüftungsbrücke auf ihrer der Umlaufrichtung ab­ gewandten Seite zumindest einen Strömungsbeschleunigungspropeller mit Propellerantrieb besitzt und wobei der Umlaufantrieb, der Propelleran­ trieb sowie die Belüfter bezüglich der Belüftungsmengenströme unab­ hängig voneinander steuerbar und/oder regelbar sind. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung folgt der Belüftungsbrücke bei ihrer Bewegung mit Abstand im Bereich des Beckenrandes eine Belebtschlamm­ hebeeinrichtung, deren Hebeleistung steuerbar oder regelbar ist. Auf diese Weise kann der Überschußschlamm in einem definierten Schlamm­ zustand abgezogen werden. Der Abstand zwischen der Belebtschlamm­ hebeeinrichtung und der Belüftungsbrücke kann veränderbar sein. Im allgemeinen entspricht er etwa einem Fünftel bis einem Viertel des Beckenumfanges. In baulicher Hinsicht ist die Belebtschlammhebeein­ richtung an die Belüftungsbrücke zweckmäßigerweise mit Hilfe einer Verbindungseinrichtung angeschlossen, z. B. in Form eines Gestells in Stahlbauweise.

Für die Erfindung ist wesentlich, daß in Umlaufrichtung hinter der Belüftungsbrücke eine besondere Durchmischungszone einrichtbar ist. Dazu kann die Belüftungsbrücke mit mehreren Strömungsbeschleuni­ gungspropellern versehen sein, die in bezug auf den Drehsinn gegen­ läufig angetrieben sind und folglich gegenläufig Wirbelstraßen erzeu­ gen. Im Rahmen der Erfindung liegt es, die Strömungsbeschleunigungs­ propeller an der Belüftungsbrücke in Brückenlängsrichtung verstellbar anzuordnen. Das erlaubt eine Einstellung der Durchmischungsverhält­ nisse auf unterschiedliche Betriebsbedingungen.

Bei der erfindungsgemäßen Abwasserreinigungsanlage kann die Durch­ mischung, wie beschrieben, allein über die Strömungsbeschleunigungs­ propeller oder praktisch allein über die Strömungsbeschleunigungspro­ peller erfolgen. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die sich dadurch auszeichnet, daß eine besonders intensive Durchmischung erreicht werden kann, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Belüf­ tungsbrücke mit derartiger Umlaufgeschwindigkeit antreibbar ist, daß sich hinter der Belüftungsbrücke in dem zu reinigenden Wasser eine turbulente Strömungsstruktur mit Durchmischungsturbulenzballen aus­ bildet. Diese können einen Durchmesser aufweisen, der der Wasserhöhe oder Wassertiefe in dem Belebungsbecken entspricht. Zur Durchmischung trägt es fernerhin bei, wenn die Belüftungsbrücke mit so hohen Be­ lüftungsluftmengenströmen betreibbar ist und die Belüfter so einstell­ bar sind, daß sich in dem zu reinigenden Wasser zusätzlich Belüf­ tungsluftwalzen bilden. Der Strömungsbeschleunigungspropeller bzw. die Strömungsbeschleunigungspropeller sind vorzugsweise so betreib­ bar, daß sich in Umdrehungsrichtung hinter der Belüftungsbrücke, in Kombination mit den vorstehend beschriebenen weiteren Durch­ mischungsmaßnahmen eine Durchmischungszone mit möglichst homogener, isotroper Turbulenz ausbildet. Der Wasserablauf kann über den Rand des Belebungsbeckens erfolgen. Vorzugsweise weist jedoch die Be­ lüftungsbrücke eine Ablaufwasserhebeeinrichtung auf, deren Hebeleistung steuerbar oder regelbar ist. Auf diese Weise können der Überschuß­ schlamm und das ablaufende Wasser mengenmäßig gesteuert und geregelt werden, der Überschußschlamm auch in bezug auf Schlamm­ alter und Schlammzusammensetzung.

Zur Steuerung oder Regelung der erfindungsgemäßen Abwasserreini­ gungsanlage kann auf verschiedene Art und Weise gearbeitet werden. Vorzugsweise sind Meßeinrichtungen für prozeßbestimmende Parameter im Bereich der Zuführung des Rohabwassers und/oder im Belebungs­ becken bzw. in Verbindung mit der Belüftungsbrücke und/oder im Be­ reich der Heber angeordnet und sind den Meßeinrichtungen Regelkreise und/oder Steuereinrichtungen sowie ein Rechner zugeordnet, wobei der Rechner nach einem vorgegebenen, auf das jeweilige Reinigungsver­ fahren abgestimmten Programm den Regelkreisen Führungsgrößen zu­ führt und/oder die Steuereinrichtungen steuert. Es versteht sich, daß bei der erfindungsgemäßen Abwasserreinigungsanlage auch in zeitli­ cher Folge unterschiedliche Verfahrensparameter eingestellt werden können.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich bei einer erfin­ dungsgemäßen Abwasserreinigungsanlage die Betriebsverhältnisse im Rahmen der verschiedenen Reinigungsaufgaben stets so einstellen lassen, daß sich eine sehr hohe Reinigungsleistung ergibt, und zwar ins­ besondere in bezug auf die Denitrifikation. Das beruht auf den be­ sonderen Durchmischungsphänomenen, die bei der erfindungsgemäßen Abwasserreinigungsanlage einrichtbar sind. So kann zunächst eine intensive Nitrifizierung erreicht werden, und es erfolgt danach eine Durchmischung des nitrifizierten Wassers mit kohlenstoffreichem Ab­ wasser. Im allgemeinen wird man die erfindungsgemäße Abwasserreini­ gungsanlage so betreiben, daß die Belebtschlammhebeeinrichtung dem Becken phosphorreichen Schlamm entnimmt, während über den Ablauf oder die Ablaufwasserhebeeinrichtung ein kohlen- und stickstoffarmes Gemisch abfließt. Bei der erfindungsgemäßen Anlage können die unterschiedlichsten Verfahrensparameter für Kohlenstoff-, Stickstoff- und gegebenenfalls Phosphorelimination sehr genau eingestellt und eingehalten werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausfüh­ rungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Abwasserreini­ gungsanlage,

Fig. 2 eine Ansicht der Belüftungsbrücke aus Richtung des Pfeiles A und

Fig. 3 in gegenüber den Fig. 1 und 2 wesentlich vergrößertem Maß­ stab einen Schnitt in Richtung B-B durch den Gegenstand nach Fig. 1.

Die in den Figuren dargestellte Abwasserreinigungsanlage ist für eine einstufige Reinigung von Abwasser bestimmt, und zwar insbesondere von kommunalem Abwasser. Zum grundsätzlichen Aufbau gehören ein im Grundriß rundes Belebungsbecken 1, eine zentrale Einrichtung 2 für die Zuführung des Rohabwassers, ein Beckenrand 3 mit umgebender Ablaufrinne 4 für das ablaufende Wasser und eine umlaufende Belüf­ tungsbrücke 5. Diese weist einen Umlaufantrieb 6 auf und läuft mit vorgegebener Umlaufrichtung um, die durch einen Pfeil angedeutet wurde. Die Belüftungsbrücke 5 besitzt in Bodennähe des Belebungs­ beckens eine Mehrzahl von Belüftern 7.

Aus der Fig. 1 entnimmt man, daß die Belüftungsbrücke 5 auf ihrer der Umlaufrichtung abgewandten Seite zumindest einen Strömungsbe­ schleunigungspropeller 8 mit Propellerantrieb 9 aufweist. Die Anord­ nung ist so getroffen, daß der Umlaufantrieb 6, der Propellerantrieb 9 sowie die Belüfter 7 bezüglich der Belüftungsluftmengenströme un­ abhängig voneinander steuerbar und/oder regelbar sind. Der Belüf­ tungsbrücke 5 folgt bei der Umlaufbewegung mit Abstand im Bereich des Beckenrandes 3 eine Belebtschlammhebeeinrichtung 10, deren Hebe­ leistung steuerbar ist. Im Ausführungsbeispiel ist die Belebtschlamm­ hebeeinrichtung 10 an die Belüftungsbrücke 5 mit Hilfe einer Verbin­ dungseinrichtung 11 angeschlossen. Der Abstand zwischen der Be­ lebtschlammhebeeinrichtung 10 und der Belüftungsbrücke 5 kann ver­ änderbar sein und liegt im allgemeinen im Bereich von einem Fünftel bis einem Viertel des Beckenumfanges. Im Ausführungsbeispiel besitzt die Belüftungsbrücke 5 zwei Strömungsbeschleunigungspropeller 8. Diese sind in bezug auf den Drehsinn gegenläufig angetrieben, wie die Wirbellinien 12 in der Fig. 1 verdeutlichen. Sie können auch in der Brückenlängsrichtung verstellbar sein.

Wie bereits erwähnt, kann auch die Belüftungsbrücke 5 selbst zur Durchmischung herangezogen werden, und zwar kann sie mit so hoher Umlaufgeschwindigkeit antreibbar sein und angetrieben werden, daß sich hinter der Belüftungsbrücke 5 in dem zu reinigenden Wasser eine turbulente Strömungsstruktur mit Durchmischungsturbulenzballen aus­ bildet. In der Fig. 3 wurde angedeutet, daß aus den Belüftern 7 so hohe Belüftungsluftmengenströme austreten, daß sich in dem zu reini­ genden Wasser auch Belüftungsluftwalzen 13 bilden. Durch Kombination der beschriebenen Maßnahmen läßt sich eine homogene isotrope Turbu­ lenz in der Durchmischungszone ausbilden und aufrechterhalten. Ange­ deutet wurde, daß die Belüftungsbrücke 5 eine Ablaufwasserhebeein­ richtung 14 aufweist. Auch deren Hebeleistung ist steuerbar oder regelbar. Angedeutet wurden in der Fig. 1 einige Meßeinrichtungen 15 für prozeßbestimmende Parameter, und zwar im Bereich der Zufüh­ rung des Rohabwassers, im Belebungsbecken 1 in Verbindung mit der Belüftungsbrücke 5 und im Bereich der Hebeeinrichtungen 10, 14. Die zugeordneten Regelkreise und der zugeordnete Rechner wurden nicht gezeichnet, insoweit werden die bekannten meß- und regeltechnischen Maßnahmen verwirklicht.

Claims (10)

1. Abwasserreinigungsanlage für eine einstufige Reinigung von Ab­ wasser, insbesondere von kommunalem Abwasser, mit
einem im Grundriß runden Belebungsbecken (1),
einer zentralen Einrichtung (2) für die Zuführung des Rohabwassers,
einem Beckenrand (3) mit umgebender Ablaufrinne (4) für das ablaufende Wasser und
mit einer umlaufenden Belüftungsbrücke (5) mit Umlaufantrieb (6) und vorgegebener Umlaufrichtung, wobei die Belüftungsbrücke (5) in Boden­ nähe des Belebungsbeckens eine Vielzahl von Belüftern (7) aufweist, wobei die Belüftungsbrücke (5) auf ihrer der Umlaufrichtung abge­ wandten Seite zumindest einen Strömungsbeschleunigungspropeller (8) mit Propellerantrieb (9) besitzt und wobei der Umlaufantrieb (6), der Propellerantrieb (9) sowie die Belüfter (7) bezüglich der Belüftungs­ mengenströme unabhängig voneinander steuerbar und/oder regelbar sind.

2. Abwasserreinigungsanlage nach Anspruch 1, wobei der Belüftungs­ brücke (5) mit Abstand im Bereich des Beckenrandes (3) eine Belebt­ schlammhebeeinrichtung (10) folgt, deren Hebeleistung steuerbar oder regelbar ist.

3. Abwasserreinigungsanlage nach Anspruch 2, wobei die Belebt­ schlammhebeeinrichtung (10) an die Belüftungsbrücke (5) mit Hilfe einer Verbindungseinrichtung (11) angeschlossen ist und mit dieser rotiert.

4. Abwasserreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Belüftungsbrücke (5) mehrere Strömungsbeschleunigungspropeller (8) aufweist, die in bezug auf den Drehsinn gegenläufig angetrieben sind.

5. Abwasserreinigungsanlage nach Anspruch 4, wobei die Strömungsbe­ schleunigungspropeller (8) an der Belüftungsbrücke (5) in Brücken­ längsrichtung verstellbar sind.

6. Abwasserreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Belüftungsbrücke (5) mit so hoher Umlaufgeschwindigkeit antreib­ bar ist, daß sich hinter der Belüftungsbrücke (5) in dem zu reinigen­ den Wasser eine turbulente Strömungsstruktur mit Durchmischungs­ turbulenzballen ausbildet.

7. Abwasserreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Belüftungsbrücke (5) mit so hohen Belüftungsluftmengenströmen be­ treibbar ist und die Belüfter (7) so einstellbar sind, daß sich in dem zu reinigenden Wasser Belüftungsluftwalzen bilden.

8. Abwasserreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Strömungsbeschleunigungspropeller (8) bzw. die Strömungsbeschleu­ nigungspropeller (8) so betreibbar sind, daß sich in Umdrehungsrich­ tung hinter der Belüftungsbrücke (5) eine Durchmischungszone mit möglichst homogener, isotroper Turbulenz ausbildet.

9. Abwasserreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Belüftungsbrücke (5) eine Ablaufwasserhebeeinrichtung (14) auf­ weist, deren Hebeleistung steuerbar oder regelbar ist.

10. Abwasserreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei Meßeinrichtungen (15) für prozeßbestimmende Parameter im Be­ reich der Zuführung des Rohabwassers und/oder im Belebungsbecken (1) bzw. in Verbindung mit der Belüftungsbrücke (5) und/oder im Be­ reich der Hebeeinrichtungen (10, 14) angeordnet sowie den Meßein­ richtungen (15) Regelkreise und/oder Steuereinrichtungen und ein Rechner zugeordnet sind, und wobei der Rechner nach einem vorge­ gebenen, auf das jeweilige Reinigungsverfahren abgestimmten Programm den Regelkreisen Führungsgrößen zuführt und/oder die Steuereinrich­ tungen steuert.