DE4329239C2 - Verfahren und Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur biologischen Abwasserreinigung nach den Oberbegriffen
der Ansprüche 1 bzw. 5.
Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren und Vor
richtungen bekannt, auf die im folgenden näher eingegangen
wird.
Das Belebtschlammverfahren wurde 1914 von Ardern und
Lockett in England entwickelt (Experiments on the oxidation
of sewage without the aid of fiters; E. Ardern, W.T.
Lockett - The Evolution and Development of the Activated
Sludge Process of Sewage Purification in Great Britain,
1914).
Die Hauptkomponenten dieses noch heute am weitesten verbrei
teten Verfahrens der Abwasserreinigung sind das Belebungsbe
cken, in dem unter Sauerstoffzufuhr Wasserinhaltsstoffe von
im Abwasser schwebenden Bakterien veratmet werden und das
Nachklärbecken, in welchem die Bakterien vom Wasser durch
Sedimentation getrennt werden, um dann in das Belebungsbec
ken zurückgepumpt zu werden (siehe Fig. 1).
Belebungsbecken und Sedimentationsbecken sind somit als
eine Verfahrenseinheit zu sehen, da die Mikroorganismendich
te - gemessen als Trockensubstanzgehalt - im Belebungsbec
ken von der Abscheidewirkung des Nachklärbeckens abhängig
ist.
Während im Belebungsbecken ein möglichst hoher Trockensub
stanzgehalt (TS=7-12 g/l) angestrebt wird (Vorteil: mög
lichst kompakte und damit kostengünstige Bauweise), ist für
das Nachklärbecken ein geringerer Trockensubstanzgehalt
(TS=2-4 g/l) erforderlich. Die heutigen Kläranlagen werden
mit einem TS-Gehalt von 1,8-5 g/l betrieben.
Der Nachteil der Sedimentationsbecken ist, daß äußere
Einflüsse (Sonnen-, Windeinflüsse) unkontrollierbare Dich
teströmungen in den Becken hervorrufen, welche den Abscheideprozeß
erheblich verschlechtern können. Zudem sind Toträu
me und Kurzschlußströmungen aufgrund von Ein- und Auslauf
strömungen zu beobachten. Trotz dieser Nachteile sind diese
Sedimentationsbecken die am häufigsten in der kommunalen
Abwasserreinigungstechnik anzutreffende Nachkläreinheit.
Die oben genannten Nachteile der Sedimentationsbecken
werden durch den Einbau von Lamellenpaketen verringert.
Dabei kann unterschieden werden in konventionelle Nach
klärbecken (siehe Fig. 2), die mit solchen Einbauten ausge
rüstet sind und speziellen Lamellenseparatoren (siehe Fig.
3).
Den Vorteilen der Lamellenseparatoren, wie den kontrollier
ten Strömungen und dem erheblich geringeren Platzbedarf wie
konventionelle Nachklärbecken, stehen jedoch folgende Nach
teile gegenüber:
Lamellenseparatoren haben aufgrund ihres geringeren Volu
mens eine deutlich geringere Schlammspeicherkapazität. Bei
stark schwankenden Zulaufwassermengen kann der Schlammspie
gel im Separator ansteigen und zu schlechteren Abscheidewir
kungen führen.
Einzelne Lamellen können durch Feststoffablagerungen oder
Algenbildung auf den Lamellen verstopfen und ihre Funktion
verlieren, um dies zu verhindern, werden aufwendige Reini
gungsmaßnahmen der Separatoren durchgeführt.
Ein weiterer Nachteil der Lamellenseparatoren ist der, daß
die Aufenthaltszeit des abzutrennenden Schlammes in den
Lamellen unkontrollierbar ist und so der Schlamm denitrifi
zieren kann. Bei diesem Prozeß kann Schwimmschlamm gebildet
werden, der über die Ablaufrinne den Lamellenseparator
verläßt und so die Ablaufqualität der Kläranlage erheblich
verschlechtert.
Der Nachteil des Belebtschlammverfahrens ist, daß nur ein
TS-Gehalt von 2,5-5 g/l im Belebungsbecken erreicht
werden kann. Da die Größe des Belebungsbeckens proportio
nal zum TS-Gehalt im Belebungsbecken ist, kann mit einer
Erhöhung des TS-Gehaltes bei kleineren Beckenvolumen die gleiche Reinigungsleistung
erzielt werden.
Um einen höheren TS-Gehalt im Belebungsbecken sichern zu
können, und um die Ablaufqualität gegenüber Suspensa weiter
zu verbessern, haben Seyfried ("Verbesserte Schwebstoffab
trennung zur Sicherung der biologischen Reinigungsleistung";
C.F. Seyfried - Gewässerschutz-Wasser-Abwasser, Bd. 69, S.
751-769, 1985) und andere Autoren ("Zweistufige Nachklärung
zur Verminderung des Schwimmschlammes bei Belebungsanlagen
mit Nitrifikation"; S. Zander, Kh. Krauth - Institut für
Siedlungswirtschaft der Universität Stuttgart, 1987; und
Zusammenwirken von Flotation und Sedimentation bei der
"Feststoffabtrennung im Belebungsverfahren"; R Rölle -
Stuttgarter Berichte zur Siedlungswasserwirtschaft, Bd.
106) eine zweistufige Nachklärung untersucht. Dabei wird
das Abwasser durch zwei in Reihe geschaltete Sedimentations
becken geleitet, wobei in der ersten Stufe eine Feststoff
vorabtrennung stattfindet, und in der zweiten Stufe eine
weitergehende Abscheidewirkung des Belebtschlammes vom
Abwasser erreicht wird. Aufgrund der hohen Baukosten (zwei
Abtrennbauwerke) und der geringen Verbesserung der Ablauf
qualität ist dieses Verfahren jedoch von geringer Bedeu
tung.
Die Reinigungsleistung einer Kläranlage ist Schwankungen
des Trockensubstanzgehaltes im Belebungsbecken unterworfen.
Die Verfrachtung der Bakterienmasse aus dem Belebungsbecken
in das Nachklärbecken bei kurzfristig höheren Abwasserzuläu
fen, wie z. B. Regenwetterereignissen, hat eine Erhöhung der
Schlammbelastung zur Folge. Die Reinigungsleistung der
Kläranlage sinkt dabei, die Ablaufqualität der Anlage
verschlechtert sich (vgl. Fig. 4).
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das
eingangs genannte Verfahren bzw. die eingangs genannte
Vorrichtung derart zu verbessern, daß die aufgezeigten
Nachteile sicher vermieden werden. Insofern ist es ein
Ziel, die Belebungsbeckenvolumina bei Neubauten - bei
gleicher Reinigungsleistung, wie beim konventionellen Be
lebtschlammverfahren - deutlich zu verkleinern, um somit In
vestitionskosten einzusparen bzw. die Reinigungsleistung
bei bestehenden Anlagen durch Biomassenkonzentrationserhö
hung im Belebungsbecken zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 bzw. 4 gekenn
zeichnete Vorrichtung bzw. Verfahren gelöst, durch die die
Biomassenkonzentration im Belebungsbecken mittels des bzw.
der belüfteten Verfahren/Vorrichtung, die auch als Reak
torablaufkonstruktion bezeichnet werden kann, erhöht wird.
Die erfindungsgemäße Erhöhung beträgt ca. 50-100%, wobei
natürlich eine 100%ige Steigerung des Biomassenanteils
bevorzugt ist.
Mit Hilfe der verfahrensmäßig vorgesehenen belüfteten
Reaktorablaufkonstruktion findet die Biomasse- oder Fest
stoffanreicherung bereits im Belebungsbecken statt. Schräg
eingebaute Platten im Ablauf dieses Beckens begünstigen die
Sedimentation des Schlammes, durch kontrollierte Luftzufuhr
wird die Aufenthaltszeit des Schlammes in der Entmischungs
strecke gesteuert. Somit wird eine Eindickung des Belebt
schlammes im Belebungsbecken erreicht, da die Aufenthalts
zeit des Wassers von der Aufenthaltszeit des Schlammes
getrennt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht also die geziel
te Biomasse- oder Feststoffanreicherung im Belebungsbecken
durch die belüftete Reaktorablaufvorrichtung.
In vorrichtungsgemäßer Hinsicht werden im Ablaufbereich
von Belebungsbecken schräg verlaufende Lamellenpakete, der
Winkel gegenüber der Horizontalen beträgt vorteilhafterwei
se zwischen 45-70°, mit einer Länge von 85 bis 210 cm
über dem Querschnitt des Belebungsbeckens angebracht. Als
Lamellenquerschnitt kommen dabei vorteilhafterweise alle
bisher gebräuchlichen Querschnittsformen (parallele Plat
ten, wabenförmige Sonderformen, Rohre) in Frage.
Um das erfindungsgemäße Verfahren prozeßstabil zu betrei
ben, wird Luft gezielt in den einzelnen Lamellen eingelei
tet. Die Luftzufuhr kann dabei auf zweierlei Art erfolgen.
Zum einen kann durch eine geeignete "Belüftungskonstruk
tion" jede einzelne Lamelle mit Luft versorgt werden.
Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die Luftzufuhr in unter
schiedlichen Tiefen erfolgt und eine Steuerungs- und Rege
lungstechnik erforderlich ist.
Die Luftversorgung der einzelnen Lamellen kann erfindungsgemäß
auch zentral von einer Belüftungsschiene, die am
Beckenboden befestigt wird, erfolgen. Hierfür sollten die
Lamellenabschlüsse vorteilhafterweise zum Belebungsbecken
mit einem Winkel von 3-15° gegenüber der Vertikalen
geneigt sein, so daß die Luft in die Lamellen gelangen
kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren
mit einer entsprechenden Vorrichtung zur Durchführung
desselben bringt somit folgende Vorteile mit sich:
- - beträchtliche Erhöhung des Trockensubstanz-Gehaltes im Belebungsbecken,
- - kleinere Beckenvolumina,
- - geringere Investitionskosten,
- - keine zusätzliche hydraulische Belastung der Nachklärung,
- - eine Stabilisierung der Schlammbelastung durch einen konstanteren Trockensubstanzgehalt,
- - hohe Betriebssicherheit (störungsunanfällig gegen Stromausfall etc.),
- - geringere Schwankungen der Schlammbelastung bei Zuflußschwankungen (Regenereignisse),
- - einfacher und platzsparender Ausbau von bestehenden Kläranlagen,
- - geringe Investitionskosten,
- - keine Rückführung des sedimentierten Schlammes in einem gesonderten Rücklaufschlammstrom (keine Zerstörung der Flocken struktur durch (Kreisel-)Pumpen), wie es bei der Schlammrückführung aus dem Nachklärbecken erforderlich ist,
- - geringe Betriebskosten (keine Chemikalien, kein Strom verbrauch),
- - einfache Wartungsarbeiten in großen Zeitintervallen,
- - kostengünstigere Maßnahmen zur Vermeidung von Geruchs emissionen (Abdecken der Belüftungsbecken),
- - einfache und kostengünstige Erweiterungsmöglichkeiten der Anlage,
- - keine Verstopfung der Lamellen durch Schlammablagerungen oder ähnliches.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Fig. 4 bis 8 beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 bis 4 schematische Skizzen zum Stand der
Technik;
Fig. 5 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen
Verfahrens,
Fig. 6 eine perspektivische Schemaskizze der
erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
biologischen Abwasserreinigung;
Fig. 6a Darstellung einer dezentralen Belüf
tung;
Fig. 7 eine perspektivische Schemaskizze der
erfindungsgemäßen Vorrichtung mit
einer weiteren Ausführungsform,
und
Fig. 8 eine weitere schematische Darstellung
des erfindungsgemäßen Verfahrens mit
weiteren vorrichtungsgemäßen Einzel
heiten.
Bei einer beispielhaften Kläranlagengröße von ca. 1400 EWG
weist das in Fig. 5 gezeigte Belebungsbecken 10 eine Brei
te, Länge, Tiefe von 5×10×4 m auf. Der Trockensubstanz
gehalt im Belebungsbecken beträgt anfänglich 2,5 g/l bei
einem maximalen Abwasserzufluß 11 von 10 cbm/h, mit einem
Schlammindex von 110 ml/g.
Innerhalb der letzten zwei Meter des Belebungsbeckens 10
ist die erfindungsgemäße Vorrichtung angeordnet, die aus
schräg ansteigend verlaufenden Lamellenpaketen 18 bestehen,
die in geringem Abstand von der hinteren Wand 19 des Bele
bungsbeckens 10 angeordnet sind. Im beispielsgemäßen Fall
werden die Lamellenpakete 18 durch Rohre mit einem Durchmes
ser von etwa 10 cm gebildet, wobei aufgrund des vorgegebe
nen Schlammindexes eine Rohrlänge von 120 cm und einem
Neigungswinkel von 25 von 60° gewählt wurden.
Um eine große Durchflußmenge von etwa 10 cbm/h zu errei
chen, wurden 900 Rohre für die erfindungsgemäße Vorrich
tung als Lamellenpaket 18 eingesetzt. Es dürfte natürlich
einleuchten, daß die Bemessungsangaben im Prinzip variiert
werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Als besonders vorteilhaft hat sich die Belüftung mittels
der zentralen Belüftungsschiene am Boden des Belebungsbec
kens 10 unmittelbar vor den Lamellenpaketen 18 erwiesen,
wie es auch in den Fig. 7 und 8 zu sehen ist. Ferner sind
die Lamellen bei der zentralen Belüftung mittels einer am
Boden befestigten Belüftungsschiene gegenüber der
Vertikalen in Richtung zum Belebungsbecken hin geneigt, und
zwar in einem Winkel von 3 bis 15°, wobei 8° bevorzugt
sind, wie letzteres Fig. 8 zeigt, um so die Luftzufuhr zu
jeder einzelnen Lamelle zu gewährleisten. Bei geringster hy
draulischer Belastung kann hier ein Luftdurchsatz von 0,01
cbm/h×Rohr erzielt werden, so daß der Gesamtluftdurchsatz
der 900 Rohre bei 9 cbm /h liegt.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Belüftung läßt sich ein
Trockensubstanzgehalt von 5 bis 7 g/l ohne zusätzliche
Belastung der Nachklärung im Belebungsbecken 10 einstellen.
Dies bedeutet, daß zu den bereits 1400 EGW weitere 1100 bis
2000 EGW an die Kläranlage angeschlossen werden können.
Die in Fig. 5 gezeigte Überführung 13 zum Nachklärbecken
12, das einen Ablauf und einen Rücklaufschlamm 14 aufweist,
ist im Prinzip im Stand der Technik bekannt, so daß hierauf
nicht näher eingegangen wird.
Die in Fig. 6 gezeigte Trennwand 30 kann bei dem Verfahren
bei der dezentralen Belüftung vor der Lamellenablaufkon
struktion 18 angebracht werden, um so eine mögliche Störung
der laminaren Strömung in den Lamellen durch unkontrollier
ten Eintrag von Luftblasen aus dem Belebungsbecken 10 (für
die Veratmung der Wasserinhaltsstoffe wird das Belebungsbecken
belüftet) zu verhindern und eine prozeßstabile Feststoff
rückhaltung zu gewährleisten. Dabei ist darauf zu achten,
daß die Trennwand 30 sowohl über- (Zulauf zur Ablaufkon
struktion) als auch unterströmt (Schlammrückführung) wird.
Je nach Geometrie des Belebungsbeckens 10 (Verhältnis
Querschnitt [Breite × Höhe]/Volumen) und Zuflußmenge 11
wird die jeweilig günstigste Ablaufkonstruktion gewählt.
Dabei kann es vorkommen, daß nicht die gesamte Querschnitts
fläche mit der Ablaufkonstruktion (erfindungsgemäße Vor
richtung) bestückt werden muß, sondern nur eine gewisse
Querschnittsfläche (z. B. nur 60% der Gesamtquerschnittsflä
che). Damit es nicht zu Kurzschlußströmungen bzw. zum
Umströmen der Reaktorablaufkonstruktion kommt, ist es
notwendig, eine Abschlußplatte 24 (vgl. Fig. 6) anzubrin
gen. Die Platte muß dabei einen gewissen Winkel (min. 60%)
gegenüber der Horizontalen einhalten, damit der Schlamm sich
nicht auf der Platte absetzt, selbstverständlich kann
der Winkel auch 90° (senkrecht zur Horizontalen) betragen.
Die dezentrale Belüftung 16 (vgl. Fig. 6 und 6a) kann so
aussehen, daß die Lamellenpakete 18 untereinander mit einem
perforierten Belüftungsrohr verbunden werden.
Die Belüftungsrohre 31 werden im Zulauf der Reaktorablauf
konstruktion angebracht, die Belüftung erfolgt für jedes
Belüftungsrohr 31 einzeln, da jedes einzelne Rohr zwar in
gleichbleibender Wassertiefe liegt, unterschiedliche
Belüftungsrohre 31 jedoch in unterschiedlichen Wassertiefen
liegen (die Rohre verlaufen parallel mit einem Abstand in
Größe der Lamellenhöhe).
Claims (10)
1. Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung, bei
dem unter Luft- bzw. Sauerstoffzufuhr Wasserinhaltsstoffe von im
Belebtschlamm-Abwassergemisch schwebenden Bakterien in einem
Belebungsbecken (10) veratmet werden, und wobei anschließend
das Gemisch und Überschußschlamm in ein Nachklärbecken (12)
überführt (13) werden, in welchem die Bakterien vom Wasser durch
Sedimentation getrennt und in das Belebungsbecken (10) zurückge
führt (14) werden,
dadurch gekennzeichnet, daß der Biomassen- bzw. Bakterienan
teil im Belebungsbecken (10) durch schräg ansteigend verlau
fend angeordneter Lamellenpakete (18), die am Strömungswe
gende des Belebungsbeckens (10) vor dem Ablauf beabstandet
von letzterem angeordnet sind, erhöht und dadurch der
Belebtschlamm eingedickt wird, so daß im Belebtschlammbecken
(10) ein Trockensubstanzgehalt von <5 bis 7 g/l ein
stellbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß eine gesteuerte Belüftung vorgesehen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Belüftung (16) zentral mittels einer unmittel
bar vor den Lamellenpaketen (18) angeordneten, perforierten
Belüftungsschiene durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Belüftung (16) dezentral in unterschiedlichen
Tiefen des Belebtschlamm-Abwassergemisches an den Lamellen
paketen (18) durchgeführt wird.
5. Vorrichtung zur biologischen Abwasserreini
gung, in der unter Luft- bzw. Sauerstoffzufuhr Wasserin
haltsstoffe von im Belebtschlamm-Abwassergemisch schweben
den Bakterien in einem Belebungsbecken (10) veratmet wer
den, und wobei anschließend das Gemisch und der Überschuß
schlamm in ein Nachklärbecken (12) überführt (13) werden,
in welchem die Bakterien vom Wasser durch Sedimentation
getrennt und in das Belebungsbecken (10) durch eine Pumpe
zurückgeführt (14) werden,
dadurch gekennzeichnet, daß schräg ansteigend verlaufende
Lamellenpakete (18), am Strömungswegende des Belebungsbec
kens über praktisch seine gesamte Breite und Höhe desselben
vor dem Ablauf beabstandet von letzterem angeordnet sind,
und daß eine oder mehrere perforierte Schienen oder Rohre
unmittelbar vor oder am Lamellenpaket (18) zur Belüftung
des Belebtschlamm-Abwassergemisches vorgesehen sind, um den
Biomasse- bzw. Bakterienanteil zu erhöhen und im Belebungs
becken (10) einen Trockensubstanzgehalt von etwa <5 bis 7 g/l
einzustellen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Lamellenpakete (18) durch parallele
Platten, wabenförmige, runde oder ovale Rohre gebildet
werden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß eine Vielzahl parallel zueinander angeordne
ter Platten mit einem Winkel von 45 bis 70°, insbesondere
60°, zur Horizontalen angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß eine perforierte Belüftungsschiene am Boden
des Belüftungsbeckens (10) unmittelbar vor den Lamellenpake
ten (18) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Lamellenpaket (18) auf einem Podest (22)
mit schräg ansteigend verlaufender vorderer Abschlußplatte
(24) befestigt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß Abschlüsse für die Lamellenpakete (18) zum
Belebungsbecken mit einem Winkel von 3 bis 15° gegenüber
der Vertikalen geneigt sind.
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DE19934329239 DE4329239C2 (de) | 1993-08-26 | 1993-08-26 | Verfahren und Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung |
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