DE4337228C1 - Verfahren und Vorrichtung zur biologischen Behandlung von Mehrphasengemischen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur biologischen Behandlung von MehrphasengemischenInfo
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- C02F3/02—Aerobic processes
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- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung
flüssiger und angelöster Phasen mit unterschiedlicher Dichte und eine
zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung. Das Ver
fahren ist ebenfalls geeignet, feste organische Stoffe zu dispergieren
und so in der flüssigen Phase zu verteilen, daß in realistischen Zeiten ein
biologischer Stoffumsatz erfolgen kann.
Das Abwasser verläßt mindestens vorgereinigt die Anlage, um entweder
in einer kommunalen Kläranlage oder einer weiteren biologischen oder
vergleichbar wirksamen Stufe nachbehandelt zu werden.
Es ist bekannt, Abwasser biologisch mit Hilfe von immobilisierten oder
suspendierten Mikroorganismen in Form von Tropfkörper-Rieselfilm-Sy
stemen oder in suspendierter Form in sogenannten Belebungsanlagen -
auch mit eingetauchten Trägermaterialien in Form von Scheiben,
Waben, "Lockenwickler"-Paketen oder Pellets unterschiedlicher
Ausprägung von Aktivkohle bis zu Schaumstoffwürfeln - zu reinigen (s.d.
ausführlich KUNZ, P.: Behandlung von Abwasser - Kapitel 5 Vogel
verlag, Würzburg; 3. Auflage 1992).
Bekannt ist auch der Einsatz von Rotationsscheiben-Reaktoren, deren
Scheiben-Oberflächen besondere Strukturmerkmale zur Anheftung von
Biofilmen aufweisen, wobei auch aufgesetzte Strukturen aus gewebten,
gewirkten oder gestrickten textilen, Flächenmaterialien, Vliesen oder
Gelegen gebildetes Material verwendet werden (DE-P 41 17 056 C2).
Weiterhin ist bekannt, daß Abwasser mit unterschiedlichen Phasen in so
genannten Leichtstoff-Abscheidern nach DIN 1999 oder DIN 4040 bzw.
in Sedimentern oder. Kläreindickern abgeschieden werden können. Die
Einrichtung von Leichtstoffabscheidern ist beispielsweise vorgeschrieben
in Betrieben der Nahrungs- und Genußmittelindustrie, in Tankstellen oder
auch Garagenanlagen. Die leichten Phasen müssen regelmäßig
abgeräumt werden, weil der Sauerstoffzutritt in die Leichtstoff
abscheider nach Ausbildung einer geschlossenen Oberfläche begrenzt
ist. Bei abbaubaren Abwasserinhaltsstoffen findet trotzdem ein biologi
scher Abbau durch die an den Wänden sitzenden und im Abwasser
mitschwimmenden submersen Mikroorganismen statt, der unter
anaeroben Bedingungen zur Geruchsbildung führt.
Die Betreiber derartiger Anlagen bedrängen deshalb und vor allem
wegen der hohen Kosten für die Abfuhr der aufgerahmten Stoffe die
Anlagenbauer, geeignetere Verfahren vorzuschlagen.
Nach DIN 4040, Teil 2 ist der Einsatz von biologischen Zusätzen
(Bakterien, Enzyme) zur sogenannten Selbstreinigung in Ab
scheideranlagen nicht zulässig. Ohnehin haben Studien am Fraunhofer-
Institut für Systemtechnik, Karlsruhe unter Mitwirkung des Verfassers
gezeigt, daß in einem Fettabscheider konventioneller Bauweise selbst
unter der Einwirkung von zudosierten Enzymen oder Mikroorganismen
nicht mit einem wesentlichen Fettabbau zu rechnen ist.
Angesichts der verschärften Anforderungen an die Abwassereinleitung
aus Industrie und Gewerbe, aber auch an Bewirtungs- und Beherber
gungsbetriebe liegt der Erfindung konkret die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung zu schaffen, die Mehrphasen-Gemische biologisch in
räumlichen Größenordnungen von konventionellen Leichtstoffab
scheidern soweit behandeln kann, daß eine unbeschadete Ableitung
des vorbehandelten Abwassers in eine öffentliche Kanalisation möglich
ist und die behördliche Zustimmung findet. Als Zielgrößen sollen definiert
werden: CSB kleiner 600 mg/l, Fettgehalte nach DEV H17 kleiner 100
mg/l.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem
Behälter ein biologisch wirksamer Reaktionsraum untergebracht wird,
dessen entscheidende Merkmale gegenüber allen vergleichbaren
Versuchen der biologischen Behandlung von Stoffen mit geringerer
Dichte als Wasser die beiden Faktoren
- - ständige Anhebung der Flüssigkeitsoberfläche längs des Fließweges ohne Längsrückvermischung und
- - ständige Entnahme der an der Flüssigkeits-Oberfläche aufkonzentrierteren, leichten Phasen und auch ggf. schwimmender Feststoffe sind.
Realisiert werden die beiden Faktoren über bewegliche Einbauten - ver
gleichbar einem Schneckenförderer. Die einzubauenden
Grundelemente weisen Mitnahmeelemente auf, die sowohl längs des
Fließweges zu einer Anhebung des Wasserspiegels führen, als auch eine
Vergrößerung der Oberfläche der Grundelemente herbeiführen,
wodurch über Sorptionseffekte die Flüssigkeits-Oberfläche immer wieder
freigeräumt wird.
Bei den Mitnahmeelementen handelt es sich um konzentrisch auf die
Grundelemente aufgesetzte Leitschaufeln die sich von innen nach au
ßen vergrößern. Die Leitschaufeln machen die Grundelemente zu einem
Zwangsförderer, ähnlich einer Schneckenpumpe.
Die Leitschaufeln können auch Schöpfkellen-artig ausgebildet oder die
Welle schräg gestellt (s. u.) sein.
Die Überläufe am Ende des biologisch wirksamen Reaktionsraumes bzw.
zwischen den Kaskadeneinbauten stellen Wehre dar, über die das in
Behandlung befindliche Mehrphasen-Gemisch durch die Zwangsför
derung gehoben werden, so daß das Abwasser nicht mehr zurückströ
men kann.
Im Gegensatz zur DE 41 17 056 C2 dienen die an der Oberfläche
aufgesetzten Elemente primär der Mitnahme/Förderung von Wasser und
nicht der Vergrößerung der Oberfläche.
Die Mitnahmeelemente reißen gleichzeitig bei ihrem Wiedereintauchen
aufgrund anhaftender Luftblasen Sauerstoff aus der Umgebungsluft in
die submerse Phase und sorgen dort zunächst für aerobe Zonen.
Allfällige Mikroorganismen in der submersen Phase beteiligen sich
ebenfalls am biologischen Stoffumsatz, ohne daß es zu einer Anaerobie
kommt. Wesentliches Element dieses Verfahrens ist die Unterbindung
der Längsrückvermischung im biologisch wirksamen Reaktor durch
Kaskadierung - bspw. durch Einbau von Lochblechen - und räumliche
Anpassung der beweglichen Einbauten zur Begrenzung des Reaktions
raumes.
Die beweglichen Einbauten sitzen erfindungsgemäß vorzugsweise auf
einer einzigen Welle, die entweder horizontal oder auch schräg, wie
beim Schneckenhebewerk, eingesetzt sein kann.
Die beweglichen Einbauten sollen erfindungsgemäß gute Adsorptions
eigenschaften für Leichtstoffe (meist hydrophob) und/oder für das
Aufwachsen von Biomasse aufweisen.
Die Gestaltung des biologisch wirksamen Reaktionsraumes erfolgt
erfindungsgemäß weiterhin so, daß in Fließrichtung gegen Ende des
biologisch wirksamen Reaktionsraumes eine Beruhigung in der
Flüssigkeitsbewegung eintreten kann, so daß sich die unterschiedlichen
Phasen entsprechend ihrer Dichte trennen können.
Für den Fall, daß längs des Fließweges noch nicht alle Inhaltsstoffe des
Abwassers, die für den Dichteunterschied verantwortlich sind, abgebaut
oder zumindest auf den festen Oberflächen sorbiert sind, werden diese
erfindungsgemäß wieder an den Kopf der Anlage zurückgeführt. Dies
kann je nach Anwendungsfall über Rohrleitungen im freien Gefälle,
über Skimmer oder gar über Pumpen erfolgen. Erfindungsgemäß ist, daß
das vorgestellte Verfahren ermöglicht, die leichtere Phase als Wasser
solange im Kreis im biologisch wirksamen Reaktionsraum zu fahren, bis
die Leichtstoffe biologisch abgebaut sind.
Die Entkopplung der Phasen und die permanente Kreislaufführung
ermöglichen eine weitgehende Mineralisierung der organischen
Substanzen, so daß auch mit weitgehender Autoxidation der Biomasse
und geringem Schlammanfall zu rechnen ist. Sollten schwerere Phasen
in den Reaktor gelangen oder dort entstehen, können diese
erfindungsgemäß über einen einfachen integrierten Schwerstoffsammel
raum im Sumpf des biologisch wirksamen Reaktionsraumes aufkonzen
triert, unter weiterer Sauerstoffzufuhr stabilisiert und von Zeit zu Zeit ent
nommen werden. Dies ist insofern einfach möglich, als durch die
walzenförmige Vorwärtsbewegung das Sediment zum Ende des
biologisch wirksamen Reaktionsraumes transportiert wird und dort
infolge der erhöhten Wasserspiegellage ein erhöhter hydrostatischer
Druck ansteht, so daß eine getaktete Entnahme über ein Syphonsystem
ausreicht, den Schlamm ggf. in die ohnehin vorhandenen Schlamm
fänge zu entfernen.
Zur Verbesserung des Abbaus können vor die Anlage noch Homogeni
satoren (vgl. Fleischwolf-Prinzip) und Dispergatoren (Mischelemente)
sowie Belüftungseinrichtungen (bis hin zu Kompressoren) ohne oder in
Verbindung mit der durchgehenden Welle (über Riemenantriebe
und/oder Getriebe) angeordnet sein, wenn es der jeweilige Fall
erfordert.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen auf der Hand: In
einfacher Weise können in einem Reaktionsraum die wesentlichen
beiden Phasen getrennt und unterschiedlich lange im System gehalten
werden. Das Geruchsproblem ist durch die ständige Versorgung mit
Sauerstoff unter Vermeidung von Totzonen gelöst. An Schlamm fällt
allenfalls ein geringer weiterer Anteil an, der in die ohnehin in der Regel
vor den Leichtstoffabscheidern befindlichen Schlammfänge unterge
bracht werden kann.
Anhand Fig. 1 läßt sich die Vorrichtung (A), die vollständig gekapselt
werden kann, und das Verfahren im Detail erklären:
Das Abwasser strömt über den Zulauf in die Dispergierzone (B) ein
und wird über Dispergierelemente (1), die auf der über einen Motor
angetriebenen Welle (4) sitzen, verteilt. Die Leitbleche (3)
verhindern die Kurzschlußströmung und sorgen für eine bessere
Verweilzeitverteilung durch Kaskadierung und Strömungsum
lenkung. In den Abschnitten (C bis E) wird das zu behandelnde
Abwasser über auf in diesem Fall auf Scheiben (2) sitzende
Quertraversen angehoben und belüftet, wobei sich hydrophobe
und andere gelöste Inhaltsstoffe auf die festen, von Mikroorga
nismen besiedelten Oberflächen sorbieren. Im Segment (F) beruhigt
sich der Abwasserstrom, so daß bis zu drei Phasen entstehen, die in
unterschiedlicher Höhe abgenommen werden können. Der
Rückfluß gelangt wieder in Zone (B), der Schlammabfluß in einen
vorgeschalteten Schlammfang und das gereinigte Abwasser
verläßt über den Abfluß die Anlage.
Claims (12)
1. Verfahren zur biologischen Behandlung von Mehrphasen-Gemi
schen, dadurch gekennzeichnet, daß der biologische Reaktions
raum eine fluidmechanische Entkoppelung der Verweilzeiten der
flüssigen Phasen unterschiedlicher Dichte über eine stetig stei
gende Wasserspiegellage längs des Fließweges schafft und die
leichtere Phase als Wasser von der Flüssigkeitsoberfläche stetig
über bewegliche, feste Oberflächen abgeräumt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu
behandelnde Abwasserstrom mit Phasen unterschiedlicher Dichte
gegenüber Wasser im wesentlichen in drei Phasen dergestalt
aufgesplittet wird, daß die leichtere Phase als Wasser, die in der
Regel hydrophobe Eigenschaften aufweist, sich auf die bewegli
chen Einbauten aufzieht und deren Inhaltsstoffe über die auf den
Einbauten aufwachsende Biomasse abgebaut werden, während
die Wasser-Phase über die beweglichen Einbauten belüftet wird
und ein biologischer Abbau der darin gelösten Stoffe submers
erfolgen kann, wobei die Schwebe- und Sinkstoffe in Folge der
Mineralisierung in eine Sedimentzone eintreten, aus der sie zeit
weise ausgetragen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im
zu behandelnden Abwasserstrom enthaltenen Feststoffe zu
nächst durch eine Zerkleinerungsstufe in Portionen mit großer
Oberfläche zerteilt werden und der gesamte Abwasserstrom ho
mogenisiert wird und eine Disproportionierung/ Dispergierung
längs des Fließweges über Strömungsteiler eingeleitet wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprü
chen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Ein
bauten eine schöpfende Wirkung aufweisen und zeitweise aus
der Flüssigkeit auftauchen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich
net, daß durch eine Segmentierung/Kaskadierung eine direkte
Längsrückvermischung unterbunden wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprü
chen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Abfluß des biolo
gisch wirksamen Reaktionsraumes ein Umlauf angeflanscht
und/oder im biologisch wirksamen Reaktionsraum geschaffen
wird, der die an der Flüssigkeitsoberfläche verbliebene leichtere
Phase an den tiefer liegenden Kopf des biologisch wirksamen
Reaktionsraumes selbsttätig zurückführt.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprü
chen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasser-Phase
den biologisch wirksamen Reaktionsraum unter einer Tauchwand
hindurch verläßt.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die schwerere Phase als Wasser aus dem
Sumpf abgezogen und zeitweise oder permanent entweder einem
Vorabscheider oder einem Schlammstapelbehälter zugeführt
werden kann.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß die beweglichen Einbauten auf einer horizon
tal oder schräg gestellten Welle sitzen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die beweglichen Einbauten eine hohe Ad
sorptionsneigung für die spezielle leichtere Phase im Anwen
dungsfall besitzen.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4, 5 und 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die beweglichen Einbauten aus Scheiben,
Platten, Waben oder Gestricken unterschiedlicher Werkstoffe mit
diversen aufgesetzten Elementen der unterschiedlichsten Geo
metrien zusammengesetzt sind.
12. Vorrichtung nach den vorgenannten Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß alle beweglichen Einbauten auf
einer einzigen Welle angebracht sind und direkt oder über Rie
menantriebe alle Homogenisier-, Dispergier-, Belüftungs- und
Förderaufgaben bewerkstelligt werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934337228 DE4337228C1 (de) | 1993-10-30 | 1993-10-30 | Verfahren und Vorrichtung zur biologischen Behandlung von Mehrphasengemischen |
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DE (1) | DE4337228C1 (de) |
Citations (1)
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---|---|---|---|---|
DE4117056C2 (de) * | 1991-05-23 | 1994-01-27 | Textec Textil Eng & Consult | Rotationsscheibe für Rotationsscheibenreaktoren |
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1993
- 1993-10-30 DE DE19934337228 patent/DE4337228C1/de not_active Expired - Fee Related
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DE4117056C2 (de) * | 1991-05-23 | 1994-01-27 | Textec Textil Eng & Consult | Rotationsscheibe für Rotationsscheibenreaktoren |
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