DE4437386A1 - Verfahren und Umlaufbecken für die Langzeitbelüftung von im Belebungsverfahren gereinigtem Abwasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft das seit Anfang dieses Jahrhunderts bekannte Verfahren zur Langzeitbelüftung des mit Belebtschlamm angereicherten Abwassers. In dem Belebt­ schlammbecken werden die im Abwasser enthaltenen Schmutzstoffe durch aerobe Stoffwechselprozesse der Mikroorganismen abgebaut. Der für den Abbau benötigte (Luft)Sauerstoff wird durch Oberflächen- oder Druckluft- Belüftungsvorrichtungen eingebracht.

Die erste Art einer Oberflächen-Belüftungseinrichtung war die sog. Kessener-Bürste, die durch an einer Horizontalwelle befestigte Schlagelemente gekennzeichnet ist, wobei die Schlagelemente im Betrieb durch Aufschlagen auf die Wasserfläche und durch Versprühen von Wassertropfen den Luftsauerstoff in das Abwasser einbringen. Diese Art der Oberflächenbelüftung wurde im Laufe der Jahre immer weiter verfeinert und hinsichtlich der Ökonomie optimiert (DE-PS-15 84 967). Die Beschaufelung der Belüftungsrotoren wurde auf eine möglichst effiziente Blasenbildung und -ein­ tragung abgestimmt.

Es ist bekannt, daß die mit ihrer Achse quer zur Umlauf­ strömung im Ringbecken angeordneten Oberflächenbelüfter auch gleichzeitig den Umlauf des Abwassers bewirken können. Für die Strömung des Abwassers ist deshalb in der Regel kein besonderes Aggregat erforderlich. Nachteilig bei diesem Verfahren ist jedoch der Umstand, daß weder der Sauerstoffeintrag noch die Umlaufströmung individuell geregelt werden können. Insbesondere für die Denitrifikation und für frachtarme Zeiten ist es aber erwünscht, den Sauerstoffeintrag unabhängig von der Umlaufgeschwindigkeit regeln zu können. Es wurde daher zur Beseitigung dieses Nachteils bereits vorgeschlagen, zusätzlich zu den Belüftern Umwälzaggregate einzusetzen (DE-PS 19 32 640). Das Vortriebsaggregat ist dabei vorzugsweise als langsam laufender (Rohr-)Propeller mit horizontaler Wellenanordnung ausgebildet.

Bei diesem Umlaufbecken übt der horizontalachsige Oberflä­ chenbelüfter immer noch eine Vortriebskraft auf das Wasser aus, die bei der Regelung des Umwälzantriebs zu berücksich­ tigen ist. Einzig bei der am Beckenboden angeordneten Druckluftbelüftung ist die durch langsam laufende Rohrpro­ peller bewirkte Umwälzung unabhängig von der Belüftung regelbar (DE-OS 31 02 435).

Die Aufgabe, die Trennung der beiden Betriebsparameter unter Verwendung eines Oberflächenbelüfters konsequent zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß in überraschend einfa­ cher Weise durch die in Anspruch 1 enthaltenen Merkmale gelöst. Dadurch, daß von dem Oberflächenbelüfter und/oder dem die Umlaufströmung erzeugenden Förderaggregat eine quer zur Kreislaufströmung gerichtete Strömungskomponente gebildet wird, ergibt sich eine resultierende Strömung, die die Form eines Schraubengangs hat. Bei Verwendung eines horizontalachsigen Oberflächenbelüfters bedeutet dies, daß die Welle des Belüfters in Umlaufströmung angeordnet ist. Bei einem ebenfalls verwendbaren Oberflächenbelüfter mit vertikaler Welle (sog. Kreisel) werden dann Leitelemente für die allseits ausgerichtete Abströmung eingesetzt, die die Abströmung bündeln und in eine Richtung quer zur Umlaufströmung lenken.

Mit dieser neuen Anordnung sind neben der gewünschten Tren­ nung der Umwälzung von der Belüftung weitere wesentliche Vorteile verbunden. Der schraubengangförmige Strö­ mungsverlauf bewirkt, daß der eingetragene Sauerstoff an der Wand des Umlaufbeckens in die Tiefe gelenkt und dadurch in tiefere Bereiche getragen wird. Wenn der horizontalach­ sige Oberflächenbelüfter in bevorzugter Anordnung in der Nähe einer Beckenwand installiert und die Abströmung direkt zur Beckenwand gerichtet ist, dann ist der Effekt der Umlenkung in die Tiefe besonders ausgeprägt und erfolgreich.

Ein weiterer Vorteil ist damit verbunden, daß der Quer­ schnitt des Umlaufgrabens jetzt unabhängig von den Abmessungen und den Einbauvorgaben des Oberflächenbelüfters gestaltet werden kann. Durch die hiervor geschilderte ab­ wärts gerichtete und dann am Beckenboden weiter laufende Strömung wird am Beckenboden die Strömungsgeschwindigkeit so weit erhöht, daß Schlammablagerungen dort nicht mehr zu befürchten sind. Die Beckentiefe kann sogar entsprechend erhöht werden. Im Abströmbereich des Oberflächenbelüfters bisher notgedrungen vorgesehene Leiteinrichtungen, die einzig dem Zweck dienten, die Strömungsgeschwindigkeit am Einwirkbereich der Belüfterschaufeln zu erniedrigen, können bei der neuen Anordnung entfallen. Die Leistung der Ober­ flächenbelüfter wird jetzt zu 100% für den Sauerstoffein­ trag genutzt. Wenn, wie bevorzugt, der Oberflächenbelüfter keine spürbare gerichtete Abströmung mehr erzeugt, dann wird erfindungsgemäß mindestens ein Förderaggregat so an­ geordnet und/oder ausgebildet, daß die gewünschte Schrau­ bengangströmung entsteht. Der Oberflächenbelüfter ist dann so modifiziert, daß er den Luftsauerstoff lediglich durch laufend wiederholte Vergrößerung der Übergangsfläche Luft/Wasser einträgt. Umlaufbecken, bei denen die Achse der Oberflächenbelüfter horizontal in Richtung der Umlaufströmung liegt, sind an sich bekannt (DE-OS 16 58 106, DE-OS 22 12 126). In beiden Fällen ist die Bestückung der Belüfter die eines Schneckenförderers, so daß sie überwiegend eine Abströmung in Kreislaufrichtung erzeugt; eine getrennte Regelung von Umlaufgeschwindigkeit und Sauerstoffeintrag ist dort nicht möglich.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß jetzt für den Oberflächenbelüfter keine den Graben über­ spannende Brücke benötigt wird. Der oder die Belüfter kön­ nen an der Graben- bzw. Beckenwand aufgestellt und von außen gewartet werden. Die Montage von Spritzschutzhauben, die den Zweck haben, die mit pathogenen Keimen beladenen Aerosole am Forttreiben zu hindern, ist jetzt ebenfalls erleichtert, wobei die Haube sogar noch verkleinert werden kann, weil die Becken- bzw. Grabenwand einen Teil von ihr bildet. Da der Oberflächenbelüfter jetzt nicht mehr zur Um­ wälzung beitragen muß, kann seine Umfangsgeschwindigkeit mit Blick auf einen optimierten Sauerstoffeintrag gewählt und insbesondere erhöht werden.

In der Abbildung ist eine besonders bevorzugte Ausführungs­ form der Erfindung gezeigt. Die Abbildung stellt den Grund­ riß eines Umlaufbeckens 1 mit die beiden Längsabschnitte 2 trennender Mittelwand 3 dar. In den Beckenkehren 4 können außermittig angeordnete halbkreisförmige Leitwände 5 vorge­ sehen sein.

Jeder Längsabschnitt 2 enthält im Abstand von seinem Anfang einen untergetauchten, regelbar angetriebenen Propeller 6, der für eine gleichmäßige Durchströmung des Beckens ohne Schlammablagerungen sorgt. Etwa in der Mitte und am Ende jedes Längsabschnitts 4 sind Oberflächenbelüfter in Form von Belüftungsrotoren 7 vorgesehen, die mit ihrer Welle 8 parallel zur Beckenwand angeordnet sind. Die Lager der Rotorwellen und die Getriebemotoren ruhen auf Konsolen, die von der Beckenwand vorgebaut sind. An den eingezeichneten Pfeilen ist zu erkennen, daß die Rotoren in einer Drehrich­ tung angetrieben sind, in der ihre Abströmung von der Bec­ kenwand weggerichtet ist. Zusammen mit dem Vektor der Um­ laufgeschwindigkeit ergibt sich eine Schrägströmung 11, die an der Mittelwand 3 nach unten umgelenkt wird und dann in Form einer Schraubengangströmung weiterläuft. Der vom Belüftungsrotor eingeschlagene Luftsauerstoff wird mit der Schraubengangströmung auch nach unten gezogen und erreicht tiefere Bereiche des Beckens. Zur wirbelfreien Bildung der Schraubengangströmung können an der Stelle des Auftreffens schräggestellte Leiteinrichtungen angeordnet sein. In dem anderen Längsabschnitt, der keine Belüfter enthält, findet wegen des dort herrschenden Sauerstoffmangels (anoxisches Milieu) Denitrifikation der Ammonstickstoffverbindungen statt. Soll nicht denitrifiziert werden, dann werden auch in diesem Beckenabschnitt Oberflächenbelüfter in der vorbe­ schriebenen Ausrichtung und Anordnung eingesetzt. Die Pla­ zierung der Propeller und Belüftungsrotoren kann beliebig geändert werden. Die Erfindung ist auch bei reinen Kreis- oder Kreisringbecken ohne Längsabschnitte und bei Schlängelgräben mit mehr als zweifacher Umlenkung anwendbar. Wo die Belüftungsrotoren und Förderaggregate dort plaziert werden müssen, ist leicht anhand der Größe der Denitri- und Nitrifikationszonen und der erforderlichen Sauerstoffgehalte zu bestimmen.

Claims (10)

1. Verfahren zur Langzeitbelüftung von mit biologisch abbaubaren Schmutzstoffen befrachtete Abwässer in einem eine Kreislaufströmung aufweisenden Belüftungsbecken oder -graben, wobei das Abwasser durch ein angetriebenes Förderaggregat in Kreislauf gebracht und gehalten wird und der für den biologischen Abbau benötigte Luftsauerstoff von der Umgebungsluft durch rotierende Oberflächenbelüfter eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Oberflächenbelüfter als Abströmung und/oder von dem Förder­ aggregat eine Strömungskomponente erzeugt wird, die quer zur Kreislaufströmung verläuft, so daß beide Strömungskomponenten in eine im Kreislauf verlaufende schraubengangförmige Umwälzströmung resultieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderaggregate in Richtung der gewünschten Schraubengangströmung fördern.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Förderaggregate in verschiedenen Höhen und/oder Seitenanordnungen und/oder Ausrichtungen vorgesehen sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftsauerstoff von den Oberflächenbelüftern ausschließlich durch laufend wiederholte Vergrößerung der Übergangsfläche Luft/Wasser eingetragen wird.

5. Umlaufbecken oder -graben zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, enthaltend mindestens ein Vortriebsaggregat zur Erzeugung der Umlaufströmung und mindestens einen den Luftsauerstoff über die Wasserfläche eintragenden Oberflächenbelüfter, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächenbelüfter (7) so angeordnet ist, daß seine Abströmung (9) quer zur Umlaufströmung des Abwassers ausgerichtet ist.

6. Umlaufbecken nach Anspruch 5 unter Verwendung eines horizontalachsigen Oberflächenbelüfters, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Achse (8) des Oberflächenbelüfters (7) mindestens angenähert in Richtung der Umlaufströmung (10) angeordnet ist.

7. Umlaufbecken nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächenbelüfter (7) am Becken- bzw. Grabenrand angeordnet ist.

8. Umlaufbecken nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmung des Oberflächenbelüfters (7) zur benach­ barten Beckenwand gerichtet ist.

9. Umlaufbecken nach Anspruch 8 unter Verwendung mindestens eines vertikalachsigen Oberflächenbelüfters, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächenbelüfter mit Leitelemen­ ten zur im wesentlichen geradlinigen Abströmung ausgerüstet ist und daß die so erzeugte Abströmung quer zur Umlaufrichtung ausgerichtet ist.

10. Umlaufbecken nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der horizontalachsige Oberflächenbelüfter eine Bestückung erhält, die die Wasserfläche ohne spürbare Abströmung lediglich aufreißt.