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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von
Abwässern,
das insbesondere in einer Kläranlage
für Schmutzwässer eingesetzt
werden kann.
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In
den Kläranlagen
bekannter Art werden die Abwässer
zunächst
einer Vorbehandlung unterzogen, die aus dem Entfernen der schwimmenden
Gegenstände,
der absetzbaren Schwebestoffe und zum Teil der Kohlenwasserstoffe
und der Fette besteht.
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Daraufhin
wird eine biologische Behandlung der Abwässer durchgeführt, um
den in den Abwässern
enthaltenen Kohlenstoff zu entfernen und den Stickstoff und den
Phosphor zu behandeln.
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Das
Prinzip der Behandlung besteht darin, eine reinigende Flora mit
den Abwässern
in Kontakt zu bringen. Eine Aufbereitungsanlage klassischer Konzeption
mit Nitrifikation und Denitrifikation umfasst ein erstes Becken,
das unter Anoxie arbeitet und mit einem zweiten Becken verbunden
ist, das aerob arbeitet und selbst mit einem Dekanter verbunden
ist. Das in einer derartigen Anlage eingesetzte Behandlungsverfahren
besteht aus dem Füllen
des ersten Beckens mit den zu behandelnden Abwässern. Die Bakterien des in
diesem Becken enthaltenen Belebtschlamms metabolisieren den in den
Abwässern
enthaltenen Kohlenstoff, indem sie den Sauerstoff verbrauchen. Da
das erste Becken unter Anoxie arbeitet, verbrauchen die Bakterien
den Sauerstoff der Nitrate des Belebtschlamms, wodurch der Stickstoff
der Nitrate in gasförmiger
Form freigesetzt werden kann. Dann werden die Abwässer in
das zweite Becken befördert,
das mit Sauerstoff angereichert wird. Der in diesen Abwässern enthaltene
Ammoniakstickstoff wandelt sich mit Hilfe einer spezifischen Bakterienflora,
die eine Sauerstoffzufuhr erfordert, in Nitrat um. Die so behandelten
Abwässer
werden anschließend
zu einem Dekanter geleitet, in dem der suspendierte Belebtschlamm
von dem behandelten Wasser getrennt wird.
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Um
den Betrieb einer solchen Anlage sicherzustellen, ist es notwendig,
einen Teil des Inhalts des zweiten Beckens, der als Mischlösung bezeichnet wird,
sowie den dekantierten Schlamm mittels Kreislaufrückführung zurück zum ersten
Becken zu leiten. Die Beförderung
der Mischlösung
muss mit einem großen
Durchsatz erfolgen, was einen hohen Energieverbrauch nach sich zieht.
Für eine
wirksame Behandlung und für
einen gegebenen Durchsatz an zu behandelnden Abwässern ist bei solchen Anlagen ferner
eine relativ hohe Verweilzeit der Abwässer in jedem Becken erforderlich,
und demzufolge müssen großvolumige
Becken verwendet werden.
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Beim
Versuch den Wirkungsgrad zu verbessern, hat man vorgeschlagen, die
Funktionen des Behälters
unter Anoxie und des Behälters
zur Dekantierung intermittierend umzukehren. Jedoch muss bei jedem
Wechsel die Anlage angehalten werden, um ein Dekantieren in dem
Behälter,
der gerade noch unter Anoxie gearbeitet hat, zu gestatten.
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Ferner
ist aus dem Dokument EP-A-363 718 ein Verfahren bekannt, das darin
besteht, einen zirkulären
Austausch über
eine Zone unter Anoxie und zwei aerobe Zonen sicherzustellen, wobei
die letzte aerobe Zone mit einem Dekanter verbunden ist und im folgenden
Zyklus zur Zone unter Anoxie wird. Dieses Verfahren ist vorteilhaft,
da es eine Spezialisierung der Mikroorganismen in jeder der Behandlungszonen
und eine Steuerung der Zeit ermöglicht,
während
der der Belebtschlamm unbewegt in der Dekantierzone verbleibt. Ferner
ist die Zone, die dazu gebracht wird, unter Anoxie zu arbeiten,
diejenige Zone, die das meiste Nitrat enthält, so dass die Absorption des
Kohlenstoffs durch die Bakterien begünstigt wird. Um jedoch einen
Durchlauf durch jede der aeroben Zonen zu ermöglichen, ist es erforderlich,
diese alle mit einer Gasinjektionsvorrichtung auszustatten und entsprechende
Steuervorrichtungen vorzusehen, so dass die Organisation der Anlage
komplex ist.
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Ein
Ziel der Erfindung ist, von den Vorteilen der vorhandenen Verfahren
zu profitieren, während der
Betrieb der Anlage vereinfacht wird.
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Zur
Umsetzung dieses Ziels wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Behandlung
von Abwässern
durch Vermischung mit Belebtschlamm mit Hilfe einer Anlage vorgesehen,
die drei Behandlungszonen umfasst, eine Zone, welche die zu behandelnden Abwässer aufnimmt
und derart gesteuert wird, dass sie unter Anoxie arbeitet, eine
Zone, die mit der unter Anoxie arbeitenden Zone verbunden ist und
derart gesteuert wird, dass sie als erste aerobe Zone arbeitet,
und eine Zone, die mit der ersten aeroben Zone und mit einem Dekanter
verbunden ist und derart gesteuert wird, dass sie als zweite aerobe
Zone arbeitet, wobei das Verfahren die Schritte des sequentiellen
Speisens einer Behandlungszone mit zu behandelnden Abwässern und
Belebtschlamm umfasst, wobei die Zone, welche die Abwässer aufnimmt,
derart gesteuert wird, dass sie unter Anoxie arbeitet, und wobei
die sequentielle Speisung auf eine Weise durchgeführt wird,
dass die zuvor unter Anoxie arbeitende Zone zur zweiten aeroben
Zone wird, während die
erste aerobe Zone weiterhin derart gesteuert wird, dass sie als
erste aerobe Zone arbeitet.
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Auf
diese Weise erfolgt die Organisation der Behandlungszonen durch
eine einfache Umkehrung der Zone unter Anoxie und der zweiten aeroben
Zone.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
sind in den Ansprüchen
2 bis 5 definiert.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Studium
der folgenden Beschreibung besonderer, die Erfindung nicht einschränkender
Ausführungsbeispiele.
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Es
wird auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug genommen, in denen zeigen:
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1 eine
schematische Draufsicht auf eine Anlage zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 eine
perspektivische Teilansicht der Aufbereitungsanlage,
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3 eine
Teilansicht im Schnitt durch einen Behandlungsbereich der Anlage,
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4 eine
Schnittansicht durch ein Ventil,
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5a und 5b eine
schematische Darstellung der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist zur Behandlung von Abwässern,
wie z. B. Schmutzwasser, bestimmt, mit dem Ziel, den in diesen Abwässern enthaltenen
Stickstoff, Kohlenstoff und Phosphor zu entfernen. Die Behandlung
erfolgt durch Vermischung der Abwässer mit Belebtschlamm und
anschließender
Dekantierung, um die behandelten Abwässer von dem Belebtschlamm
zu trennen.
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Unter
Bezugnahme auf die 1 bis 3 umfasst
die Anlage ein allgemein mit 1 bezeichnetes Becken, das
von einer zylindrischen Wand 2 und einem Boden 33 begrenzt
ist und in dessen Mitte sich ein Entgaser 3 erstreckt,
der von einer zylindrischen Wand 4 begrenzt ist, die koaxial
zur Wand 2 ist.
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Drei
Wände 5 erstrecken
sich radial zwischen den Wänden 2 und 4,
um drei aneinander angrenzende Bereiche 6, 7, 8 zu
begrenzen. Die Bereiche 6, 7, 8 sind
miteinander über
Ventile 9 verbunden, die an den Wänden 5 angebracht
sind, sowie mit dem Entgaser 3 über Ventile 10, die
an der Wand 4 angebracht sind, um in den jeweiligen Bereich
zu münden.
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Die
Wände 2, 4, 5 und
der Boden 33 sind im vorliegenden Fall aus versiegeltem
Metall hergestellt und mittels Verschraubung montiert. Die Verbindungsbereiche
zwischen den verschiedenen Wänden
sind durch Auftragen einer Dichtungsmasse abgedichtet. Der Behälter 1 kann
ebenso aus vorgefertigten Elementen aus Beton hergestellt sein oder
aus anderen Arten von Materialien, die es auf dem Markt gibt.
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Jeder
Bereich 6, 7, 8 umfasst eine Gasinjektionsvorrichtung,
die allgemein mit 17 bezeichnet ist (vgl. 3).
Die Injektionsvorrichtung umfasst eine Injektionsleitung 18,
die am Boden des betreffenden Bereiches verläuft und über eine Überdruckeinrichtung 19 mit
einer Luftentnahmeleitung 20 verbunden ist, die sich außerhalb
des Bereichs erstreckt, sowie mit einer Gasentnahmeleitung 21,
die genau über
einer Wasserlinie 22 mündet,
die den maximalen Pegel der in dem Bereich enthaltenen Abwässer anzeigt. Die
Entnahmeleitungen 20 und 21 sind mit der Überdruckeinrichtung 19 über ein
Ventil 23 verbunden, um die Überdruckeinrichtung 19 wahlweise
an die Entnahmeleitung 20 oder an die Entnahmeleitung 21 anzuschließen. Die
Bereiche können
ferner ein Oberflächenbelüftungssystem
und/oder einen mechanischen Rührer
umfassen.
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Jeder
Bereich hat im vorliegenden Fall ein Dach 24, unter dem
die Entnahmeleitung 21 mündet. Das Dach kann aus einem
starren Material oder in Form einer Plane vorliegen und abnehmbar
befestigt sein.
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Ferner
enthält
die Anlage einen Dekanter 11. Der Dekanter 11 ist
mit dem Entgaser 3 über
eine Leitung 12 verbunden, die mit den Ventilen 10 einen Kreis
zur Ableitung der behandelten Abwässer hin zu dem Dekanter bildet,
sowie mit den Bereichen 6, 7, 8 über eine
Leitung 13, die in jeden dieser Bereiche über ein
Ven til 14 mündet,
um einen Versorgungskreis zur Versorgung der Bereiche mit Belebtschlamm
zu bilden.
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Eine
Leitung 15, die über
Ventile 16 in jeden Bereich 6, 7, 8 mündet, verbindet
diese Bereiche mit einer nicht gezeigten Einheit zur Speicherung
und Vorbehandlung der Abwässer.
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Die
Struktur der Ventile 16 ist identisch zur Struktur der
Ventile 14, die in 4 gezeigt
ist.
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Die
Ventile 14 umfassen ein rohrförmiges Gehäuse 25, das einen
Innenkanal 26 mit kreisförmigen Querschnitt begrenzt,
der an die Leitung 13 über eine
Verbindungsleitung 27 angeschlossen ist, die quer zum rohrförmigen Gehäuse 25 verläuft. Das rohrförmige Gehäuse 25 hat
ein offenes Ende 28, das eine Abflussöffnung begrenzt, und ein entgegengesetztes
verschlossenes Ende 29, das einen Steuerzylinder 30 trägt, der
eine Stange 31 hat, die sich in den Innenkanal 26 hinein
erstreckt. Das freie Ende der Stange trägt ein kugelförmiges Gehäuse 32,
das aus dem rohrförmigen
Gehäuse 25 vorsteht.
Das kugelförmige
Gehäuse 32 ist
beispielsweise aus einem Elastomer gebildet und hat einen Durchmesser,
der größer als
der Durchmesser der Abflussöffnung
ist, die von dem Ende 28 des rohrförmigen Gehäuses 25 begrenzt wird.
Die Aus- und Einfahrbewegungen der Stange 31 bringen das
kugelförmige
Gehäuse 32 in zwei
Extremstellungen: eine Offenstellung, in der das kugelförmige Gehäuse 32 von
dem Ende 28 entfernt ist, um die Abflussöffnung freizugeben,
und eine Schließstellung
(gezeigt in 4), in der das kugelförmige Gehäuse 32 an
dem Ende 28 anliegt, um die Abflussöffnung des Ventils 14 zu
verschließen.
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Die
Struktur dieses Ventils ist vorteilhaft, da das auf diese Weise
umgesetzte Ventil ein korrektes Verschließen der Leitung gewährleistet,
an der es befestigt ist, selbst wenn sich Faserstoffe zwischen dem Rand
des Endes 28 und dem kugelförmigen Gehäuse, welches das Schließelement
bildet, verklemmen. Das Schließelement
kann ebenso halbkugelförmig sein
oder eine längliche
konvexe Form haben. Das Schließelement
wird dann derart angeordnet, dass sich die konvexe Oberfläche gegenüber dem
Ende 28 erstreckt. Das rohrförmige Gehäuse 25 ist vorzugsweise
drehbar um den Winkel der Verbindungsleitung 27 gelagert.
Auf diese Weise hat man einen leichten Zugang zum kugelförmigen Gehäuse 32, beispielsweise
um dessen Reinigung durchzuführen.
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Die
Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird im folgenden unter Bezugnahme auf die 5 beschrieben.
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In
einer ersten Phase, die in 5a gezeigt ist,
wird die Anlage derart gesteuert, dass der Bereich 6 unter
Anoxie arbeitet und die Bereiche 7 und 8 aerob
arbeiten. Dazu wird das Ventil 23 der Gasinjektionsvorrichtung
des Bereiches 6 derart gesteuert, dass es Gas über die
Leitung 21 genau über
der Wasserlinie 22 entnimmt, um dieses Gas über die Leitung 18 am
Boden des Bereiches 6 zu injizieren, und die Ventile 23 der
Gasinjektionsvorrichtungen 17 der Bereiche 7 und 8 werden
derart gesteuert, dass sie Außenluft über die
Leitung 20 entnehmen, um diese am Boden dieser Bereiche
zu injizieren und eine Belüftungsvorrichtung
zu bilden.
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Parallel
dazu werden die Ventile 9 derart gesteuert, dass sie einerseits
die Bereiche 6 und 7 und andererseits die Bereiche 7 und 8 miteinander
verbinden, während
die Ventile 10 derart gesteuert werden, dass nur der Bereich 8 mit
dem Entgaser 3 verbunden ist.
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Die
zu behandelnden Abwässer
und der Belebtschlamm werden über
die Leitungen 15 und 13 dem Bereich 6 zugeführt, wo
sie mittels der entsprechenden Ventile 14 und 16 abgegeben
werden. Die Bakterien des in den Bereich 6 aufgenommenen
Belebtschlamms absorbieren dann den Kohlenstoff der Abwässer, indem
sie den Sauerstoff der in dem Schlamm enthaltenen Nitrate verbrauchen.
Dies führt zu
einem Abbau der Nitrate. Der Stickstoff der Nitrate löst sich
dann in gasförmiger
Form und steigt zur Oberfläche
der Abwässer
auf, wo ein Teil desselben durch die Leitung 21 aufgefangen
wird, um am Boden des Bereichs 6 injiziert zu werden. Auf
diese Weise kommt es zu einer Vermischung der Abwässer und des
Schlamms. So vermeidet man die Verwendung eines mechanischen Rührers, dessen
Wartung relativ kostspielig ist.
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Während des
Zuführens
der zu behandelnden Abwässer
und des Belebtschlammes in den Bereich 6 fließt ein Teil
der in dem Bereich 6 behandelten Abwässer über das entsprechende Ventil 9 in
den Bereich 7, ein Teil der in dem Bereich 7 behandelten Abwässer fließt über das
entsprechende Ventil 9 in den Bereich 8, ein Teil
der in dem Bereich 8 behandelten Abwässer fließt über das entsprechende Ventil 10 in
den Entgaser 3, und ein Teil der in dem Entgaser 3 ent haltenen
Abwässer
fließt über die
Leitung 12 in den Dekanter 11. Diese Kaskadenbewegung
setzt sich solange fort, wie man die zu behandelnden Abwässer aufgrund
der Druckverluste in den Ventilen in den Bereich 6 fließen lässt.
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In
den Bereichen 7 und 8 hört die Absorption des Kohlenstoffs
auf, und durch die Wirkung spezifischer Bakterien, die den Sauerstoff
der durch die Vorrichtung 17 am Boden dieser Bereiche injizierten Luft
nutzen, bilden sich erneut Nitrate im Belebtschlamm.
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Am
Ausgang des Dekanters 11 werden behandelte Abwässer, die
keinen Kohlenstoff und keinen Stickstoff mehr enthalten, sowie Belebtschlamm mittels
nicht gezeigter Entleerungsvorrichtungen gewonnen. Ein Teil des
gewonnenen Belebtschlamms wird durch die Leitung 13 zum
Bereich 6 zurückgebracht,
um den Belebtschlamm dieses Bereiches zu erneuern. Es wird angemerkt,
dass der in dem Dekanter enthaltene Belebtschlamm zur Anoxie neigen wird,
derart, dass er den Anoxie-Betrieb des Bereiches, in den er eingebracht
wird, nicht stören
wird.
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In
einer zweiten Phase (vgl. 5b) wird
der aerobe Betrieb des Bereiches 8 unterbrochen, um die Entgasung
zu ermöglichen,
woraufhin der Bereich 8 derart gesteuert wird, dass er
unter Anoxie arbeitet, während
die Bereiche 6 und 7 derart gesteuert werden,
dass sie aerob arbeiten. Zu behandelnde Abwässer und Belebtschlamm werden
dann über
die Leitungen 15 und 13 dem Bereich 8 zugeführt, und die
Ventile 9 und 10 werden derart gesteuert, dass sie
einen Abwässerkreis
definieren, der die Abwässer
vom Bereich 8 zum Bereich 7 und daraufhin zum Bereich 6,
zum Entgaser 3 und schließlich zum Dekanter 11 leitet.
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Die
Versorgungsfolge besteht folglich aus dem Umkehren der Betriebsmoden
der Bereiche 6 und 8, während der Betriebsmodus des
Bereichs 7 immer gleich bleibt.
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Der Übergang
von einer Phase zu einer anderen wird vorzugsweise automatisch über Oxidoreduktionssensoren
bekannter Art gesteuert. Da das System vollkommen automatisiert
ist, wird es über beliebige
Fernverwaltungsmittel ferngesteuert. Es kann ebenso manuell gesteuert
werden, indem Phasen mit einer Zeitdauer in der Großenordnung
von einer Stunde gesteuert werden.
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Selbstverständlich ist
die Erfindung nicht auf das soeben beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt,
sondern umfasst vielmehr jede Ausführungsvariante, die mit äquivalenten
Mitteln deren wesentlichen Merkmale fortführt.
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So
kann die Anlage, obgleich sie derart beschrieben wurde, dass sie
einen einzigen Behälter umfasst,
der in drei Bereiche und einen Entgaser unterteilt ist, aus drei
Behältern
und einem Entgaser bestehen, die voneinander getrennt sind, oder
sie kann einen Behälter
umfassen, der in eine andere Anzahl von Bereichen unterteilt ist
(mindestens jedoch drei).
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Ferner
ist es möglich,
dass der Versorgungskreis zur Versorgung mit Abwässern und der Versorgungskreis
zur Versorgung mit Belebtschlamm nur die Bereiche 6 und 8 versorgen.
Der Bereich 7 kann in diesem Fall mit einer Gasinjektionsvorrichtung
verbunden sein, die nur einen aeroben Betrieb gestattet. Eine Anlage,
die eine identische Versorgung mit Abwässern und mit Gas für die drei
Bereiche vorsieht, hat jedoch den Vorteil, einen Betrieb mit reduziertem Durchsatz
zu gestatten, in dem nur zwei Bereiche in Betrieb sind und abwechselnd
unter Anoxie und aerob arbeiten, wodurch ein Eingriff in den dritten
Bereich zum Zwecke einer Wartung oder einer Reparatur ermöglicht wird.