DE69126870T2 - Verfahren und vorrichtung für biologische behandlung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur biologischen Behandlung von Abwasser und ebenso auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
• Viele häusliche, industrielle, landwirtschaftliche und wasserwirtschafliche Arbeitsabläufe produzieren Abwässer mit einem sehr hohen biologischen Bedarf an Sauerstoff (biological oxygen demand = BOD), der wesentlich reduziert werden muß bevor das behandelte Abwasser schließlich entsorgt werden kann. Solche Abwässer sind bezeichnenderweise mit der Herstellung oder dem Verbrauch von Nahrungsmitteln verbunden, beispielsweise Flüssigkeiten aus der Nahrungsmittelherstellung und Spülwasser.
• Seit einiger Zeit ist bekannt, daß solche Abwässer nährstoffreich sind und durch eine Behandlung mit geeigneten Bakterienkulturen biologisch abgebaut werden können. Derartige Bakterien ernähren sich von den Nährstoffen und vernichten viele der Abfallstoffe.
• Es ist bekannt, daß die Wirksamkeit der aeroben Bakterien abhängig von der Menge des gelösten Sauerstoffs in dem Abwasser ist, und daß derartige Bakterien vorzugsweise auf einer befestigten Oberfläche wachsen. Es ist bekannt, daß man zur Beschleunigung der Aktivität der aeroben Bakterien das Wasser mit Sauerstoff anreichert und eine überflutete Matrix mit einem großen Oberflächenbereich für die Besiedelung durch die Bakterien bereitstellt. Beispielsweise haben Smith und Loveless Inc aus Lenexa, Kansas, Vereinigte Staaten von Amerika, eine Hausabwasserbehandlungsanlage auf den Markt gebracht, bei der eine umhüllte Matrix von geriffelten Kunststoffblättern, die Querstromkanäle aufweisen, in einem Abschnitt einer Sickergrube neben einem Abflußrohr für das behandelte Abwasser aufgehängt ist. Ein Elektromotor treibt ein eingetauchtes Flügelrad an, um das Kloakenwasser von der Sickergrube in die Hülle über der Matrix zu treiben, wodurch das Kloakenwasser dann nach unten durch die Matrix zurück in die Sickergrube fließt. Der Motor teibt auch ein Gebläse an, um der bewegten Oberfläche des Kloakenwassers über der Matrix Luft zu zuführen und dabei die Flüssigkeit mit Sauerstoff anzureichern. Bakterien wachsen auf den Oberflächen der Matrix bis sie sich schließlich ablösen und auf den Boden der Sickergrube fallen, wo sie sich mit anderen abgesetzten Feststoffen verbinden und dann einen anaeroben Bakterienabbau durchmachen. Dieser frühere Vorschlag reduziert sicherlich den biologischen Sauerstoffbedarf (BOD) der das System durch das Abwasserrohr verlassenden Flüssigkeit, aber seine Wirksamkeit ist insgesamt durch die geringe Sauerstoffanreicherungsrate und das Mischen der Flüssigkeit beeinträchtigt, die den Boden der Matrix mit den Inhalten der Sickergrube verläßt. Ein weiteres verwendetes System wurde von Polybac Corporation aus Allentown, Pennsylvania, Vereinigte Staaten von Amerika, entwickelt und als CTX-Bioreaktor verkauft. Dieser Bioreaktor weist einen Behälter mit einer einzigen Matrix auf, die aus Modulen gebaut ist, die Seite an Seite über einer Reihe von Luftrohren gestapelt sind, welche Rohre etwa 50 cm getrennt voneinander beabstandet sind und große Löcher in etwa 5 cm Entfernung in ihrer oberen Fläche aufweisen. Die Luft, die aus diesen Löchern ausströmt, geht durch die Querstromkanäle der Matrix nach oben, wobei sie bewirkt, daß die Flüssigkeit über jedem Rohr hochgetrieben wird und dann wieder nach unten durch die Matrix in Lagen zwischen den Rohren fließt. Auf diese Weise dient die Luftzufuhr zusätzlich zu der Sauerstoffanreicherung der Flüssigkeit dazu, daß die Flüssigkeit nach oben und nach unten durch die Matrix mit einer vertikalen und einer horizontalen Mischwirkung gepumpt wird. In den Bereichen der Matrizes, in denen die Flüssigkeit durch die Luftblasen nach oben gepumpt wird, fördert die Sauerstoffanreicherung ein aerobes Bakterienwachstum an den Wänden der Matrizes und, wenn dieser Bakterienwuchs ausreichend dick ist, fördert sie ein Ablösen von den Wänden. Die Rate der Sauerstoffabsorption ist jedoch gering wegen der großen Luftblasen, und die durch die Matrix nach unten strömende Flüssigkeit enthält im wesentlichen wenig Sauerstoff. Folglich ist die Bakterienwachstumsrate in den nach unten durchströmten Abschnitten der Matrix geringer als in den nach oben durchströmten Abschnitten und dieser Bakterienwuchs wird durch das Durchströmen von Luftblasen physikalisch nicht gestört. Folglich neigt der langsamere Bakterienwuchs in den nach unten durchströmten Abschnitten der Matrix dazu sich anzuhäufen, wodurch die Querstromkanäle in diesen Abschnitten der Matrix zunehmend zugesetzt werden. Diese Vorrichtung kann eine signifikante Reduzierung des biologischen Sauerstoffbedarfs (BOD) fördern, wenn die Flüssigkeit den Behälter verläßt, aber das horizontale Mischen der Flüssigkeit zwischen dem Flüssigkeitseinlaß und dem Flüssigkeitsauslaß des Behälters bedeutet, daß ein Anteil der einströmenden Flüssigkeit den Auslaß erreicht ohne ausreichend behandelt worden zu sein.
• US-Patent Nr. 4 680 111 lehrt eine Abwasserbehandlungs-Ausrüstung mit aktivierten Schlammbehandlungsschichten, die eine Vielzahl von Behandlungsbehältern aufweist, die durch Trennwände und Spritzwände so getrennt sind, daß der untere Teil jedes Behandlungsbehälters durch einen Kanal hinter seiner Spntzwand mit einem horizontalen Kanal durch seine Trennwand in dem oberen Teil eines anschließenden Behandlungsbehälters verbunden ist. Ein Belüftungsrohr erstreckt sich quer über den Boden jedes Behandlungsbehälters und hat Schlitze, durch die Luft in das Abwasser in Form von Blasen herausgeblasen werden. Eine Serie von aktivierten Schlammbehandlungsschichten befinden sich auf Trägerstangen, die sich zwischen der Trennwand und der Spritzwand jedes Behandlungsbehälters erstrecken, und im allgemeinen einen zylindrischen Kern von hartem synthetischem Harz aufweisen, das von einem porösen Teil umgeben ist, welches aus korrosionsbeständigen Garnen gebildet ist, die mit schwammigem siebähnlichem oder fasrigem Kunstharz verdrillt sind. Diese Schlammbehandlungsschichten sind für das Wachstum von sowohl aeroben als auch anaeroben Bakterien und auch von Riesenmikroorganismen vorgesehen. Die äußere Oberfläche jeder Schlammbehandlungsschicht ist ein Platz für aerobes Bakterienwachstum, während anaerobes Bakterienwachstum innen stattfindet wegen des den Luftblaseneintritt einschränkenden Aufbaus der Schlammbehandlungsschichten. Tatsächlich wird der Aufbau der Schlammbehandlungsschichten von Behandlungsbehälter zu Behandlungsbehälter so variiert, daß die Menge der anaeroben Bakterien zunehmend von 20% bis 60% des gesamten Bakterienwachstums zunimmt. Verschiedene Riesenmikroorganismen werden in die Apparatur eingebracht, um den sich anhäufenden Bakterienzuwachs auf den Schlammbehandlungsschichten aufzufressen. Diese Form von Abwasserbehandlungs- Apparatur ist nicht in der Lage Abwasser durch vorwiegend aerobe Bakterienwirkung zu bearbeiten und zielt im Gegenteil darauf ab, mit einem kombinierten aeroben/anaeroben Verfahren zu arbeiten, bei welchem die anaerobe Komponente während der Behandlung fortschreitend zunimmt. Der Aufbau der Schlammbehandlungsschichten ist so, daß der Bakterienzuwachs sich so fest an den verdrillten Fasern bindet, daß ein Zusetzen nur durch das Einbringen von Organismen verhindert werden kann, die den sich anhäufenden Bakterienzuwachs abweiden. Die Schlitze in den Belüftungsrohren bilden zwangsläufig große Blasen, und die Größe und Positionierung jedes Belüftungsrohres in seiner Kammer ist so, daß der Luftstrom unvermeidlich den zentralen Teil jeder Gruppe von Schlammbehandlungsschichten bevorzugt.
• Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Abwasserbehandlung hauptsächlich durch aerobe Bakterien zu schaffen, das eine größere Effektivität zeigt, und ebenso eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bereitzustellen.
• Nach einem Gesichtspunkt der Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Behandlung von Abwasser durch aerobe Bakterien, daß das Abwasser nach unten durch eine überflutete befestigte Filmmatrix in dem oder jeden Bioreaktor geleitet wird, und ein Strom von sehr feinen Luftblasen dazu gebracht wird nach oben durch das gesamte Abwasser in dem Bioreaktor oder den Bioreaktoren zu strömen, um das Wachstum von aeroben Bakterien an den befestigten Filmmatnzes zu fördern, wobei der Bioreaktor oder jeder Bioreaktor in der Serie dazu dient den biologischen Sauerstoffbedarf des Abwassers zunehmend zu reduzieren. Das Verfahren umfaßt vorzugsweise das Verwenden der Strömung der sehr feinen Luftblasen, um zu bewirken, daß der Zuwachs der aeroben Bakterien von den Oberflächen der befestigten Fimmatrizes abgelöst wird. Das Verfahren umfaßt auch, daß das abgelöste Bakterienwachstum durch die Strömung der sehr feinen Luftblasen in Suspension gehalten wird.
• Die Feinheit der Luftblasen ergibt vorzugsweise einen StandardsauerstoffÜbertragungswirkungsgrad von wenigstens 30%. Vorzugsweise ergibt die Feinheit der Luftblasen einen Standardsauerstoffübertragungswirkungsgrad zwischen 30% und 60%.
• Das Verfahren umfaßt vorzugsweise das Verwenden der Strömung des Abwassers, um den abgelösten Bakterienzuwachs von jedem Bioreaktor in den nächsten Bioreaktor der Serie mitzuführen.
• Das Verfahren umfaßt vorzugsweise das Bereitstellen einer ausreichenden Anzahl und Größe von Bioreaktoren für die Abwasserströmungsrate und die physikalischen Eigenschaften des Abwassers, daß der biologische Sauerstoffbedarf der Flüssigkeit, die aus dem Verfahren ausscheidet, geringer als 200 ist. Vorzugsweise ist die Anzahl und Größe von Bioreaktoren ausreichend, um den biologischen Sauerstoffbedarf der Flüssigkeit, die aus dem Verfahren ausscheidet, geringer als 20 zu reduzieren.
• Das Verfahren umfaßt vorzugsweise das Bereitstellen einer ausreichenden Anzahl und Größe von Bioreaktoren für die Abwasserströmungsrate und die physikalischen Eigenschaften des Abwassers, daß in wenigstens der letzten Stufe die aeroben Bakterien sich von sich selbst ernähren.
• Das Verfahren umfaßt vorzugsweise, daß die Flüssigkeit, die den letzten Bioreaktor in der Serie verläßt, in eine Absetzvorrichtung geleitet wird, um irgendwelche verbleibenden Feststoffe zu trennen.
• Das Verfahren umfaßt vorzugsweise die Sterilisierung der resultierenden Flüssigkeit, in dem sie ultravioletter Bestrahlungen ausgesetzt wird.
• Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung weist eine Vorrichtung zur Behandlung von Abwasser durch aerobe Bakterien die oder jede Matrix in der Form einer überfluteten befestigten Filmmatrix auf, die Oberflächen zur Besiedelung von Bakterien definiert, und weist Belüftungsmittel mit sehr feinen Öffnungen auf, daß sehr feine Luftblasen durch die im wesentliche gesamte befestigte Filmatrix geleitet werden, um das Wachstum der aeroben Bakterien an der befestigten Filmmatrix zu fördern, während das Wachstum von anaeroben Bakterien gehemmt wird. Auf diese Weise dient jeder Bioreaktor in der Serie dazu, daß der biologische Sauerstoffbedarf des Abwassers zunehmend reduziert wird. Vorzugsweise sind die Bioreaktoren miteinander verbunden, so daß das Abwasser nach unten gegen die Aufwärtsströmung der Luftblasen in wenigstens einem der Bioreaktoren fließen muß. In diesem Fall können der Bioreaktoren so miteinander verbunden sein, daß die Strömung des teilweise behandelten Abwassers von dem unteren Teil dieses einen Bioreaktors zu dem oberen Teil des nächsten Bioreaktors in der Serie geführt wird. Jede befestigte Filmmatrix wird vorzugsweise aus einer Serie von geriffelten Blättern gebildet, um einen großen Oberflächenbereich im Verhältnis zum Volumen zu ergeben. Dieses Verhältnis ist vorzugsweise mehr als 200. Die Wellen oder Riffeln sind vorzugsweise querstromartig angeordnet. Die geriffelten Blätter sind vorzugsweise mit rauhen Oberflächen versehen, um die Besiedlung mit Bakterien zu erleichtern.
• Jedes Belüftungsmittel ist vorzugsweise eine Belüftungsleiste, die sich unter im wesentlichen dem gesamten Bereich der zugehörigen befestigten Filmmatrix erstreckt. Jede Belüftungsleiste enthält vorzugsweise eine sehr feine perforierte flexible Membran, die so gebaut ist, daß sie durch den Innendruck gedehnt wird, daß sich ihre Perforierungen öffnen, um die Luifbiasen freizusetzen.
• Der letzte Bioreaktor in der Serie ist vorzugsweise mit einer Absetzvorrichtung verbunden, um zu ermöglichen, daß irgendwelche zurückbleibenden Feststoffe sich niederschlagen. Die Absetzvorrichtung enthält vorzugsweise ein Sedimentierrohr. Das Sedimentierrohr enthält vorzugsweise eine Matrix von aufwärts geneigten Rohren mit glatten Wänden. Diese Rohre sind im Schnitt vorzugsweise sechseckig und vorzugsweise um etwa 45º geneigt.
• Ein Ultraviolett-Sterilisator ist vorzugsweise mit dem Auslaß von entweder dem letzten Bioreaktor in der Serie oder irgendeiner Absetzvorrichtung verbunden, damit irgendwelche Organismen in dem behandelten Abwasser abgetötet werden.
• Jeder Bioreaktor ist vorzugsweise modular gebaut, so daß die Anzahl der Bioreaktoren in der Serie so gewählt werden kann, daß der biologische Sauerstoffbedarf irgendeines Abwassers auf einen vorgegebenen Wert reduziert werden kann. Jeder modulare Bioreaktor enthät vorzugsweise einen Behälter zum Tragen einer befestigten Filmmatrix und Belüftungsmitteln, und er weist Wände auf, die das Abwasser zwingen die befestigte Filmmatrix zu durchströmen, und er weist auch einen Auslaß fur das behandelte Abwasser an seinem unteren Teil auf. Vorzugsweise sind die Behälter Seite an Seite dichtend miteinander fest verbunden, daß eine Leitung zwischen ihnen definiert wird, die von dem Auslaß jeden Behälters zu dem Einlaß in dem nächsten Behälter in der Serie führt. Diese Leitung führt vorzugsweise vom unteren Teil eines Behälters zu einer Stelle über der befestigten Filmatrix des nächsten Behälters in der Serie. Vorzugsweise sind die Module durch komplementäre Flansche mit dazwischenliegenden Dichtungen aneinander befestigt.
• Die Erfindung wird im folgenden lediglich beispielshalber unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben. In diesen ist folgendes dargestellt.
• Figur 1 ist eine isometrische Ansicht eines Behälters für die Aufnahme einer Serie von Bioreaktoren und einer Absetzvorrichtung, wobei ein Teil der Seite weggeschnitten ist, um das Innere des Behälters zu zeigen.
• Figur 2 ist ein Longitudinal-Vertikalschnitt durch den Behälter aus Figur 1 in Zusammenhang mit seinen Bioreaktoren und der Absetzvorrichtung.
• Figur 3 ist eine vergrößerte isometrische Ansicht einer der in Figur 2 gezeigten Belüftungsleisten.
• Figur 4 ist ein vergrößerter Querschnitt längs der Linie 4-4 in Figur 3.
• Figur 5 ist eine Draufsicht, die eine modulare Konstruktion für den in Figuren 1 und 2 gezeigten Behälter zeigt. Und
• Figur 6 ist ein vertikaler Schnitt längs der Linie 6-6 in Figur 5.
• Insbesondere in Figuren 1 und 2 weist eine Vorrichtung zur Behandlung von Abwasser durch aerobe Bakterien eine Serie von drei befestigten Film-Bioreaktoren 10, 11, 1 2 mit jeweilgen Matrizes 13, 14, 15 auf. Jede Matrix 13, 14, 15 weist eine Serie von festen geriffelten oder gewellten Kunststoffblättern auf, die alternierend kreuz und quer angeordnet sind, um ein Labyrinth von miteinander verbundenen Querstromkanälen zu schaffen. Diese Kunststoffblätter sind mit einer aufgerauhten Oberfläche ausgebildet und mit Oberflächenkerben, um die Besiedelung durch Bakterien zu erleichtern. Matrizes dieser Art werden im allgemeinen bei Berieselungstürmen verwendet und werden auch in den im vorhergehenden erwähnten Systemen verwendet, die von Smith und Loveless Inc und von Polybac Corporation entwickelt wurden. Solche Matrizes weisen einen großen Oberflächenbereich im Verhältnis zum Volumen auf, wobei die von Polybac Corporation verwendete ein Verhältnis zwischen 100 und 140 Quadratmetern pro Kubikmeter aufweist, wobei ihr Verhältnis durch die Strömungsfläche der einzelnen Querstromkanäle eingeschränkt ist, die erforderlich sind, um die vorher besprochenen Verstopfungsprobleme in den nach unten fließenden Abschnitten ihrer Matrix zu kompensieren.
• Das zu behandelnde Abwasser wird in den oberen Teil des ersten Bioreaktors 10 durch ein Einlaßrohr 16 eingeleitet und, nachdem es durch die drei Bioreaktoren 10, 11 und 12 (auf eine Weise, die in Kürze beschrieben wird) durchgeströmt ist, strömt es durch eine Absetzvorrichtung 17, wobei das behandelte Abwasser dann über ein Pegelsteuerwehr 18 in ein Auslaßrohr 19 fließt. Durch Wirkungsweise des Wehrs 1 8 wird die Fluidtiefe in der gesamten Vorrichtung bei etwa dem Pegel 20 gehalten, so daß alle drei Matrizes 13, 14 und 15 vollständig überflutet gehalten werden.
• Die drei Bioreaktoren 10, 11, 12 und die Absetzvorrichtung 17 sind in einem Behälter mit drei Sätzen von vertikal gestapelten Querabtrennungen 21, 22, 23 und einer quer gerichteten Absetzbehälterabtrennung 24 umgeben. Jeder Satz der gestapelten Abtrennungen 21, 22 und 23 ist, wie dargestellt, so angeordnet, daß die Bioreaktoren 10, 11 und 12 miteinander in Serie verbunden sind, wodurch das Abwasser gezwungen ist, abwärts der Reihe nach durch jeden Bioreaktor zu strömen, und das teilweise behandelte Abwasser fließt vom unteren Teil jedes Bioreaktors durch jeweilige Auslaßöffnungen 25, 26 und dann vertikal nach oben in den oberen Teil des nächsten Bioreaktors. Die Ausströmung 27 aus dem letzten Bioreaktor 12 wird zudem durch die Absetzbehälterabtrennung 24 auf den unteren Teil des Absetzbehälters 1 7 geleitet.
• Belüftungsmittel in Form einer Belüftungsleiste 28 liegen unter jeder der Matrizes 13, 14, 15 und sind mit einer Luftleitung 29 verbunden, die von einem EIN-AUS-Ventil 30 und einem Strömungssteuerventil 31 gesteuert werden. Details der Belüftungsleiste 28 werden im folgenden bezugnehmend auf Figuren 3 und 4 gegeben. Durch Öffnen des Ventils 30 und Einstellen des Luftstroms durch Betätigung des Strömungssteuerventils 31, geben die drei Belüftungsleisten 28 sehr feine Luftblasen unter im wesentlichen der gesamten Matrix jeder der Matrizes 13, 14 und 15 ab. Bei der gezeigten Vorrichtung sind die horizontalen Abmessungen jeder Matrix 1,2 Quadratmeter und die Belüftungsleisten 28 sind 1 Quadratmeter, wobei die obere Fläche jeder Belüftungsleiste etwa 5 Zentimeter unter der unteren Seite der entsprechenden Matrix liegt. Folglich werden sehr feine Luftblasen durch im wesentlichen die Gesamtheit jeder Matrix abgegeben und strömen nach oben gegen den Abwärtsstrom von Abwasser beziehungsweise teilweise behandeltem Abwasser. Auf diese Weise wird das gesamte Abwasser oder teilweise behandelte Abwasser gleichmäßig den feinen Luftblasen in jedem Bioreaktor ausgesetzt, wodurch sichergestellt wird, daß es keine Sauerstofflimitierung für die Bakterienwirkung in irgendeinem Teil der Matrizes gibt, und daß es keine Gefahr des Zusetzens gibt.
• Folglich wachsen die Bakterien im wesentlich gleichmäßig über dem gesamten Oberflächenbereich jeder Matrix und die Wirkung der Luftblasen trägt dazu bei, daß das Ablösen der Bakterien gefördert wird, die dann zu dem unteren Teil des Behälters absinken und durch die in den nächsten Bioreaktor strömende Flüssigkeit mitgeführt werden. Hiermit weist die Vorrichtung drei getrennte vollkommen vermischte Bioreaktoren auf, die nacheinander arbeiten, wobei jeder Bioreaktor dazu dient den biologischen Sauerstoffbedarf des gesamten durch ihn strömenden Abwassers zu reduzieren, wodurch der biologische Sauerstoffbedarf zunehmend durch die Vorrichtung reduziert wird.
• Aufgrund der gleichmäßigen Sauerstoffanreicherung jeder Matrix, die das Verstopfen oder Zusetzen verhindert, habe ich festgestellt, daß ich Matrizes mit noch feineren Querstromkanälen verwenden kann, als die die früher erfolgreich verwendet wurden, und dies wiederum steigert die Wirksamkeit der Vorrichtung, indem der wirkungsame Oberflächenbereich zur Bakterienansiedlung zunimmt. Tatsächlich konnte ich ein Verhältnis von Oberfläche zu Volumen von 230 Quadratmeter pro Kubikmeter verwenden.
• Der Absetzbehälter 17 ist nur erforderlich, wenn man irgendwelche restlichen Feststoffe aus dem behandelten Abwasser abzutrennen wünscht. Nach dem Durchgang von dem letzten Bioreaktor 12 fließen die behandelte Flüssigkeit und die mitgeführten Feststoffe in den unteren Teil 32 des Absetzbehälters, der trichterförmig ist und in einem von dem EIN-AUS-Ventil 33 gesteuerten Auslaß endet. Die größeren Feststoffe sinken in diesem Abschnitt des Absetzbehälters ab, wobei die Fliissigkeit und kleinere Feststoffe zurückbleiben, um langsam nach oben durch eine Rohrsedimentiermatrix 34 zu fließen, die sechseckige Rohre aufweist, welche etwa 45º nach oben geneigt sind und glatte Wände haben. Die mitgeführten Bakterienpartikel versuchen die glatten Wände der sechseckigen Rohre zu besiedeln, aber, nachdem sie zu einer bestimmte Größe angewachsen sind, gleiten sie ab und sinken auf den unten Teil 32 des Absetzbehälters, wobei sie eine klare Flüssigkeit mit einem geringen biologischen Sauerstoffbedarf zurücklassen, der über das Wehr 18 in das Auslaßrohr 19 fließt. Von Zeit zu Zeit muß das Ventil 33 für eine kurze Zeit geöffnet werden, um das sich anhäufende Sediment abzuziehen.
• Die Menge, um die der biologische Sauerstoffbedarf (BOD) reduziert wird, bevor das behandelte Abwasser aus dem letzten Bioreaktor 12 der Serie abgegeben wird, hängt von vielen Faktoren einschließlich des anfänglichen biologischen Sauerstoff bedarfs (BOD), ob das Abwasser nach unten gegen den Aufwärtsstrom der Luftblasen oder aufwärts in der gleichen Richtung wie die Blasen strömt, der Strömungsrate im Vergleich zu der Größe jedes Bioreaktors, der Temperatur und anderen Faktoren ab. Für eine vorgegebene Leistung ist es erforderlich, entweder die Größe oder die Anzahl der Bioreaktoren zu ändern. Wenn man so verfährt, kann der biologische Sauerstoffbedarf (BOD) auf einen Wert reduziert werden, der für das Ablassen in einen Flußlauf geeignet ist (beispielsweise, ein Sauerstoffbedarf (BOD) von 20), oder bis auf einen Wert, der für das Einlassen in einen Sickerschacht geeignet ist (beispielsweise, ein biologischer Sauerstoffbedarf (BOD) von 200). Die Werte des biologischen Sauerstoffbedarfs (BOD), die zum Ablassen in Flußläufe oder Sickergruben als geeignet akzeptiert werden, variieren im Augenblick von Region zu Region. Die Vorrichtung kann jedoch durch das fortschreitende Reduzieren des biologischen Sauerstoffbedarfs (BOD) in Stufen, den biologischen Sauerstoffbedarf (BOD) von Abwässern auf einen extrem niedrigen Wert reduzieren und der/die letztem Bioreaktor/en in der Serie können fördern, daß der bakterielle Schlamm sich selbst verbraucht, und können die Nitrifikation fördern. In der Fischfarm-Industrie ist es erforderlich, Fischblut und andere Flüssigkeiten mit einem hohen biologischen Sauerstoffbedarf (BOD) zu entsorgen, und die beschriebene Vorrichtung ist in der Lage, dieses durchzuführen. Wenn irgendeine Möglichkeit besteht, daß irgendein lebender Organismus in der das Auslaßrohr 19 verlassenden Fiiissigkeit zurückbleibt, kann diese Flüssigkeit durch eine Ultraviolett-Sterilisationseinheit geleitet werden.
• Wenn sie zur Vernichtung von Blut oder anderen Abwässern verwendet wird, die aus intermittierenden Prozessen stammen, ist es wichtig eine Ausrüstung zu verwenden, die schnell geschlossen werden kann. Aus diesem Grund ziehe ich es vor, Belüftungsleisten 28 von der Art zu verwenden, wie sie im folgenden bezugnehmend auf Figuren 3 und 4 beschrieben werden. Jede Leiste 28 weist eine Poly(vinylchlorid)-Grundplatte 35 auf, auf der eine flexible Membran 36 mittels eines Rahmens 37 und Haltestangen 38 aus faserverstärktem Kunststoff montiert ist. Die Membran 36 wird aus einem synthetischen Gummi von etwa 0,7 Millimeter Dicke gebildet, der über seine gesamte wirksame Oberfläche sehr fein perforiert ist. Wenn der Luftdruck unter der Membran geringer ist als das hydrostatische Gefälle der Flüssigkeit über ihr, nimmt die Membran 36 die in Figur 4 gezeigte gestrichelte Position ein und die Perforierungen bleiben geschlossen, wodurch sie den Eintritt irgendeiner Flüssigkeit verhindern. Im Betrieb jedoch bewirkt der Luftdruck, der auf die Membran 36 von unten wirkt, daß sie sich ausdehnt, wie gezeigt, wodurch die Perforierungen sich öffnen, um sehr feine Luftblasen abzugeben. Gewöhnlich wird das Konzept, sehr feine Öffnungen in einem Bioreaktor zu verwenden, als für nicht durchführbar betrachtet werden, da diese durch Bakterien besiedelt würden und folglich verstopft würden. Bei dieser Art von flexibler Membran, stellt eine solche Besiedelung kein Problem dar, da die feinen Perforierungen nur leicht zurückweichen, sobald sie zu verstopfen anfangen, und dadurch löst sich jede signifikante Bakterienanhäufung ab.
• Wie bereits erwähnt, kann die Vorrichtung entweder durch Variieren der Größe oder der Anzahl der Bioreaktoren so zusammengestellt werden, daß verschiedene Betriebsparameter erfüllt werden. Ich bevorzuge jedoch eine Standardgröße von Bioreaktoren beizubehalten und ändere die Leistung durch Anpassen der Anzahl von zu der Serie gehörenden Bioreaktoren. Dieses Konzept wird durch das Einführen einer modularen Bauweise so verbessert, wie es im folgenden bezugnehmend auf Figuren 5 und 6 beschrieben wird. Es sind zwei identische modulare Behältereinheiten 40, 41 dargestellt, aber es kann irgendeine Anzahl Seite an Seite angebracht werden, wobei die letzte Behältereinheit in der Serie an eine Absetzbehältereinheit 42 angebracht wird, wenn eine derartige Trennung von irgendwelchen verbleibenden Feststoffen erforderlich ist.
• Jede modulare Behältereinheit 40, 41 weist eine Grundfläche 43, zwei Seitenwände 44, 45 und zwei Abschlußwände 46, 47 mit angrenzenden äußeren Flanschen 48, 49 auf. Bei jeder modularen Behältereinheit sind die Seitenwände 44, 45 und eine Abschlußwand 46 einstückig (oder auf eine andere Art befestigt ist) mit der Grundfläche und miteinander ausgebildet, wogegen die andere Abschlußwand 47, während sie einstückig (oder auf eine andere Art befestigt ist) mit den zwei Seitenwänden 44, 45 ausgebildet ist, von der Grundfläche 43 beabstandet ist, um die vorher beschriebenen Auslässe 25, 26 zu definieren. Die Seitenwände 44, 45 und die Abschlußwände 46, 47 jeder Behältereinheit 40, 41 sind angeordnet, um die Matrix zu tragen, und die Grundfläche 43, um die Belüftungsleiste 28 zu tragen.
• Die Moduleinheiten 40, 41 und folgende und die Absetzbehältereinheit 42 sind aneinander durch ihre jeweiligen vorspringenden Flansche 48, 49 mit einer dazwischenliegenden elastischen Dichtung verschraubt, um einen Behälter mit den gleichen allgemeinen Merkmalen zu bilden, wie es bereits in Figuren 1 und 2 beschrieben ist. In diesem Zusammenhang sollte bemerkt werden, das die Abschlußwände 47 innenseitig von den angrenzenden Flanschen 49 so beabstandet sind, daß die angrenzenden Abschlußwände 47 und 46 von anschließenden Moduleinheiten in Figuren 1 und 2 gezeigte gestapelte Abtrennungen 21, 22, 23 definieren, wobei eine Leitung definiert wird, die von dem Auslaß 25 oder 26 an dem unteren Teil jedes Behältermoduls zu einer Position über die Matrixposition des nächsten Behältermoduls in der Serie führt. Es sollte auch bemerkt werden, daß eine Platte 50 mit dem ersten Behältermodul 40 verschraubt oder auf andere Weise befestigt ist, wobei sich der obere Rand seiner Abschlußwand 46 in einer Linie mit dem oberen Rand des Moduls erstreckt. Anstatt eine einfache Platte 50 zu verwenden, kann diese durch eine Einheit ersetzt werden, die das in Figur 2 gezeigte Abwassereinlaßrohr 16 aufweist. Für den Fall, daß kein Absetzbehälter gebraucht wird, würde eine weitere einfache Platte an den Flansch des letzten Moduls verschraubt oder auf andere Weise befestigt werden und könnte geeigneterweise das Wehr 18 und das Auslaßrohr 19 einschließen.
• Anstatt, wie in Figur 2 gezeigt, unter dem Bioreaktorbehälter angeordnet zu sein, kann die Luftzuführleitung geeigneterweise mit Streben, die sich zwischen den Abtrennungen 21, 22 und 23 erstrecken, montiert sein, wodurch der untere Teil des Behälters unversehrt bleibt.

Claims (21)

1. Verfahren zur Abwasserbehandlung, bei dem Abwasser in eine Bioreaktorkammer eingeleitet wird, um eine befestigte Matrix zu überfluten, die sich innerhalb der Bioreaktorkammer befindet und Oberflächen zur Besiedlung durch aerobe Bakterien aufweist, und bei dem Luftblasen aufwärts durch das Abwasser geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß sehr kleine Luftblasen zwischen im wesentlichen allen Oberflächen der Matrix durchgeleitet werden, wobei das Durchleiten der sehr kleinen Luftblasen ausgenützt wird, um das gesamte Abwasser zu vermischen, und alle aeroben Bakterien beständig dem durchmischten Abwasser, das die sehr feinen Luftblasen enthält, ausgesetzt werden.

2. Verfahren zur Abwasserbehandlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sehr feinen Luftblasen dazu verwendet werden, ein Ablösen der Überschußbakterien von den Oberflächen aktiv zu fördern, um dadurch ein Zusetzen der befestigten Matrix zu verhindern.

3. Verfahren zur Abwasserbehandlung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der abgelöste Bakterienzuwachs in dem Abwasser mitgeführt wird.

4. Verfahren zur Abwasserbehandlung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das teilweise behandelte Abwasser von der Bioreaktorkammer in eine zweite Bioreaktorkammer überführt wird, um eine zweite befestigte Matrix zu überfluten, die sich innerhalb der zweiten Bioreaktorkammer befindet und Oberflächen zur Besiedlung durch aerobe Bakterien aufweist, und daß sehr feine Luftblasen zwischen im wesentlichen allen Oberflächen der zweiten befestigten Matrix durchgeleitet werden, um das Abwasser innerhalb der zweiten Bioreaktorkammer zu durchmischen und alle die die Oberfläche der zweiten befestigten Matrix besiedelnden Bakterien beständig dem durchmischten Abwasser, das die sehr feinen Luftblasen enthält, innerhalb der zweiten Matrix auszusetzen.

5. Verfahren zur Abwasserbehandlung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die sehr feinen Luftblasen innnerhalb der zweiten Matrix verwendet werden, um ein Ablösen der Überschußbakterien von den Oberflächen der zweiten befestigten Matrix zu fördern und dabei das Zusetzen der zweiten befestigten Matrix zu verhindern.

6. Verfahren zur Abwasserbehandlung nach Anspwch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein teiweise behandeltes Abwasser von dem unteren Teil der ersten Bioreaktorkammer zu dem oberen Teil der zweiten Bioreaktorkammer überführt wird.

7. Verfahren zur Abwasserbehandlung nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömung des teilweise behandelten Abwassers verwendet wird, um abgelösten Bakterienwuchs von der ersten Bioreaktorkammer in die zweite Bioreaktorkammer überzuführen.

8. Verfahren zur Abwasserbehandlung, das eine Reihe von Bioreaktoren verwendet, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bioreaktor gemäß dem Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7 arbeitet, und daß teilweise behandeltes Abwasser von jedem Bioreaktor zu dem nächsten Bioreaktor der Serie überführt wird, wobei jeder Bioreaktor dazu dient, den biologischen Sauerstoffbedarf des Abwassers fortlaufend zu reduzieren.

9. Bioreaktor zur Reduzierung des biochemischen Sauerstoffbedarfs eines Abwassers, der folgendes aufweist: eine Kammer für das zu behandelnde Abwasser, eine befestigte Matrix, die Oberflächen zur Besiedelung durch aerobe Bakterien aufweist, welche im Inneren der Kammer unter der Abwasseroberfläche liegt, und Belüftungsmittel, die direkt unter der Matrix angeordnet sind, um Luftblasen durch einen Teil der Matrix zu leiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungsmittel (28) sehr feine Öffnungen aufweisen, um sehr feine Luftblasen auszustoßen, und daß die Öffnungen so liegen, daß die sehr feinen Luftblasen zwischen im wesentlichen alle Matrixoberflächen geschickt werden, die durch aerobe Bakterien besiedelt werden sollen.

10. Bioreaktor nach Anspruch 9, bei dem die befestigte Matrix eine befestigte Filmmatrix (13) ist, die aus einer Serie von geriffelten Blättern gebildet wird, und die ein großes Oberflächenlvolumen-Verhältnis aufweist.

11. Bioreaktor nach Anspruch 10, bei dem das Verhältnis größer als 200 ist.

12. Bioreaktor nach Anspruch 10 oder 11, bei dem die geriffelten Blätter rauhe Oberflächen haben, um die Bakterienbesiedelung zu erleichtern.

13. Bioreaktor nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 1 2, bei dem die Belüftungsmittel (28) sich unter den größten Teil des Bereichs der befestigten Filmmatrix (13) erstrecken.

14. Bioreaktor nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem die Belüftungsmittel (28) eine Belüftungsleiste sind, die sich unter im wesentlichen den gesamten Bereich der befestigten Filmmatrix (13) erstreckt.

15. Bioreaktor nach Anspruch 9 oder 14, bei dem die Belüftungsmittel (28) eine sehr fein perforierte flexible Membran (36) enthalten, die so gebaut ist, daß sie durch den lnnenluftdruck gedehnt wird, um ihre Perforierungen zu öffnen, um sehr feine Luftblasen freizusetzen.

16. Bioreaktor nach Anspruch 1 5, bei dem eine Verminderung des Innenluftdruckes es der flexiblen Membran gestattet zu kontrahieren, wobei die Perforierungen geschlossen werden.

17. Vorrichtung zur Abwasserbehandlung, die eine Serie von Bioreaktoren gemäß irgendeinem der Ansprüche 9 bis 1 6 aufweist, die so miteinander verbunden sind, daß das gesamte Abwasser der Reihe nach durch jeden Bioreaktor geführt wird.

18. Vorrichtung zur Abwasserbehandlung nach Anspruch 17, bei der die Bioreaktoren so miteinander verbunden sind, daß das Abwasser wenigstens in einem der Bioreaktoren gegen den Aufwärtsstrom der Luftblasen abwärts geleitet wird.

19. Vorrichtung zur Abwasserbehandlung nach Anspruch 18, bei der die Bioreaktoren miteinander so verbunden sind, daß das teilweise behandelte Abwasser von dem unteren Teil des einen Bioreaktors zu dem oberen Teil des nächsten Bioreaktors in der Serie überführt wird.

20. Vorrichtung zur Abwasserbehandlung nach irgendeinem der Ansprüche 17 bis 19, bei der jeder Bioreaktor modular aufgebaut ist, so daß die Anzahl der Bioreaktoren der Serie so gewählt werden kann, daß der biochemische Sauerstoffbedarf jeden Abwassers auf einen vorgegebenen Pegel reduziert werden kann.

21. Vorrichtung zur Abwasserbehandlung nach Anspruch 20, bei der jeder modulare Bioreaktor einen Flüssigkeitsbehälter, der die Kammer und ebenso die Wände definiert, die das Abwasser zwingen, die befestigte Filmmatrix zu durchströmen, und einen Auslaß für das behandelte Abwasser aufweist.