DE69204398T2

DE69204398T2 - System für die Steuerung der Geschwindigkeit im Oxydationsgraben.

Info

Publication number: DE69204398T2
Application number: DE69204398T
Authority: DE
Inventors: Lindy Ty Cooper; Frank G Weis
Original assignee: Smith and Loveless Inc
Current assignee: Smith and Loveless Inc
Priority date: 1991-08-02
Filing date: 1992-07-31
Publication date: 1996-02-01
Anticipated expiration: 2012-08-01
Also published as: CA2073305C; DE69204398D1; US5118415A; CA2073305A1; MX9204307A; EP0526853A1; EP0526853B1; MY108296A

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Oxidationsgraben, wie er für die biologische aerobe Behandlung von Abwasser wie Schmutzwasser, industriellem Abwasser und dergleichen verwendet wird. Das heißt, daß die Erfindung ein System betrifft, mit dem in einem Oxidationsgraben eine erhöhte und gleichmäßigere Geschwindigkeit über den Querschnitt ausgebildet werden kann, um eine effektive Behandlung zu ermöglichen und um zu verhindern, daß sich Feststoffe am Boden des Oxidationsgrabens absetzen.

Hintergrund der Erfindung

Generell betrifft die vorliegende Erfindung die Behandlung von Abwasser, das biologisch abbaubare Feststoffe enthält. Ein solches Abwasser kann aus Abwassersammelsystemen, Ölraffinerien, Kokereianlagen, Papierfabriken, Konservenfabriken, Lebensmittel verarbeitenden Betrieben oder dergleichen stammen. Die Behandlung der organischen, gelösten und suspendierten Materialien erfolgt typischerweise durch ein Verfahren, das im allgemeinen als aerobe Behandlung bezeichnet wird. Das Entfernen des organischen Materials wird bei diesem Verfahren im wesentlichen durch zwei Vorgänge erreicht. Zuerst werden an der Grenzfläche zwischen der entsprechenden Biomasse und dem Abwasser die Verunreinigungen adsorbiert oder absorbiert. Dann zersetzt die Biomasse diese organischen Stoffe durch Oxidation. Die sich ergebende, vermehrte Biomasse bzw. der Schlamm, der aus den sich ansammelnden Mikroorganismen besteht, wird in der Regel von der organisch stabilisierten Flüssigkeit getrennt. Meist wird ein Großteil der Biomasse in das Verfahren zurückgeführt, um dieses fortzusetzen, und periodisch wird überschüssiger Schlamm aus dem System entfernt.
Bei den herkömmlichen Systemen zur biologischen Behandlung stellen ein Belüftungsbecken und ein Klärbecken die Hauptkomponenten dar. Das Belüftungsbecken kann rechteckig oder kreisförmig sein, es enthält eine Einrichtung zum kontinuierlichen Umwälzen der Mischflüssigkeit (aus suspendierten Feststoffen und Abwasserflüssigkeit) im Becken unter Zuführung von Sauerstoff oder Luft, um das Wachstum der Mikroorganismen zu fördern. Das Belüftungsbecken kann auch eine im wesentlichen ovale Form haben und einen trogartigen Kanal mit einem Boden und beabstandeten aufrechten Seitenwänden zur Aufnahme und zum Umwälzen der Mischflüssigkeit in einem kontinuierlichen, im wesentlichen geschlossenen Fließweg bilden, was dann meist als "Oxidationsgraben" bezeichnet wird. Die Mischflüssigkeit wird mittels rotierender Bürsten, Scheiben, Turbinen oder dergleichen fortlaufend mit einer Fließgeschwindigkeit umgewälzt, die ausreicht, um die Feststoffe in Suspension zu halten. Um das Wachstum der Mikroorganismen zu fördern, kann ebenfalls zusätzlich Luft oder Sauerstoff zu der umlaufenden Mischflüssigkeit hinzugefügt werden.
Beim Oxidationsgrabensystem ist eine Klärvorrichtung erforderlich, um die suspendierten Feststoffe von der Mischflüssigkeit abzutrennen und um die geklärte Flüssigkeit abzuziehen. Die Klärvorrichtung kann eine separate Einheit sein, die an den Oxidationsgraben angrenzt und die als Absetzbecken zum Abtrennen der suspendierten Feststoffe von der Mischflüssigkeit durch die Schwerkraft dient. Die geklärte Flüssigkeit kann entfernt oder wiederverwendet werden, während die sich absetzende Biomasse in der Klärvorrichtung verbleibt, aus der sie als Schlammabfall entfernt oder in den Oxidationsgraben recycelt wird, um das richtige Gleichgewicht zwischen der organischen Belastung und den mikrobiellen Feststoff-Biomassen in der Mischflüssigkeit aufrecht zu erhalten. Die Abtrenn- Klärvorrichtung erfordert in der Regel eine Pumpeinrichtung, um die Mischflüssigkeit aus dem Oxidationsgraben in die Klärvorrichtung zu befördern, und/oder eine Pumpeinrichtung, um sdie abgesetzte Biomasse aus der Klärvorrichtung in den Oxidationsgraben zurück zu befördern.
Im US-Patent 4 614 589 ist ein System zur biologischen aeroben Behandlung beschrieben, das einen Strömungsseparator nach dem spezifischen Gewicht aufweist, der im Oxidationsgraben angeordnet ist. Der Separator trennt in neuartiger Weise im Fließweg klare Flüssigkeit von der Mischf lüssigkeit ab und entfernt sie. Das US-Patent 4 614 589 ist demselben Inhaber übertragen wie die vorliegende Erfindung.
Die US-Patente 4 303 516, 4 383 922 und 4 446 018 beschreiben ebenfalls Oxidationsgräben mit internen Klärvorrichtungen.
Oxidationsgräben mit Bürstenbelüftern zum Umwälzen des Mischflüssigkeitsstromes führen Energie zu, um den Inhalt des Mischflüssigkeitsstromes an der Oberfläche und bis in eine Tiefe von nicht mehr als etwa 35,56 cm zu vermischen und in Mischung zu halten. Diese Energie wird in der Regel meistens an wenigstens zwei Stellen in den Längsabschnitten des Fließkanals aufgebracht, die durch den Oxidationsgraben angrenzend an das untere Ende der Endabschnitte des Fließkanals gebildet werden. Diese konzentrierte Energie ist extrem turbulent und muß in einer Tiefe von 152,4 cm bis 365,76 cm in eine glatte, gleichmäßige Strömung umgewandelt werden. Bemühungen, eine gleichmäßigere Geschwindigkeit zu erzeugen, ergaben über den Fließkanal ungleiche Geschwindigkeiten. Meist war das Ergebnis eine hohe Oberflächengeschwindigkeit und eine Bodengeschwindigkeit Null.
Um eine gleichmäßige Geschwindigkeit zu erhalten, wurden im Fließkanal Fließ-Ablenkplatten und Umlenkplatten verwendet. In der Fig. 1 ist die schematische Darstellung eines Oxidationsgrabens 10 gezeigt, mit der die bisherigen Bemühungen zur Ausbildung einer gleichmäßigeren Fließgeschwindigkeit im Fließkanal illustriert werden. Der Oxidationsgraben 10 bildet einen Fließkanal 12 mit zwei Endabschnitten 14 und zwei sich dazwischen erstreckenden Längsabschnitten 16. Eine Mittelwand 18 trennt die Abschnitte 16. In Strömungsrichtung knapp unterhalb eines jeden der Endabschnitte 14 erstreckt sich quer über jeden der Längsabschnitte 16 ein Bürstenbelüfter 20. Die Fließrichtung im Kanal 12 ist durch Pfeile angezeigt. An jedem Abschnitt 16 ist in Strömungsrichtung unterhalb eines jeden der Bürstenbelüfter 20 eine Fließ-Ablenkplatte 22 angebracht. Die Fließ-Ablenkplatten 22 sind als Einrichtung dafür vorgesehen, mehr Oberflächengeschwindigkeit in eine größere Tiefe zu bringen. In jedem der Endabschnitte 14 ist eine Umlenkplatte 24 angeordnet. Die Umlenkplatte 24 weist von der äußeren Seitenwand, die den Kanal bildet, nach innen zu einen Abstand auf und erstreckt sich vom Boden des Kanals bis in eine Höhe, die über der Oberfläche des fließenden Mischflüssigkeitsstromes liegt. Die unteren oder Auslaßränder der Umlenkplatten 24 enden in Strömungsrichtung knapp oberhalb der Belüfter 20. Die Abstände zwischen dem Einlaß- und Auslaßrand der Umlenkplatten 24 und der Innen- und Außenwand des Kanals können gleich sein. Alternativ wurde vorgeschlagen, den Abstand zwischen der Umlenkplatte und der Außenwand am Einlaßrand zu einem Drittel der Breite des Kanals zu wählen und den Abstand zwischen der Umlenkplatte und der Außenwand am Auslaßrand halb so breit wie der Kanal zu machen. Diese Anordnung verursacht, daß die Umlenkplatte am Einlaßrand ungleiche Mengen des Mischflüssigkeitsstromes aufnimmt und daß mehr Flüssigkeit zur Innenseite des Bürstenbelüfters gelenkt wird, an der die Eintrittsgeschwindigkeit niedrig ist.
An einem beispielhaften Oxidationsgraben der in der Fig. 1 gezeigten Art wurden Tests unternommen, um die Daten für die Geschwindigkeit an verschiedenen Stellen im Fließkanal in Strömungsrichtung unterhalb der Bürstenbelüfter zu bestimmen. Die Stellen lagen an vier verschiedenen Tiefen am inneren und äußeren Abschnitt des Kanals. Bei einem ersten Test enthielt der Oxidationsgraben zwei Belüfter 20, zwei Umlenkplatten 24 und eine Fließ-Ablenkplatte 22. Bei einem zweiten Test war auch die zweite Fließ-Ablenkplatte eingebaut. Die Testergebnisse sind in der Tabelle 1 dargestellt. TABELLE 1 TIEFE FLIESS- UND GESCHWINDIGKEIT INNEN UMLENKPLATTEN GESCHWINDIGKEIT AUSSEN DURCHSCHNITTGESCHW.
Die Tabelle 1 zeigt die Geschwindigkeiten unterhalb der Bürstenbelüfter an acht verschiedenen Punkten einer Querschnittsebene des Grabens. Die Tabelle 1 zeigt auch die mittlere Querschnittsgeschwindigkeit.
Wie in der Fig. 1 gestrichelt gezeigt, verursacht die Umlenkplatte 24 an ihrem in Strömungsrichtung unteren Ende und unter dem Belüfter 20 aufgrund der ungleichen Geschwindigkeiten bzw. Energien beim Verlassen der Umlenkplatte einen vertikalen Wirbel. Die Fließ-Ablenkplatte 22 neigt dazu, den Wirbel zu erzeugen und zu verstärken. Die Fließ-Ablenkplatte 22 behindert darüberhinaus die im Graben strömende Flüssigkeit auffast genau die gleiche Weise, wie eine senkrecht zum Fluß angebrachte flache Platte den Fluß stört.
Es besteht daher ein Erfordernis nach einer besseren Einrichtung zum Steuern der Geschwindigkeit der in einem Oxidationsgraben fließenden Mischflüssigkeit auf eine Weise, die im Fließkanal eine gleichmäßigere und erhöhte Geschwindigkeit über den Querschnitt ergibt.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein Oxidationsgraben mit einer Einrichtung zum Steuern der Geschwindigkeit geschaffen, mit der im Fließkanal eine gleichmäßigere Geschwindigkeit über den Querschnitt erhalten wird.
Die Einrichtung zum Steuern der Geschwindigkeit weist ein Umlenkplattenelement auf, das in wenigstens einem der Endabschnitte des Fließkanals angebracht ist und das von der Außenwand davon nach innen zu einen Abstand aufweist. Das Umlenkplattenelement ist mit einem Endabschnitt versehen, der ein oberen Rand aufweist, der sich bis unter den Bürstenbelüfter erstreckt, der in Strömungsrichtung unmittelbar unterhalb des Endabschnittes quer über den Längsabschnitt des Fließkanals angeordnet ist. Der obere Rand des anderen Teils des Umlenkplattenelements erstreckt sich über die Oberfläche des fließenden Mischflüssigkeitsstromes hinaus. Der untere Rand des Umlenkplattenelements steht mit der Bodenfläche des Fließkanals in Verbindung. Der Fluß der Mischflüssigkeit wird in Strömungsrichtung unterhalb des Bürstenbelüfters nicht von Fließ-Ablenkplatten behindert, die im Fließkanal untergebracht sind.
Jeder der Endabschnitte des Fließkanals kann mit einer Anzahl von konzentrischen, beabstandeten Umlenkplattenelementen versehen sein. Wenn mehr als ein Umlenkplattenelement vorgesehen ist, liegt das Verhältnis der Radien benachbarter 10 Umlenkplattenelemente vorzugsweise im Bereich von 2,5 bis 3,5, am meisten bevorzugt bei etwa 3,0. Das innerste Umlenkplattenelement weist vorzugsweise einen Radius zwischen 91,44 cm und 152,4 cm auf.
Die Erstreckung des Umlenkplattenelements bis unter den 15 Bürstenbelüfter verhindert die Bildung des erwähnten Wirbels. Das Weglassen der Fließ-Ablenkplatten erhöht die mittlere Fließgeschwindigkeit durch den Fließkanal.
Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden genauen Beschreibung hervor.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Fig. 1 ist eine schematische, perspektivische Ansicht eines beispielhaften Oxidationsgrabens mit einem bekannten System zur Steuerung der Geschwindigkeit.
Die Fig. 2 ist eine schematische, perspektivische Ansicht eines beispielhaften Oxidationsgrabens mit einem erfindungsgemäßen System zur Steuerung der Geschwindigkeit.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Gemäß Fig. 2 ist ein Oxidationsgraben 10 der in der Fig. 1 gezeigten Art modifiziert, er enthält eine erfindungsgemäß aufgebaute Anordnung zur Geschwindigkeitssteuerung. In der Fig. 1 und 2 gezeigte, gleiche oder entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der Oxidationsgraben 10 der Fig. 2 weist den gleichen Fließkanal 12, die gleichen Endabschnitte 14, die gleichen Längsabschnitte 16, die gleiche Mittelwand 18 und die gleichen Bürstenbelüfter 20 auf, die oben anhand der Fig. 1 erläutert wurden.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist der Oxidationsgraben 10 mit einem System zur Geschwindigkeitssteuerung versehen, mit dem im Fließkanal 12 eine gleichmäßigere Geschwindigkeit über den Querschnitt ausgebildet wird. Das System zur Geschwindigkeitssteuerung umf aßt ein gekrümmt es Umlenkplattenelement 32, das in wenigstens einem der Endabschnitte 14 nach innen zu in einem Abstand von der Außenwand davon angeordnet ist. Der an den Bürstenbelüfter 20 angrenzende äußere Endabschnitt 34 weist einen oberen Rand 36 auf, der sich bis unter den Belüfter 20 erstreckt. Der obere Rand 38 des anderen Teils des Umlenkplattenelements 32 erstreckt sich über die Oberfläche des im Kanal 12 fließenden Mischflüssigkeitsstromes hinaus, die bei 39 angezeigt ist. Der untere Rand 40 des Umlenkplattenelements 32 steht vorzugsweise mit der Bodenfläche des Fließkanals in Verbindung.
Die Fließrichtung der Mischflüssigkeit im Kanal 12 ist in der Fig. 2 durch einen Pfeil angezeigt. Der Fluß der Mischflüssigkeit im Kanal 12 wird nicht durch darin untergebrachte Fließ-Ablenkplatten behindert.
Jeder der Endabschnitte 14 kann mit einem oder mehreren Umlenkplattenelementen 32 versehen sein. In der Fig. 2 ist jeder Endabschnitt mit zwei konzentrischen, beabstandeten Umlenkplattenelementen 32 versehen. Wenn mehr als eine Umlenkplatte vorgesehen ist, liegt das Verhältnis der Radien benachbarter Umlenkplattenelemente vorzugsweise im Bereich von 2,5 bis 3,5, am meisten bevorzugt bei etwa 3,0. Das innerste Umlenkplattenelement 32 weist vorzugsweise einen Radius von 3,0 Fuß (0,91 m) bis 5,0 Fuß (1,52 m) auf.
Die Erstreckung des Umlenkplattenelements 32 bis unter den Belüfter 20 verhindert den oben beschriebenen Wirbel im wesentlichen dadurch, daß die Geschwindigkeiten in jedem Umlenkplattenabschnitt bis in den Belüfter gebracht werden.
An einem beispielhaften Oxidationsgraben des in der Fig. 2 gezeigten Typs wurden Tests ausgeführt, die den oben angegebenen Tests ähnlich waren, um die Auswirkungen der Änderung in der Konfiguration der Umlenkplatten und des Weglassens der Fließ-Ablenkplatten festzustellen. Beim ersten Test wies der Oxidationsgraben zwei Belüfter 20, zwei bekannte Umlenkplatten 24 der in der Fig. 1 gezeigten Art und eine Fließ-Ablenkplatte 22 der in der Fig. 1 gezeigten Art auf. Beim zweiten Test wurden die bekannten Umlenkplatten 24 durch erfindungsgemäße Umlenkplatten 32 ersetzt, und die Fließ-Ablenkplatte 22 wurde weggelassen. Die Testergebnisse sind in der Tabelle 2 gezeigt. TABELLE 2 TEST UMLENKPLATTEN TIEFE FLIESS- UND GESCHWINDIGKEIT INNEN GESCHWINDIGKEIT AUSSEN DURCHSCHNITTGESCHW.
Die Tabelle 2 zeigt, daß bei der Ausführung mit dem erfindungsgemäßen System zur Geschwindigkeitssteuerung im Oxidationsgraben die Geschwindigkeit über den Querschnitt gleichmäßiger ist, und daß die Durchschnittsgeschwindigkeit im Fließkanal höher ist. Dadurch wird ein gleichmäßiges Durchmischen der vorhandenen Bakterien im fließenden Mischflüssigkeitsstrom sichergestellt, mit dem Ergebnis einer effektiveren Behandlung, wobei die Ablagerung von Feststoffen auf dem Boden des Fließkanals verhindert wird.
Der in der Fig. 2 gezeigte Oxidationsgraben weist eine gemeinsame Innenwand 18 auf, und es ist ein inneres Umlenkplattenelement 32 vorgesehen. Andere Konfigurationen von Oxidationsgräben weisen eine mittlere Insel auf, die das Erfordernis für das erwähnte innerste Umlenkplattenelement beseitigen kann.
Aus der vorstehenden genauen Beschreibung der Erfindung und aus den dargestellten Ausführungsformen ist ersichtlich, daß zahlreiche Variationen und Modifikationen möglich sind, ohne daß vom Geist und Umfang des neuen Konzepts und den Prinzipien der anhängenden Ansprüche abgewichen wird.

Claims

1. Oxidationsgraben (10) für die biologische aerobe Behandlung von Abwasser, bei der Sauerstoff in einen fließenden Mischflüssigkeitsstrom eingebracht wird, wobei der Oxidationsgraben (10) eine Innenwand und eine Außenwand, die einen im wesentlichen ovalen Fließkanal (12) im wesentlichen mit gekrümmten Endabschnitten (14) und mit sich dazwischen erstreckenden Längsabschnitten (16) bilden, der den Mischflüssigkeitsstrom enthält, und wenigstens eine Bürstenbelüftungseinrichtung (20) aufweist, die sich quer zu einem der Längsabschnitte (16) des Fließkanals (12) in teilweise eingetauchtem Kontakt mit dem Mischflüssigkeitsstrom erstreckt, und wobei der Fließkanal (12) eine Einrichtung zum Steuern der Geschwindigkeit zum Ausbilden einer gleichmäßigeren Querschnittsgeschwindigkeit im Fließkanal (12) enthält; wobei die Einrichtung zum Steuern der Geschwindigkeit ein gekrümmtes Umlenkplattenelement (32) in wenigstens einem der Endabschnitte (14) nach innen zu im Abstand von der Außenwand umfaßt, wobei das Umlenkplattenelement (32) einen ersten Endabschnitt (34, 36), der sich unter die Bürstenbelüftungseinrichtung (20) erstreckt, die quer zum Längsabschnitt (16) in Strömungsrichtung unterhalb des Endabschnittes (14) angebracht ist, und einen zweiten Endabschnitt aufweist, der sich vom ersten Endabschnitt in Strömungsrichtung nach oben erstreckt.

2. Graben nach Anspruch 1, wobei sich der obere Rand (38) eines Teiles des Umlenkplattenelements (32) über die Oberfläche (39) des Mischflüssigkeitsstromes hinaus erstreckt.

3. Graben nach Anspruch 1, wobei der untere Rand (40) des Umlenkplattenelements (32) mit der Bodenfläche des Fließkanals (12) in Verbindung steht.

4. Graben nach Anspruch 1, wobei im Endabschnitt (14) eine Anzahl von Umlenkplattenelementen (32) konzentrisch angeordnet ist.

5. Graben nach Anspruch 4, wobei das Verhältnis der Radien von benachbarten Umlenkplattenelementen (32) im Bereich von 2,5 bis 3,5 liegt.

6. Graben nach Anspruch 4, wobei das Verhältnis der Radien von benachbarten Umlenkplattenelementen (32) bei etwa 3,0 liegt.

7. Graben nach Anspruch 4, wobei das innerste Umlenkplattenelement (32) einen Radius zwischen 91,44 cm und 152,4 cm hat.

8. Graben nach Anspruch 1, wobei der Fluß der Mischflüssigkeit in Strömungsrichtung unterhalb der Belüftungseinrichtung (20) im wesentlichen nicht von Ablenkplatten (32), die im Kanal (12) angeordnet sind, behindert wird.

9. Graben nach Anspruch 1, wobei sich über jeden der Längsabschnitte (16) eine Bürstenbelüftungseinrichtung (20) erstreckt, und wobei an jedem der Endabschnitte (14) ein gekrümmtes Umlenkplattenelement (32) angebracht ist.