WO2001019738A1

WO2001019738A1 - Verfahren und vorrichtung zur belüftung von abwasser, geeignet als belebungsbecken mit ungünstigem fläche/tiefe-verhältnis

Info

Publication number: WO2001019738A1
Application number: PCT/EP2000/008324
Authority: WO
Inventors: Holger Hasselbusch; Friedrich Jost
Original assignee: Messer Griesheim Gmbh
Priority date: 1999-09-16
Filing date: 2000-08-26
Publication date: 2001-03-22
Also published as: DE19944389A1

Abstract

Bei einem bekannten Verfahren zur künstlichen Belüftung von Abwasser in einem Belebungsbecken wird im Bereich einer unteren Begasungszone ein erstes sauerstoffhaltiges Belüftungsgas dem Abwasser zugeführt. Um hiervon ausgehend ein Verfahren zur effektiven Belüftung von Abwasser in einem Belebungsbecken kleiner Querschnittsfläche und grosser Tiefe anzugeben, eine flexible und preiswerte Belüftungsvorrichtung dafür bereitzustellen, sowie ein Belebungsbecken vorzuschlagen, das auch bei kleiner Querschnittsfläche und grosser Tiefe einen ausreichend hohen Sauerstoffeintrag in das zu behandelnde Abwasser erlaubt, wird hinsichtlich des Verfahrens erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass dem Abwasser (4) in einer oberen Begasungszone (B2) ein zweites sauerstoffhaltiges Belüftungsgas zugeführt wird. Die erfindungsgemässe Belüftungseinrichtung zeichnet sich durch eine untere Begasungseinheit (10) und mindestens eine obere Begasungseinheit (11) aus. Hinsichtlich des Belebungsbecken wird die angegebene, technische Aufgabe dadurch gelöst, dass eine untere Begasungszone (B1) mit einer unteren Begasungseinheit und oberhalb davon eine obere Begasungszone (B2) mit einer oberen Begasungseinheit (11) vorgesehen ist.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR BELÜFTUNG VON ABWASSER. GEEIGNET ALS BELEBUNGSBECKEN MIT UNGÜNSTIGEM FLÄCHE TIEFE- VERHÄLTNIS

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur künstlichen Belüftung von Abwasser in einem Belebungsbecken, indem unterhalb des Abwasserspiegeis im Bereich einer unteren Begasungszone ein erstes sauerstoffhaltiges Belüftungsgas dem Abwassser zugeführt wird.

10

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Belüftungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer unteren Begasungseinheit für die Zufuhr eines ersten sauerstoffhaltigen Belüftungsgases zu einem Abwasser.

15 Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Belebungsbecken für die Aufnahme von Abwasser, mit einer unteren Begasungszone, in der zur künstlichen Belüftung des Abwassers eine untere Begasungseinheit für die Zufuhr eines ersten sauerstoffhaltigen Belüftungsgases vorgesehen ist.

20 Schadstoffe in kommunalen und industriellen Abwässern werden mit Hilfe von

Sauerstoff abgebaut. Die Abwasserbehandlung unter Einsatz von Sauerstoff erfolgt dabei sowohl in biochemischen als auch in direkten chemischen Oxidationsprozessen.

25 Bei der Erfindung geht es um die biochemische Reinigung von Abwässern durch aerobe (sauerstoffatmende) Mikroorganismen. Dabei werden im Abwasser suspendierte Stoffe und kolloidal sowie echt gelöste organische und anorganische Substanzen hauptsächlich durch mikrobielle Stoffwechselprozesse eliminiert oder in unschädliche Verbindungen umgewandelt. Für diese biologischen Abbauprozesse

30 wird Sauerstoff benötigt, der den Mikroorganismen künstlich zugeführt werden muß.

Die Abwasserbehandlung durch aerobe Mikroorganismen erfolgt in verschiedenartigen Becken, die im folgenden insgesamt als „Belebungsbecken" bezeichnet werden. Für die Belüftung der Belebungsbecken werden vorallem Druck- und Oberflächenbelüfter eingesetzt. Bei den Oberflächenbelüftern wird in der Höhe des Abwasserspiegeis Wasser aufgewirbelt, wodurch Luft mitgerissen und Sauerstoff vom Wasser aufgenommen wird. Bei der Druckbelüftung wird Luft meist in der Nähe des Beckenbodens durch poröses Material feinblasig, durch gelochte Rohre mittel- oder grobblasig oder durch offene Rohre grobblasig eingeblasen. Bei grobblasiger Belüftung werden die Luftblasen unter Umständen zusätzlich durch Rührer oder statische Mischer zerkleinert. Für eine besonders intensive Sauerstoff-Begasung und eine feine Verteilung des Sauerstoffs im Belebtschlamm, werden auch sogenannte Injektoren eingesetzt. Über eine Vielzahl derartiger, über den Boden des

Belebungsbeckens gleichmäßig verteilter Injektoren wird dabei Sauerstoff vom Boden aus in das Abwasser eingedüst. Durch hohe Sauerstoffkonzentrationen werden für den Ablauf der biologischen Reinigung besonders günstige Absetz-Eigenschaften des Belebtschlamms, hohe Abbau-Aktivitäten (kurze Reaktionszeiten), geringe Mengen an Überschuß-Schlamm und eine Verringerung der Geruchsbelästigung durch geringe Abluft-Mengen erreicht.

In kommunal oder industriell genutzten Kläranlagen sind häufig Becken mit hoher Tiefe aber geringer Querschnittsfläche vorhanden. Diese weisen im Hinblick auf die Sauerstoffversorgung der darin enthaltenen Mirkroorganismen ein ungünstiges

Fläche/Tiefe-Verhältnis auf. Insbesondere ist die Tiefe derartiger Belebungsbecken für eine ausreichende Belüftung mit konventionellen Oberflächenbelüftern zu groß und deren Querschnittsfläche für eine konventionelle Belüftung mit Druckluft zu gering. Um auch diese Becken für aerobe Abbauprozesse nutzbar zu machen, ist eine ausreichende Sauerstoffversorgung erforderlich, die durch die konventionellen Belüftungssysteme und -verfahren nur durch großen apparativen und zeitlichen Aufwand erreicht werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur effektiven Belüftung von Abwasser in einem Belebunsgbecken, insbesondere mit kleiner Querschnittsfläche und großer Tiefe, anzugeben, eine flexible und preiswerte Belüftungsvorrichtung dafür bereitzustellen, sowie ein Belebungsbecken vorzuschlagen, das auch bei kleiner Querschnittsfläche und großer Tiefe einen ausreichend hohen Sauerstoffeintrag in das zu behandelnde Abwasser erlaubt.

Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Abwasser in einer oberhalb der unteren Begasungszone verlaufenden oberen Begasungszone ein zweites sauerstoffhaltiges Belüftungsgas zugeführt wird.

Dem Abwasser wird erfindungsgemäß ein Belüftungsgas in mindestens zwei übereinander angeordneten Begasungszonen zugeführt. Die Begasungszonen sind somit- unterhalb des Abwasserspiegeis und beabstandet voneinander - über die Füllhöhe des Abwassers verteilt. Die Begasungszonen erstrecken sich jeweils über den gesamten Querschnitt oder über einen Teil des Querschnitts des Belebungsbeckens. Unter dem „Querschnitt des Belebungsbeckens" wird der Becken- Querschnitt senkrecht zur Vertikalen verstanden. Für die Zufuhr des Belüftungsgases ist jeweils mindestens ein Belüftungsaggregat vorgesehen, das in der jeweiligen Begasungszone eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, durch die Belüftungsgas in das Abwasser einströmt. Diese Öffnungen können in der jeweiligen Begasungszone beispielsweise reihenweise oder flächig verteilt angeordnet sein. Als sauerstoffhaltiges Belüftungsgas werden Sauerstoff, Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft eingesetzt. Das erste Belüftungsgas und das zweite Belüftungsgas können die gleiche chemische Zusammensetzung haben, sie können sich aber auch unterscheiden.

Die Belüftung des Abwasser durch mindestens zwei übereinander verlaufende Begasungszonen vereinfacht die Einhaltung einer möglichst gleichmäßigen und hohen Sauerstoffkonzentration über der Füllhöhe des Belebungsbeckens. Dies ist insbesondere bei tiefen Belebungsbecken von Vorteil. Darüberhinaus wird durch die örtliche Verteilung der mindestens zwei Begasunsgzonen innerhalb des Belebungsbeckens eine flexible Anpassung des Sauerstoffeintrages an den Bedarf ermöglicht. Hierzu können Anzahl, Größe und Lage der jeweiligen Begasungszonen und ihre Kapazität für den Eintrag des jeweiligen Belüftungsgases und sowie die Art des Belüftungsgases - auch unabhängig voneinander - eingestellt werden. Beispielsweise ist es möglich, über den Sauerstoff-Eintrag einer der Begasungszonen den Grundbedarf an Sauerstoff, und über die andere Begasungszone gegebenenfalls einen Restbedarf abzudecken.

Besonders bewährt hat sich eine Verfahrensweise, bei der die untere Begasungszone im Bodenbereich des Belebungsbeckens und die obere Begasungszone auf etwa halber Füllhöhe vorgesehen ist. Das von der unteren Begasungszone in das Abwasser eingetragene Belüftungsgas steigt in Form von Blasen durch das Abwasser nach oben. Dabei wird allmählich Sauerstoff im Abwasser gelöst und von Mikroorganismen verbraucht. Die Sauerstoffkonzentration im Abwasser nimmt daher vom Boden nach oben hin ab. Durch die obere Begasungszone kann diese Sauerstoff-Abnahme entgegengewirkt werden. Dadurch wird im Abwasser nicht nur die Aufrechterhaltung eines Grundbedarfes an Sauerstoff mit einer über der gesamten Füllhöhe ausreichend hohen Sauerstoffkonzentration erleichtert, sondern es ist auch möglich, andere vorteilhafte Sauerstoff-Verteilungsprofile über die Füllhöhe einzustellen.

Vorzugsweise ist die obere Begasungszone seitlich versetzt zur unteren Begasungszone vorgesehen. Die Fläche beider Begasungszonen ist in dem Fall kleiner als die Querschnittsfläche des Belebungsbeckens. Die Vertikal-Projektion der beiden Begasungszone aufeinander ergibt entweder keine gemeinsame Schnittfläche oder eine gemeinsame Schnittfläche mit einer Größe, die kleiner ist als die Querschnittsfläche des Belebungsbeckens. Bei einer Überlappung der Begasungszonen kann es unter gewissen Umständen zu einer unnötigen Überversorgung mit Sauerstoff oder zu anderen Beeinträchtigungen kommen, die durch diese Verfahrensweise vermieden werden können. Um eine homogene Begasung des Belebungsbeckens zu gewährleisten, sollten die Begasungszonen jedoch zusammen in etwa den gesamten Querschnitt im Belebungsbecken abdecken.

Als günstig hat es sich erwiesen, die Sauerstoffkonzentration im Abwasser zu messen und die Zufuhr des ersten und des zweiten Belüftungsgases jeweils in Abhängigkeit von der gemessenen Sauerstoffkonzentration zu dosieren. Die Messung und die geregelte Zufuhr der Belüftungsgase ermöglicht die Einhaltung einer vorgegebenen Sauerstoffkonzentration im Abwasser. Beispielsweise kann das zweite Belüftungsgas zugeschaltet werden, wenn eine erhöhte Schmutzfracht zu bewältigen ist oder die Sauerstoffkonzentration einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet. Die Messung der Sauerstoffkonzentration kann an mehreren, unterschiedlichen Orten innerhalb des Abwassers erfolgen.

Vorteilhafterweise wird dabei die Zufuhr des ersten Belüftungsgases mittels einer ersten Regeleinheit und die Zufuhr des zweiten Belüftungsgases mittels einer zweiten Regeleinheit dosiert, wobei die erste und die zweite Regelung miteinander verbunden sind. Die getrennten Regeleinheiten erlauben eine voneinander unabhängige Dosierung des ersten und des zweiten Belüftungsgases. Gleichzeitig ermöglicht die Verbindung der beiden Regeleinheiten aber auch eine Betriebsweise, bei der die Zufuhr des einen oder des andern Belüftungsgases- beispielsweise zeitlich - aufeinander abgestimmt wird.

Eine besonders einfache Verfahrensweise ergibt sich, wenn das erste Belüftungsgas und das zweite Belüftungsgas die gleiche chemische Zusammensetzung aufweisen.

Hinsichtlich der Belüftungseinrichtung wird die oben angegebene Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens eine obere, oberhalb der unteren Begasungseinheit anzuordnende Begasungseinheit für die Zufuhr eines zweiten sauerstoffhaltigen Belüftungsgases zum Abwasser vorgesehen ist.

Die erfindungsgemäße Belüftungseinrichtung zeichnet sich durch mindestens zwei Begasungseinheiten aus, die der Zufuhr von Belüftungsgas in voneinander getrennten Begasungszonen eines Belebungsbeckens dienen. Die Anordnung und Wirkungsweise der Begasunsgzonen ist oben anhand der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert.

Jede der Begasungseinheiten ist mit mindestens einem Gaseinlaß und einer Vielzahl von Gasauslaß-Öffnungen versehen, durch die Belüftungsgas in das Abwasser einströmen kann. Die Gasauslaß-Öffnungen können beispielsweise reihenweise zueinander angeordnet oder flächig verteilt sein.

Die erfindungsgemäße Belüftungseinrichtung erlaubt eine getrennte und voneinander unabhängige Anordnung der Begasunseinheiten innerhalb eines Belebungsbeckens und damit eine flexible Anpassung der Belüftungseinrichtung an die Abmessungen des Belebungsbeckens, als auch eine Optimierung des Sauerstoffeintrages in das zu reinigende Abwasser. Daher ist die Belüftungseinrichtung insbesondere für die Belüftung von Belebungsbecken mit großer Tiefe oder mit ungünstigem Verhältnis von Tiefe zu Querschnittsfläche besonders geeignet.

Vorteiihafterweise weist die untere Begasungseinheit eine erste Regeleinheit und die obere Begasungseinheit eine zweite Regeleinheit für die dosierte Zufuhr des jeweiligen Belüftungsgases auf. Dadurch ist es möglich, die Zufuhr des ersten und des zweiten Belüftungsgases unabhängig voneinander - aber zum Beispiel in

Abhängigkeit von einer gemessenen Sauerstoff- oder Stickstoffkonzentration oder der Schadstofffracht - zu dosieren. Beispielsweise kann das zweite Belüftungsgas zugeschaltet werden, wenn die Sauerstoffkonzentration im zu reinigenden Abwasser einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet.

Besonders bewährt hat sich dabei eine Ausführungsform der Belüftungseinrichtung , bei der die erste und die zweite Regeleinheit mittels einer Regeleinrichtung miteinander verbunden sind. Mittels der Regeleinrichtung können die Betriebsweisen der Regeleinheiten einander angepaßt werden. Beispielsweise können die Regeleinheiten intermittierend betrieben werden, was sich zur Beseitigung von Stickstoff aus dem Abwasser als günstig erwiesen hat.

Bespnders einfach gestaltet sich eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Belüftungseinrichtung, bei der die untere und die obere Begasungseinrichtung jeweils einen perforierten Schlauch umfassen. Die Perforationen dienen dabei als

Gasauslaß-Öffnungen. Durch eine flächige Anordnung der Gasauslaß-Öffnungen kann - über den Querschnitt des Belebungsbeckens gesehen - eine möglichst großflächige, homogene Belüftung des Abwassers erreicht werden. Diese wird vorteilhaft dadurch erhalten, daß die untere oder die obere Begasungseinheit in Form einer Begasungsmatte ausgebildet sind. Hierzu können mehrere perforierte Schläuche zu einer Einheit zusammengefaßt werden. In einer alternativen und gleichermaßen bevorzugten Ausführungsform der Belüftungseinrichtung sind die Begasungseinheiten jeweils aus perforierten Schläuchen, die jeweils zu einer Begasungsmatte zusammengefaßt sind, gebildet.

Hinsichtlich des Belebungsbecken wird die oben angegebene Aufgabe ausgehend von einem Belebungsbecken mit den eingangs genannten Merkmalen, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß oberhalb der unteren Begasungszone eine obere Begasungszone vorgesehen ist, in der eine obere Begasungseinheit für die Zufuhr eines zweiten sauerstoffhaltigen Belüftungsgases zum Abwasser angeordnet ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Belebungsbecken sind mindestens zwei vertikal voneinander beabstandete, übereinander angeordnete Begasungszonen vorgesehen, in denen dem zu reinigenden Abwasser jeweils sauerstoffhaltiges Belüftungsgas zugeführt werden kann. Hierzu ist in jeder der Begasungszonen jeweils mindestens eine Begasungseinheit angeordnet. Die Begasungseinheit ist innerhalb der jeweiligen Begasungszone linear oder flächig ausgebildet. Die

Begasungseinheiten erstrecken sich dabei über den gesamten Querschnitt, mindestens aber über einen Teil des Querschnitts des Belebungsbeckens. Für die Zufuhr des Belüftungsgases ist jede Begasungseinheit mit einer Vielzahl von Gasauslaß-Öffnungen aufweist, durch die Belüftungsgas in das Abwasser einströmen kann. Diese Öffnungen können beispielsweise reihenweise zueinander angeordnet oder in einer gemeinsamen Ebene flächig verteilt sein.

Die Belüftung des Abwasser durch mindestens zwei übereinander verlaufende Begasungseinheiten vereinfacht die Einhaltung einer möglichst gleichmäßigen und hohen Sauerstoffkonzentration über der Füllhöhe des Belebungsbeckens. Dies ist insbesondere bei tiefen Belebungsbecken von Vorteil. Darüberhinaus wird durch die örtliche Verteilung der Begasungseinheiten innerhalb des Belebungsbeckens eine flexible Anpassung des Sauerstoffeintrages an den Bedarf ermöglicht. Hierzu können Anzahl, Größe und Lage der jeweiligen Begasungseinheiten und ihre Kapazität für den Eintrag des jeweiligen Belüftungsgases und sowie die Art des Belüftungsgases - auch unabhängig voneinander - eingestellt werden.

Besonders bewährt hat sich eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Belebungsbeckens, bei der die untere Begasungseinheit im Bodenbereich des Belebungsbeckens und die obere Begasungseinheit auf etwa halber Füllhöhe des Abwassers vorgesehen ist. Das von der unteren Begasungseinheit in das Abwasser eingetragene Belüftungsgas steigt in Form von Blasen durch das Abwasser nach oben. Dabei wird allmählich Sauerstoff im Abwasser gelöst und von Mikroorganismen verbraucht. Die Sauerstoffkonzentration im Abwasser nimmt daher vom Boden nach oben hin ab. Durch die zusätzliche Belüftung des Abwassers mittels der oberen Begasungseinheit kann der Sauerstoffverarmung entgegengewirkt werden. Dadurch wird nicht nur die Aufrechterhaltung eines Grundbedarfes an Sauerstoff mit einer über der gesamten Füllhöhe etwa gleichen Sauerstoffkonzentration im Abwasser erleichtert, sondern es ist auch möglich, andere vorteilhafte Sauerstoffkonzentrations-Verteilungen über die Füllhöhe einzustellen.

Vorteilhafterweise ist die obere Begasungseinheit seitlich versetzt zur unteren Begasungseinheit angeordnet. Die Querschnittsfläche beider Begasungseinheiten ist in dem Fall kleiner als die Querschnittsfläche des Belebungsbeckens. Die Vertikal- Projektion der beiden Begasungseinheiten aufeinander ergibt entweder keine gemeinsame Schnittfläche oder eine gemeinsame Schnittfläche mit einer Größe, die kleiner ist als die Querschnittsfläche des Belebungsbeckens. Bei einer Überlappung der Begasungseinheiten kann es unter gewissen Umständen zu einer unnötigen

Überversorgung mit Sauerstoff oder zu anderen Beeinträchtigungen kommen, die bei dieser Ausführungsform des Belebungsbeckens vermieden werden können. Um eine homogene Begasung über die gesamte Querschnittsfläche zu gewährleisten, sollten die Begasungseinheiten zusammen in etwa den gesamten Querschnitt im Belebungsbecken abdecken.

Als günstig hat es sich erwiesen, eine Meßeinrichtung für die Messung der Sauerstoffkonzentration im Abwasser vorzusehen, wobei die untere Begasungseinheit mit einer ersten Regeleinheit und die obere Begasungseinheit mit einer zweiten Regeleinheit für die Dosierung der Zufuhr des jeweiligen Belüftungsgases in Abhängigkeit von der gemessenen Sauerstoffkonzentration versehen sind. Die Regeleinheiten können anhand einer gemeinsamen Meßeinrichtungen für die Messung der Sauerstoffkonzentration regeln, es kann aber auch jeder Regeleinheit eine eigene Meßeinrichtungen zugeordnet sein.

Die Messung und die für jede der Begasungseinheiten unabhängig voneinander regelbare Zufuhr der jeweiligen Belüftungsgase erleichtert die Einhaltung einer vorgegebenen Sauerstoffkonzentration oder eines Konzentrationsverlaufes über die Füllhöhe des Abwassers gesehen.

Eine weitere Verbesserung ergibt sich, wenn die erste und die zweite Regeleinheit über eine Regeleinrichtung miteinander verbunden sind. Die getrennten Regeleinheiten erlauben eine voneinander unabhängige Dosierung des ersten und des zweiten Belüftungsgases. Gleichzeitig ermöglicht die gemeinsame Regeleinrichtung aber auch eine Betriebsweise, bei der das jeweilige Belüftungsgas unter - beispielsweise zeitlicher - Abstimmung der Begasungseinheiten dem Abwasser zudosiert wird.

Besonders einfach gestaltet sich ein Belebungsbecken, bei dem mindestens eine der Begasungseinheiten in Form einer Begasungsmatte ausgebildet ist. Die mindestens eine Begasungsmatte kann aus einem oder mehreren perforierten Schläuchen ausgebildet sein. Sie kann sich dabei über die gesamte Querschnittsfläche des Belebungsbeckens oder einen Teil davon erstrecken. Im Fall, daß obere und untere Begasungseinheit in Form von Begasungsmatten ausgebildet sind, ist die eine davon in der unteren, die andere in der oberen Begasungszone angeordnet. Die als Gasauslaß-Öffnungen für das Belüftungsgas dienenden Perforationen verlaufen dabei jeweils im wesentlichen in einer gemeinsamen horizontalen Ebene.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen im einzelnen Figur 1 in schematischer Darstellung eine Ausführungsform eines

Belebungsbeckens mit einer Belüftungseinrichtung gemäß der Erfindung, und

Figur 2 ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Belüftungsverfahren anhand eines Meß- und Regelschemas.

Das in Figur 1 dargestellte Belebungsbecken 1 weist in Richtung seiner Mittelachse 2 gesehen einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Innendurchmesser von 8 m auf, wobei die Höhe ca. 13 m beträgt. Über ein Zufuhrrohr 3 wird das zu behandelnde Abwasser 4 in das Belebungsbecken 1 kontinuierlich eingeleitet und über ein im Bereich des Becken-Bodens 5 mündendes Abfuhrrohr 6 wieder abgeführt. Die Füllhöhe für das zu reinigende Abwasser 4 liegt im Bereich des oberen Drittels des Belebungsbeckens 1.

Das Belebungsbecken 1 zeichnet sich durch eine besondere Belüftungseinrichtung für das Abwasser 4 aus. Diese umfaßt einen Sauerstofftank 7, einen Verdampfer 8, eine Meß- und Regeleinrichtung 9 sowie eine untere Begasungsmatte 10 und eine obere Begasungsmatte 11. Vom Sauerstofftank 7 führt eine Entnahmeleitung 12 zum Verdampfer 8 und von dort eine Druckleitung 13 zur Regeleinrichtung 9. Die Regeleinrichtung 9 enthält eine erste Regeleinheit 14, die die Sauerstoffzufuhr zur unteren Begasungsmatte 10 regelt und eine zweite Regeleinheit 15 für die Regelung der Sauerstoffzufuhr zur oberen Begasungsmatte 11. Weiterhin ist die Regeleinrichtung 9 mit einer in das Abwasser 4 eintauchenden Sauerstoffmeß-Sonde 16 verbunden. Von der Regeleinrichtung 9 führt eine erste Sauerstoffleitung 17 zu der unteren Begasungsmatte 10 und eine zweite Sauerstoffleitung 18 zu der oberen Begasungsmatte 11. Die Richtungspfeile 19, 20 deuten die Strömungsrichtung für den Sauerstoff an.

Die untere Begasungsmatte 10 ist am Boden 5 des Belebungsbeckens 1 fixiert. Die obere Begasungsmatte 11 ruht auf einem Gestell 21 in einer Höhe, die etwa der halben Füllhöhe des Abwassers 4 entspricht. Beide Begasungsmatten 10, 11 sind baugleich aus einer Vielzahl spezieller (in Figur 1 nicht dargestellter) Schlauchströmer ausgebildet, die jeweils in einem metallischen Rahmen 22, 23 gehalten werden und die jeweils mit einer Sauerstoff leitung 17 bzw. 18 verbunden sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in Figur 1 nur die jeweiligen Rahmen 22, 23 der Begasungsmatten 10 bz. 11 angedeutet. Im Ausführungsbeispiel sind beide Rahmen 22, 23 mit einer Länge von 6 m und einer Breite von 1 m an den Innendurchmesser der Belebungsbeckens 1 angepaßt. Die Begasungsmatten 10,11 haben die dementsprechende Geometrie.

Die Begasungsmatten 10,11 sind innerhalb des Belebungsbeckens 1 so übereinander angeordnet, daß ihre jeweiligen flachen Ober- und Unterseiten senkrecht zur Mittelachse 2 verlaufen.

Bei den Schlauchströmern handelt es sich um dickwandige Schläuche mit vielen sehr feinen Poren, die sich bei erhöhtem Innendruck öffnen und aus denen dann sauerstoffhaltiges Gas in Form fein verteilter Blasen 24 in das Abwasser 4 austritt. Da sich die feinen Poren der Schlauchströmer erst unter einem erhöhten Druck öffnen, wirken sie ähnlich wie Rückschlagventile. Sie lassen kein Abwasser eindringen und sind somit verstopfungssicher. Die Schlauchströmer sind über die jeweiligen Rahmen 22 bzw. 23 weitflächig und gleichmäßig verlegt.

Zur Belüftung des Abwassers 4 wird aus dem Sauerstofftank 7 gekühlter, reiner

Sauerstoff entnommen, im Verdampfer 8 auf Umgebungstemperatur erwärmt und der Regeleinrichtung 9 zugeführt. Gleichzeitig wird der Sauerstoffgehalt des Abwassers 4 im oberen Bereich des Belebungsbeckens 1 mittels der Sauerstoffmeß-Sonde 16 laufend gemessen, und die Meßwerte zur Regeleinrichtung 9 übermittelt und ausgewertet. Dabei wird der gemessene Sauerstoffgehalt mit einem vorgegebenen Sollwert von 1 ,5 mg/l für den Sauerstoff-Grundgehalt des Abwassers 4 verglichen. In Abhängigkeit davon wird die Sauerstoffzufuhr zu der unteren Begasungsmatte 10 mittels der Regeleinheit 24 so eingestellt, daß der Sauerstoff-Grundgehalt im Abwasser 4 stets gedeckt ist. Die untere Begasungsmatte 10 definiert somit eine flächig ausgebildete, untere Begasunsgzone „B1" im Bodenbereich des

Belebungsbeckens 1. Bei großer Abwasserfracht oder erhöhter Schadstoff-Zufuhr kann es erforderlich sein, den Sauerstoffgehalt über den Grundgehalt hinaus zu erhöhen. In diesen Fällen erfolgt - geregelt durch die Regeleinheit 15 - ein zusätzlicher Eintrag von Sauerstoff in das Abwasser 4 durch die obere Begasungsmatte 11. Diese definiert somit eine weitere, obere Begasunsgzone „B2", die in einer horizontalen Ebene auf etwa halber Füllhöhe des Belebungsbeckens 1 ausgebildet ist. Bedingt durch einen hohen Sauerstoffverbrauch oder eine große Füllhöhe des Belebungsbeckens 1 kann es auch vorkommen, daß der

Sauerstoffeintrag in der unteren Begasungsebene „B1" nicht ausreicht, um den vorgegebenen Grundgehalt zu erreichen. Auch in diesen Fällen kann in der oberen Begasungsebene „B2" zusätzlicher Sauerstoff zugeführt werden. Die Regeleinrichtung 9 ist zu diesem Zweck mit einer prozessorgesteuerten Auswerteeinheit ausgestattet, mit der die Regeleinheiten 14, 15 verbunden sind.

Die erfindungsgemäße Belüftungseinrichtung erlaubt eine getrennte und voneinander unabhängige Anordnung der Begasungsmatten 10, 11 innerhalb des Belebungsbeckens 1. insbesondere kann der Abstand der Begasungsmatten 10,11 voneinander und die Höhe der oberen Begasungsmatte 11 über dem Boden 5 einfach verändert werden. Darüberhinaus sind die Begasungsmatten 10, 11 an die Innenabmessungen des Belebungsbeckens 1 leicht anpassbar, so daß insgesamt eine flexible Anpassung der Belüftungseinrichtung an die Abmessungen des Belebungsbeckens, als auch eine Optimierung des Sauerstoffeintrages in das zu reinigende Abwasser ermöglicht wird. Die Belüftung in zwei übereinander verlaufenden horizontalen Ebenen B1 und B2 gewährleistet insbesondere auch bei tiefen Belebungsbecken einen ausreichenden Sauerstoffgehalt über die gesamte Füllhöhe.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Belüftungsverfahren anhand eines Ausführungsbeispiels und einem Meß- und Regelschema gemäß Figur 2 näher erläutert. Die in Figur 2 genannten Bezugsziffern beziehen sich auf die Bauteile der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung.

In der Regeleinrichtung 9 werden Werte für den Sollwert der Sauerstoff-Konzentration im Abwasser (als „O₂-Sollwert" bezeichnet) und für eine sogenannte „maximale Schlauchbelastung" vorgegeben und gespeichert. Die „Schlauchbelastung" bezeichnet im allgemeinen ein Maß für den Gasdurchsatz durch einen Schlauchströmer. Je nach Gasdurchsatz ergeben sich unterschiedliche Blasenbilder durch den Gaseintrag in das Abwasser. Beispielsweise führt ein grobblasiger Eintrag, wie er bei hohen Gasdurchsätzen auftritt im allgemeinen zu einer schlechteren Gasausnutzung als ein feinblasiger Eintrag. Als „maximale Schlauchbelastung" wird hier der empirisch ermittelte Wert für den Sauerstoffdurchsatz über die Begasungsmatte 12 bezeichnet, der zu einem optimalen Sauerstoffeintrag führt. Unter einem optimalen Sauerstoffeintrag wird in diesem Ausführungsbeispiel derjenige Eintrag über die Begasungsmatte 12 verstanden, der im Bereich der oberen Begasungszone B2 gerade bis zum O₂-Sollwert aufgebraucht ist.

Wie aus dem in Figur 2 dargestellten Meß- und Regelschema ersichtlich, wird mittels der Sauerstoff-Meßsonde 16 der Sauerstoffgehalt des Abwassers 4 (im folgenden als „O₂-lstwert" bezeichnet) gemessen. Der 0₂-lstwert wird der Regeleinrichtung 9 zugeführt und mittels eines Prozessors mit dem voreingestellten O₂-Sollwert verglichen. Im Falle einer Differenz (ΔO₂) zwischen O₂-lstwert und O₂-Sollwert von

Null (=0) ist eine weitergehende Regelung des Sauerstoffeintrages nicht erforderlich.

Andernfalls (# 0) werden die Regeleinheiten 14 und/oder 15 von der Regeleinrichtung 9 aktiviert. Welche der beiden Regeleinheiten 14, 15 aktiviert wird, hängt unter anderem von der aktuellen Schlauchbelastung der unteren Begasungsmatte 10 ab.

Der Istwert der Schiauchbelastung wird in der Regeleinrichtung 9 laufend aktualisiert.

Dies wird in Figur 2 durch den von der Regeleinheit 14 zur Regeleinrichtung 9 weisenden Pfeil symbolisiert.

Die Regeleinheit 14 wird dann aktiviert, wenn ein erhöhter Sauerstoffbedarf besteht und wenn die Differenz (ΔSB) zwischen „maximaler Schlauchbelastung" und aktuellem Istwert größer als Null (<0) ist. In diesem Fall wird die Sauerstoffzufuhr über die Begasungsmatte 10 mittels der Regeleinheit 14 entsprechend erhöht. Gleichzeitig wird der Istwert der Schlauchbelastung in der Regeleinrichtung 9 aktualisiert.

Die Regeleinheit 15 wird aktiviert, wenn ein erhöhter Sauerstoffbedarf besteht und wenn die untere Begasungsmatte 10 mit „maximaler Schlauchbelastung" gefahren wird. In dem Fall ist die Differenz (ΔSB) zwischen „maximaler Schlauchbelastung" und aktuellem Istwert gleich Null (=0). Die Sauerstoffzufuhr über die obere Begasungsmatte 11 wird dann zusätzlich eingeschaltet oder mittels der Regeleinheit 15 entsprechend erhöht.

Für den Fall eines verringerten Sauerstoffbedarfes wird zunächst die Sauerstoffzufuhr über die obere Begasungsmatte 11 zurückgenommen, bevor die (optimale) „maximale Schlauchbelastung" der unteren Begasungsmatte 10 geändert wird.

Bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel wird der Sauerstoffgehalt lediglich im oberen Bereich des Abwassers 4 gemessen. In einer alternativen Verfahrensweise wird der Sauerstoffgehalt des Abwassers 4 zusätzlich auf etwa halber Füllhöhe (jedoch unterhalb der Begasungsebene B2) gemessen. Der Sauerstoffeintrag über die untere Begasungsmatte 10 wird dabei in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt auf halber Füllhöhe geregelt, und unabhängig davon, der Sauerstoffeintrag über die obere Begasungsmatte 11 in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt im oberen Bereich des Abwassers 4.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur künstlichen Belüftung von Abwasser in einem Belebungsbecken, indem unterhalb des Abwasserspiegeis im Bereich einer unteren Begasungszone ein erstes sauerstoffhaltiges Belüftungsgas dem Abwassser zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abwasser (4) in einer oberhalb der unteren Begasungszone (B1) verlaufenden oberen Begasungszone (B2) ein zweites sauerstoffhaltiges Belüftungsgas zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die untere Begasungszone (B1) im Bodenbereich (5) des Belebungsbeckens (1) und die obere Begasungszone (B2) auf etwa halber Füllhöhe vorgesehen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Begasungszone seitlich versetzt zur oberen Begasungszone vorgesehen ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffkonzentration im Abwasser (4) gemessen wird, und daß die Zufuhr des ersten und des zweiten Belüftungsgases jeweils in Abhängigkeit von der gemessenen Sauerstoffkonzentration dosiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des ersten Belüftungsgases mittels einer ersten Regeleinheit (14) und die Zufuhr des zweiten Belüftungsgases mittels einer zweiten Regeleinheit (15) dosiert wird, wobei die erste und die zweite Regelung miteinander verbunden sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Belüftungsgas und das zweite Belüftungsgas die gleiche chemische Zusammensetzung aufweisen.

7. Belüftungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer unteren Begasungseinheit für die Zufuhr eines ersten sauerstoffhaltigen Belüftungsgases zu einem Abwasser, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine obere, oberhalb der unteren Begasungseinheit (10) anzuordnende Begasungseinheit (11) für die Zufuhr eines zweiten sauerstoffhaltigen Belüftungsgases zum Abwasser vorgesehen ist.

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8. Belüftungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Begasungseinheit (10) eine erste Regeleinheit (14) und daß die obere Begasungseinheit (11) eine zweite Regeleinheit (15) für die dosierte Zufuhr des jeweiligen Belüftungsgases aufweisen.

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9. Belüftungseinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Regeleinheit (10; 11) mittels einer Regeleinrichtung (9) miteinander verbunden sind.

15 10. Belüftungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die untere und die obere Begasungseinheit (11) jeweils mindestens einen perforierten Schlauch umfassen.

11. Belüftungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, 20 daß mindestens einer der Begasungseinheiten in Form einer Begasungsmatte (10; 11) ausgebildet ist.

12. Belebungsbecken für die Aufnahme von Abwasser, mit einer unteren

Begasungszone, in der zur künstlichen Belüftung des Abwassers eine untere 25 Begasungseinheit für die Zufuhr eines ersten sauerstoffhaltigen Belüftungsgases vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der unteren Begasungszone (B1) eine obere Begasungszone (B2) vorgesehen ist, in der eine obere Begasungseinheit (11) für die Zufuhr eines zweiten sauerstoffhaltigen Belüftungsgases zum Abwasser (4) angeordnet ist.

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13. Belebungsbecken nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Begasungseinheit (10) im Bodenbereich (5) des Belebungsbeckens (19 und die obere Begasungseinheit (11) auf etwa halber Füllhöhe des Abwassers (4) vorgesehen ist.

14. Belebungsbecken nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Begasungseinheit seitlich versetzt zur unteren Begasungseinheit angeordnet ist.

15. Belebungsbecken nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßeinrichtung (16) für die Messung der Sauerstoffkonzentration im Abwasser (4) vorgesehen ist, und daß die untere Begasungseinheit (10) mit einer ersten Regeleinheit (14) und die obere Begasungseinheit (11) mit einer zweiten Regeleinheit (15) für die Dosierung der Zufuhr des jeweiligen Belüftungsgases in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration versehen sind.

16. Belebungsbecken nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Regeleinheit (14; 15) mittels einer Regeleinrichtung (9) verbunden sind.

17. Belebungsbecken nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Begasungseinheiten in Form einer Begasungsmatte (10; 11) ausgebildet ist.