AT509427B1 - Verfahren und einrichtung zur biologischen abwasserreinigung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die biologische Reinigung von Abwasser mit Hilfe von Belebtschlamm, bei dem das Abwasser zunächst in ein belüftbares Belebungsbecken (B-Becken) und anschließend abwechselnd in eines von zwei mit dem B-Becken hydraulisch ständig verbundenen Sedimentations- und Umwälzbecken (SU-Becken) eingeleitet wird, in denen eine Trennung von Belebtschlamm und Klarwasser durch Sedimentation erfolgt (V Phase) und danach Belebtschlamm in das B-Becken zurückgeführt wird (S-Phase), anschließend der Inhalt des SU-Beckens vermischt wird (U-Phase) und schließlich das Klarwasser abgezogen wird (A-Phase). Die Zyklen in den SU-Becken sind phasenverschoben und die A-Phasen grenzen aneinander, sodass nur in den A-Phasen die SU-Becken durchströmt werden, ein annähernd konstanter Wasserspiegel vorhanden ist und somit ein dem Kläranlagenzulauf entsprechender Kläranlagenablauf entsteht (Durchlaufprinzip). Damit der vom SU-Becken ins B-Becken rückgeführte eingedickte Schlamm nicht wieder ins SU-Becken rückfließt (S-Phase), werden im B-Becken zwei Belüftungsfelder vorgesehen, wobei in den S-Phasen nur jenes Belüfterfeld betrieben wird, das an das SU-Becken angrenzt, in dem die S-Phase läuft.

Description

Beschreibung

VERFAHREN UND EINRICHTUNG ZUR BIOLOGISCHEN ABWASSERREINIGUNG

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung der biologischen Reinigung von kommunalem oder ähnlichem Abwasser mit Hilfe von Belebtschlamm, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

[0002] Aus dem Europäischen Patent EP 0 851 844 ist ein Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser mit Hilfe von Belebtschlamm bekannt, bei dem das Abwasser zunächst in ein belüftbares Belebungsbecken und anschließend in ein Sedimentationsbecken eingeleitet wird, in dem eine Trennung von Belebtschlamm und Klarwasser erfolgt und nach Trennung Belebtschlamm in das Belebungsbecken zurückgeführt und Klarwasser abgezogen wird. Mehrmals am Tag läuft ein Betriebszyklus im Sedimentationsbecken ab, der eine Rührphase U, eine Vorabsetzphase V und eine Abzugsphase A aufweist, wobei in der Rührphase der Belebtschlamm wieder mit dem Wasser vermischt wird, in der Vorabsetzphase der Belebtschlamm sedimentiert wird und in der Abzugsphase Klarwasser gezogen wird. Gemäß dem Verfahren nach dieser Druckschrift erfolgt die Reinigung in einem biologischen Zweibeckensystem - dem Belebungs- und dem Sedimentationsbecken mit ständigem Zufluss und intermittierenden Abfluss. In der abflusslosen Zeit steigt der Wasserspiegel durch den Zufluss an (Aufstauprinzip). Der Patentanspruch dieses Verfahrens besteht darin, dass nach der Vorabsetzphase und vor der Rührphase sedimentierter Belebtschlamm in das Belebungsbecken des „Zweibeckensystems mit Aufstaubetrieb" rückgeführt wird. In der Rührphase wird der Inhalt des B-Beckens mit dem des SU-Beckens bis zur weitgehenden gleichen Trockensubstanz-Konzentration vermischt. Beide Becken grenzen aneinander und sind im Bodenbereich ständig hydraulisch miteinander verbunden.

[0003] Aus dem internationalen Patent PCT/ATOO/00322 ist ein ähnliches Verfahren bekannt, bei dem nach den V-Phasen und noch vor den U-Phasen sedimentierter, eingedickter Belebtschlamm von den SU-Becken in das B-Becken rückgeführt wird. Das B-Becken wird mit zwei SU-Becken durch eine oder mehrere Öffnungen im mittleren Bereich der Becken hydraulisch ständig verbunden (Fig. 1) und die Zykluszeiten mit ca. 140 Minuten (S-Phase ca. 5 min; U-Phase ca. 5 min; V-Phase ca. 60 min; A-Phase ca. 70 min, A=(S+U+V)) gewählt. In der S-Phase wird eingedickter Schlamm vom Boden der SU-Becken in den oberen (oberflächennahen) Bereich des B-Beckens geleitet und der dadurch verdrängte Inhalt des B-Beckens über die Öffnungen im mittleren Bereich der Becken rückgeführt. In der U-Phase wird der Inhalt des SU-Beckens aufgewirbelt und homogenisiert, ohne eine Umlaufströmung über das B Becken zu erzeugen. In der A-Phase erfolgt der Durchfluss vom B-Becken in die SU-Becken ebenfalls durch die Öffnungen im mittleren Bereich. Das Rühren in den SU-Becken (U-Phase) erfolgt durch Einblasen von Luft.

[0004] Die WO 0164590 AI zeigt ebenso einen Prozess zur Durchführung der biologischen Reinigung von Abwasser mit Hilfe von Belebtschlamm. Den darin offenbarten Ausführungsformen liegt der Gedanke zugrunde, mehrere baugleiche Module in Reihe zu schalten, wobei in ein erstes Modul das zu reinigende Wasser zufließt und während der Dauer einer Hauptphase die folgenden Module bis hin zu einem letzten Modul durchströmt, in welchem die Sedimentation erfolgt und das gereinigte Abwasser abgetrennt werden kann.

[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebenen Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung derart zu verbessern bzw. zu ergänzen, dass eine Anwendung für mittlere und große Kläranlagen durch die Verwendung des Modulprinzips ermöglicht wird, ohne dass dabei im B-Becken Kurzschlussströmungen des eingedickten Belebtschlammes (S-Phase) und des kontinuierlich in das B-Becken eingeführten Rohabwassers entstehen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.

[0006] Um Platz, Kosten und Energie zu sparen, wird bei großen Kläranlagen das Modulsystem angewandt. Eine größere Anzahl von Modulen - bestehend aus einem B-Becken und zwei an den gegenüberliegenden Seiten des B-Beckens angeordneten SU-Becken (Fig. 2 u. 3) - werden zu einer Kläranlagenstraße zusammengefügt. Durch das Zusammenfügen bis zu 10 Modulen (evtl, auch noch mehr) entsteht ein sehr langes und schmales B-Becken, in dem die Gefahr besteht, dass Kurzschlussströmungen des eingedickten Belebtschlammes in der S-Phase und des zur Reinigung kontinuierlich zugeführten Abwassers entstehen. Eine bekannte Möglichkeit, diese Probleme zu lösen, besteht darin, das B-Becken als Umlaufbecken zu gestalten. Diese Lösung ist in Hinblick auf die S- und A-Phase problematisch, da die einzelnen Module nicht mehr unabhängig voneinander betrieben werden können und dadurch unterschiedliche Verhältnisse in Bezug auf Trockensubstanzwerte, Reinigungsleistung und hydraulische Belastung entstehen. Darüber hinaus wirken sich die zur Strömungsführung erforderlichen Wände und die ständig laufenden Rührwerke sehr negativ auf die Energiebilanz und die Kosten aus.

[0007] Ein Aspekt der Erfindung besteht daher in der Aufgabe, die Rückführung des eingedickten Belebungsschlammes vom SU-Becken in das B-Becken (S-Phase) so zu lösen, dass es zu keiner Kurzschlussströmung kommt. Der eingedickte Schlamm darf nach Eintritt ins B- Becken nicht auf kurzem Wege wieder im SU-Becken gelangen, da sonst die Schlammrückführung zum erliegen kommt, die Trockensubstanz ins B-Becken stark abfällt und die Reinigungsleistung nicht mehr gegeben ist. Die Lösung dieses Problems besteht gemäß diesem Aspekt der Erfindung darin, dass im B-Becken zwei Belüftungsfelder 1 und 2 (meist feinblasige Belüftung) an den Rändern zu den SU-Becken angeordnet werden, die je nach Maßgabe des Prozesses gemeinsam oder getrennt betrieben werden können. In der Beckenmitte verbleibt ein belüftungsfreier Bereich (ca. ein Drittel der Beckenbreite). In der S-Phase wird gemäß der Erfindung nur das Belüftungsfeld betrieben, das an das SU-Becken angrenzt, in dem die S-Phase läuft. Es entsteht dadurch im B-Becken eine vertikale Wasserwalze, die den aus den SU-Becken kommenden eingedickten Schlamm Qs in die gegenüberliegende Hälfte des B-Beckens führt und somit eine Kurzschlussströmung verhindert (siehe Fig. 4). Qs ist annähernd zehnmal so groß als Q.

[0008] Es können auch mehr als zwei Belüftungsfelder vorgesehen sein, z.B. vier, sechs, acht, zwölf oder sechzehn Belüftungsfelder, die vorzugsweise paarweise angeordnet jeweils ein oder mehrere Module versorgen.

[0009] Noch ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft das Problem, das zu reinigende Abwasser Q in das B-Becken so einzuleiten, dass kein Durchschlag des noch ungenügend gereinigten Abwassers in die SU-Becken erfolgt, das B-Becken und alle Module hydraulisch gleich belastet werden und in den beiden SU-Beckeneinheiten eines Moduls gleiche Verhältnisse auftreten. Es ist auch darauf zu achten, dass die Strömungsverhältnisse in der S-Phase (große vertikale Wasserwalze) nicht behindert werden und ständige Ablagerungen vom Belebtschlamm im unbelüfteten Bereich des B-Beckens unterbleiben. Zur Lösung dieser Aufgabe sieht der Aspekt der Erfindung vor, dass das zu reinigende Abwasser mit einer oder mehreren horizontalen Rohrleitungen zugeführt wird, die in Längsrichtung der B-Becken verlaufen, in Beckenmitte auf ca. halber Wassertiefe situiert sind und Öffnungen aufweisen. Die Öffnungen wird man bevorzugt so anordnen, dass das Abwasser in beiden Richtungen horizontal austreten kann und eine gleichmäßige Beschichtung der B-Becken und Module möglich ist (Fig. 3). Wenn die U- und V-Phasen laufen, sind beide Belüftungsfelder auf gleiche Weise in Betrieb zu nehmen (entweder unterschiedliche Luftzufuhr oder intermittierende Belüftung). Auf diese Weise wird eine optimale Mischung des Inhaltes des B-Beckens in diesen Phasen mit guter biochemischer Reinigung erzielt.

[0010] Ein Auflegen der Rohre direkt auf den Boden des B-Beckens beeinträchtigt bei dieser Lösung die Walzenbildung in der S-Phase negativ und führt zu unerwünschten Schlammablagerungen. Unter den Rohrleitungen ist ein freier Durchfluss sicherzustellen.

[0011] Prinzipiell besteht auch die Möglichkeit, die Rohre für die Zuführung des Abwassers direkt am Boden des B-Beckens aufzulegen und die Belüftungsfelder bis an diese Rohre heranzuführen. Diese Lösung erfordert mehr Belüfter und ist entsprechend teurer.

[0012] Je nach Anordnung der SU-Becken - nebeneinander oder gegenüberliegend - wird zur Vermeidung von Kurzschlussströmungen eine darauf angepasste Zuführung des Abwassers ins B-Becken vorgesehen.

[0013] Die vorliegende Erfindung kann auch zur Anwendung kommen, wenn beide SU-Becken auf einer Seite des B-Beckens angeordnet werden. Ein Belüfterfeld grenzt an die SU-Becken an, das andere liegt auf der gegenüberliegenden Seite des B-Beckens. In der S-Phase wird nur das an die SU-Becken angrenzende Belüfterfeld betrieben.

[0014] Besonders kostengünstig und energiesparend ist es, wenn die Rückführung des eingedickten Schlammes (S-Phase) mit Drucklufthebern erfolgt und für die Umwälzung des Inhaltes der SU-Becken (U-Phase) ebenfalls Druckluft eingesetzt wird. Die für die Belüftung der B-Becken vorgesehene Druckluft reicht auch dafür aus.

[0015] Für den Abzug des Klarabwassers können verschiedene Einrichtungen Verwendung finden. Zwei Einrichtungen sind in Fig. 5 und 6 dargestellt. Es wird noch darauf hingewiesen, dass bei diesem Verfahren ein Großteil der Nitratbelastung in den SU-Becken (endogene Denitrifikation) erfolgt. Der Überschussschlamm wird vom Boden der SU-Becken jeweils vor Beginn der S-Phasen abgezogen. Der Belebtschlamm Ist dann am besten eingedickt.

[0016] Durch den ausgeglichenen Wasserspiegel im B- und in den SU-Becken, durch das Fehlen von ständig laufenden elektrischen Pumpen und Rührwerken, durch die Verwendung von Druckluft für den Betrieb der S- und U- Phasen (gleichzeitiger Eintrag von Sauerstoff) und durch die weitgehende (endogene) Denitrifikation erzielt man eine ausgezeichnete Reinigung mit sehr geringem Energiebedarf und niedrigen Kosten.

[0017] Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Zeichnungen, die eine beispielhafte, nicht einschränkende Ausführungsform der Erfindung darstellen. In den Zeichnungen zeigen: [0018] Fig. 1 den Betriebszyklus für die beiden SU-Becken des Ausführungsbei spiels; [0019] Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Kläranlagenstraße des Ausfüh rungsbeispiels, bestehend aus 8 Modulen; [0020] Fig. 3a und 3b jeweils einen Grundriss und Vertikalschnitt eines Moduls der Fig. 2 (S-Phase); [0021] Fig. 4a und 4b die Strömungsverhältnisse im B-Becken, wobei in Fig. 4a ein Belüf terfeld in Betrieb (S-Phase) ist und in Fig. 4b beide Belüfterfelder in Betrieb (U- und V-Phase) sind; [0022] Fig. 5 einen Klarwasserabzug mit Kugelelementen; und [0023] Fig. 6 einen Klarwasserabzug mit Flachschieberkette.

[0024] Die Fig. 1 zeigt einen Betriebszyklus in den beiden SU-Becken SUi und SU2, wobei die Zeit in horizontaler Richtung nach rechts verläuft. Nähere Einzelheiten der Abfolge und Funktion der einzelnen Phasen sind weiter oben bereits diskutiert.

[0025] In Fig. 2 ist schematisch der Grundriss einer Kläranlagenstrasse, bestehend aus 8 Modulen, dargestellt. Eines der Module ist durch Schraffur hervorgehoben.

[0026] Die Fig. 3a und 3b zeigen einen schematischen Grundriss und einen vertikal verlaufenden Schnitt eines Moduls (längs einer Linie, die in Fig. 2 horizontal durch ein Modul verläuft). Hierbei bedeuten die Komponenten 1 und 2 die beiden Belüftungsfelder, 3 die Rohrleitung zur Zuführung des zu reinigenden Abwassers Q. 4 die Öffnungen zur gleichmäßigen Beschichtung des B-Beckens mit dem Abwasser Q, 5 die Druckluft-Heber zum Betrieb der S-Phase, 6 die Bodenleitungen zum Abzug des eingedickten Schlammes Qs, 7 den Klarwasserabzug (Kugelelemente) und 8 die Leitung für die Umwälzung des Inhaltes der SU-Becken.

[0027] Die Fig. 4a und 4b zeigen schematische Vertikalschnitte durch ein B-Becken mit Belüfterfeldern gemäß der Erfindung. In Fig. 4a sind die Strömungsverhältnisse bei Betrieb eines Belüfterfeldes (S-Phase) dargestellt; und in Fig. 4b bei Betrieb von beiden Belüfterfeldern (U-und V-Phase). Bezugszeichen 9 bezeichnen die Klappen der Druckluftheber.

[0028] In Fig. 5 ist schematisch ein Klarwasserabzug mit Kugelelementen dargestellt. Das Klarwasser durchfließt der Reihe nach Kugelelemente 10, die sich nur in den A-Phasen öffnen, dann eine Sammelleitung 11 und einen elektrischen Verschluss 12. Letztlich fixiert ein Überfall 13 den minimalen Wasserspiegel in den Becken.

[0029] In Fig. 6 ist auch ein System für den Klarwasserabzug dargestellt, das aus zahlreichen, ca. 30 cm unter dem minimalen Wasserspiegel und im Abstand von ca. 1,50 m angeordneten Abflussöffnungen ca. 150 mm besteht, die mit vertikal verschiebbaren Verschlussplatten 14 geöffnet und verschlossen werden können. Diese Verschlussplatten werden durch mit Federn versehenen Stangen 15 bewegt und gleichzeitig an die Abflussöffnungen angepresst. Das Öffnen und Schließen erfolgt schließlich durch eine sich drehende horizontale Welle 16, die von einem den Anforderungen angepassten Motor 17 angetrieben wird.

Claims (12)

1. Patentansprüche

   1. Verfahren zur Durchführung der biologischen Reinigung von Abwasser mit Hilfe von Belebtschlamm, bei dem das Abwasser zunächst in ein belüftbares Belebungsbecken (nachfolgend bezeichnet als B-Becken) und anschließend abwechselnd in eines von mehreren mit dem Becken verbundenen Sedimentations- und Umwälzbecken (nachfolgend bezeichnet als SU-Becken) eingeleitet wird, in denen mehrmals am Tag Betriebszyklen ablaufen, die eine Schlammrückführphase, eine Umwälzphase, eine Vorabsetzphase und eine Abzugsphase (nachfolgend bezeichnet als S-Phase, U-Phase, V-Phase bzw. A-Phase) aufweisen, wobei der Reihe nach in der S-Phase eingedickter Schlamm vom SU- ins B-Becken rückgeführt wird, in der U-Phase der Belebtschlamm wieder mit dem Wasser vermischt wird, in der V-Phase der Belebtschlamm sedimentiert wird und in der A-Phase Klarwasser abgezogen wird, wobei die Zyklen in den SU-Becken zueinander phasenverschoben sind, die A-Phasen aneinander grenzen, nur in den A-Phasen die SU-Becken durchströmt werden, ein annähernd konstanter Wasserspiegel vorhanden ist und somit ein dem Klaranlagenzulauf entsprechender Klärlagenablauf entsteht (sogenanntes Durchflussprinzip), dadurch gekennzeichnet, dass im B-Becken zumindest zwei Belüftungsfelder verwendet werden, wobei in den S-Phasen zumindest in der übenwiegenden Zeit nur jenes Belüfterfeld allein betrieben wird, das an das SU-Becken angrenzt, in dem die S-Phase gerade läuft und in den U- und V-Phasen die beiden Belüfterfelder gemeinsam oder intermittierend im Einsatz sind, wobei das B-Becken hydraulisch ständig mit mehreren SU-Becken verbunden ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das B-Becken mit den SU-Becken durch eine oder mehrere Öffnungen im mittleren Bereich der Becken hydraulisch ständig verbunden ist, wobei in der S-Phase eingedickter Schlamm vom Boden der SU-Becken abgepumpt, in den oberen Bereich des B-Beckens geleitet und der dadurch verdrängte Inhalt des B-Beckens über die Öffnungen im mittleren Bereich der Becken rückgeführt wird, wobei in der U-Phase der Inhalt des SU-Beckens aufgewirbelt und homogenisiert wird, ohne eine Umlaufströmung über das B-Becken zu erzeugen, und wobei in der A-Phase der Durchfluss vom B-Becken in die SU-Becken ebenfalls durch die Öffnungen im mittleren Bereich erfolgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Belüftungsfelder mit einer feinblasigen Belüftung verwendet werden.
4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Geometrie der SU-Becken mit SU-Becken an den beiden gegenüberliegenden Seiten des B-Beckens angeordnet verwendet wird, wobei die Belüfterfelder unmittelbar angrenzend an die SU-Becken zu liegen kommen, gleiche Größe aufweisen und zwischen den Belüfterfeldern ein belüftungsfreier Bereich entsteht.
5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Geometrie der SU-Becken mit SU-Becken an den beiden gegenüberliegenden Seiten den B-Beckens angeordnet verwendet wird, wobei beide Belüfterfelder gleich groß sind und die Bodenfläche des B-Beckens - ausgenommen jener Bereich, der von einer Zulaufleitung (3) eingenommen wird - vorzugsweise zur Gänze abdecken.
6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Geometrie der SU-Becken mit SU-Becken an den beiden gegenüberliegenden Seiten den B-Beckens angeordnet verwendet wird, wobei der Zufluss des zu reinigenden Abwassers ins B-Becken mit einer oder mehreren horizontalen Leitungen erfolgt, die in Längsrichtung der B-Becken im Wesentlichen in halber Wassertiefe und annähernd in Beckenmitte verlaufen, und vorzugsweise durch mehrere Öffnungen zur gleichmäßigen Beschichtung des B-Beckens.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zufluss des zu reinigenden Abwassers ins B-Becken mit einer oder mehreren horizontalen Leitungen erfolgt, die in Längsrichtung der B-Becken am Beckenboden verlaufen, und vorzugsweise durch mehrere Öffnungen zur gleichmäßigen Beschichtung des B-Beckens.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei SU-Becken (SUi und SU2) nebeneinander auf einer Seite des B-Beckens situiert sind, wobei ein Belüfterfeld an die SU-Becken angrenzt, das andere auf der gegenüberliegenden Seite zu liegen kommt und das an die SU-Becken angrenzende Belüfterfeld in Betrieb geht, wenn in einem SU-Becken die S-Phase abläuft.
9. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführung des Schlammes von den SU-Becken ins B-Becken (S-Phase) mit Drucklufthebern erfolgt, die kurzfristig mit Druckluft versorgt werden, vorzugsweise mit der für die Belüftung der B-Becken vorgesehenen Druckluft.
10. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwälzung des Inhaltes der SU-Becken (U-Phasen) mit Druckluft erfolgt, die für die Belüftung der B-Becken vorgesehen ist, wobei vorzugsweise horizontal angeordnete gelochte Rohre Verwendung finden, die in den SU-Becken vertikale Strömungswalzen bilden.
11. 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klarwasser ca. 20 cm unter dem minimalen Wasserspiegel eingezogen wird, der Reihe nach über Kugelelemente, über Sammelleitungen, über elektrisch angetriebene Verschlussorgane und über Überfallbauwerke abfließt.
12. 12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Klarwasserabzug eine Anzahl von Abflussöffnungen vorgesehen werden, die mit einem System zu öffnen und verschließbar sind, das aus vertikal verschiebbaren Verschlussorganen (z.B. Platten), aus Stangen, die diese Verschlussorgane bewegen, aus einer horizontalen, durch eine drehende Bewegung die Stangen antreibende Welle, aus einem den Anforderungen angepassten Antrieb und einem Überfall besteht.