DE102005032123A1

DE102005032123A1 - Verfahren und Anlage zur biologischen Abwasserreinigung in einem Umlaufzonenreaktor

Info

Publication number: DE102005032123A1
Application number: DE102005032123A
Authority: DE
Inventors: Janusz Was; Boleslaw Bernaczek
Original assignee: MAHLA SYLVIO
Current assignee: MAHLA SYLVIO
Priority date: 2005-07-07
Filing date: 2005-07-07
Publication date: 2007-01-11
Also published as: WO2007006351A1

Abstract

Die Mehrzonen-Umlaufanlage zur biologischen Reinigung von organischem Abwasser mit tiefer Beseitigung der Biogene wird gebildet durch eine ringförmige Mehrzonen-Durchlaufreaktionskammer, die in einem zylindrischen Umbau außerhalb des Nachklärbeckenmantels angeordnet ist. DOLLAR A Der Kammerraum ist in Zonen verschiedener Volumengrößen derart geteilt, dass eine sauerstofffreie Zone, n sauerstoffhaltige Zonen und n-1 sauerstoffarme Zonen entstehen. Diese Zonen werden durch Sperren, gebildet aus dem zu durchlaufenden Körper getrennt, mit Stärken, deren Menge die Summe der Körperfläche bildet und die der Menge des in gegebenen Querschnitten angehaltenen Aktivschlamms entspricht. DOLLAR A Die Sauerstoffzonen sind mit einem Belüftungs- und Zerstreuaggregat (6) und einem Richtungs-Belüftungsaggregat (7), die sauerstofffreie Zone mit einem Rührwerk (10) ausgestattet. DOLLAR A Die Anlage findet bei neu erbauten und/oder modernisierten Kläranlagen im breiten Bereich der Verarbeitungsmöglichkeiten Anwendung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Umlaufanlage zur biologischen Reinigung organischen Abwassers zur Verwendung bei neu erbauten und/oder modernisierten Kläranlagen.

Bekannte Lösungen gemäß dem Stand der Technik beruhen darauf, dass die technologische Folge aus sauerstofffreien, anoxischen, sowie oxidierenden Kammern, einem Nachklärbecken und einer Pumpstation zur Realisierung einer Zirkulation besteht.

Nach der mechanischen Reinigung wird das Abwasser nacheinander einer sauerstofffreien, einer anoxischen und einer oxidierenden Kammer und anschließend einem Nachklärbecken zugeführt. Von hier aus erfolgt die Zirkulation der Abwassermasse mit dem darin enthaltenen Schlamm.

Die Abwassermasse wird dabei gezwungenermaßen durch Pumpen mindestens einige Male zurückgeführt.

Der aktive Schlamm kommt ausschließlich in der Form von schwebenden Flocken vor, die während des Durchflusses von Kammer zur Kammer ständigem mechanischen Stress in Pumpen, Überläufen und Rührwerken ausgesetzt werden.

Bekannt ist auch die Konstruktion eines fortlaufenden Bioreaktors in der Form eines Funktionsbeckens und eines Speicherbeckens.

In den Folgereaktoren erfolgt der Abwasserbearbeitungszyklus ohne Zirkulation.

Die einzelnen Schritte laufen im selben Becken an einer genau festgelegten Abwassermenge zur Bearbeitung nacheinander ab.

In dieser Zeit ist eine Lagerung des dauernd zufließenden neuen Abwassers notwendig, welches in einem oder in mehreren Speicherbecken gelagert wird.

Diese bekannten Bioreaktoren erfordern den Bau von Becken mit einem großen Speichervermögen, der hohe Baukosten der Kläranlagen verursacht.

Darüber hinaus erfordern die bisherigen Durchlauf- und Folgesysteme eine umfangreiche Vermessung und eine sehr präzisen Steuerung.

Eine komplizierte Steuerung, auf dem Mehrkanalinformationsfluss basierend, bewirkt eine niedrige Betriebssicherheit und macht das System gegen sprunghafte Belastungen wenig widerstandsfähig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, welche die Nachteile des Standes der Technik behebt und ein ökonomisches und sicheres Betreiben der Anlage ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die in Patentansprüchen 1 bis 6 gelöst.

Erfindungsgemäß besitzt die Umlaufanlage zur biologischen Reinigung der organischen Abwässer eine Mehrzonen-Durchlaufreaktionskammer in der Form eines geschlossenen vorzugsweise ringförmigen Umlaufs, in dessen Länge Abwasserreinigungszonen gebildet werden.

Die Kammer hat einen zylindrischen oder mehreckigen Umbau, in deren Innern eine offene Durchflussrinne in einer geschlossenen Umlaufform erreicht wird.

Eine günstige Lösung ist eine ringförmige Kammer außerhalb des Nachklärbeckenmantels, zylindrisch umgebaut, in der Vertikalachse der Reaktionskammer angeordnet.

Der Erfindungsgegenstand ist als Ausführungsbeispiel in der Zeichnung gezeigt, in der eine Mehrzonen-Umlaufanlage zur biologischen Reinigung von organischem Abwasser, schematisch in der Draufsicht dargestellt wird.
Die Mehrzonen-Umlaufanlage zur biologischen Reinigung von organischem Abwasser beinhaltet eine, mit einem Durchflusskörper ausgestatte Reaktionskammer.
Die Anlage ist mit einer Zuführung des vorbereiteten Abwassers und Ableitung des reduzierten Abwassers (in der Zeichnung nicht dargestellt) ausgestattet. Die Anlage besitzt eine ringförmige Mehrzonen-Durchlaufkammer, gebildet durch zylindrischen Umbau 5 außerhalb Mantel des Nachklärbeckens 8, angeordnet in der vertikalen Reaktionskammerachse.
Der Reaktionskammerraum ist durch Sperren, in Zonen verschiedener Volumengrößen geteilt. Diese Zonensperren weisen verschiedene Stärken auf, die in der Summe der Körperfläche der geforderten Menge an immobilisierter Menge des Aktivschlamms im gegebenen Querschnitt der Reaktionskammer entsprechen. Durch die Sperren 4.1 und 4.8 mit einer ersten und einer zweiten Stärke ist die erste Zone 1 abgetrennt, die eine sauerstofffreie Zone bildet.
Mit den Sperren 4.3 bis 4.7 einer dritter Stärke werden die Räume abgetrennt, die Oxidationszonen 2 sowie unteroxidierte Zonen 3 bilden.
Die Anzahl und die Anordnung der Zonen sind so gewählt, dass beim Durchflussbeginn in der ersten Zone die nachfolgende und die letzten Zonen im System die werden, deren Anzahl um eins größer als die Drittzonenanzahl ist.
Die Sperren sind in der Gesamtstärke derart gestaltet, damit sie selbststeuernde Sauerstoffbedingungen in den getrennten Zonen erfüllen.
Die Sperren weisen vorzugsweise eine Körperstruktur als Gitter, Geflecht oder Netz auf, welche gewählt wurde, um eine maximal entwickelte Sedimentsfläche für die Biomasse zu bilden und gleichzeitig den Durchfluss in der Zirkulations-Reaktionskammer minimal zu dämpfen.
Das Nachklärbecken befindet sich innerhalb des Reaktionskammerumbaus, kann jedoch auch eine gesonderte Konstruktionseinheit bilden.
Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt, günstige Parameter eines selbststeuernden biologischen Prozesses der biologischen Abwasserreinigung mit Hilfe der Anlage mit einer Reaktionskammer zu erreichen, in der in einem Raum Zonen mit verschiedenen Bedingungen und Funktionen gebildet sind.
Die rechnerische Menge des in die Kammer zugeführten Abwassers wird selbsttätig mehreren Bearbeitungszyklen in der Kammer unterworfen.
Das Mehrfache des Durchflusses derselben Abwassermenge durch das System entscheidet über die Effizienz der Verunreinigungsbeseitigung im Abwasserklärprozess.
Die Bildung aller Zonen in einem Reaktionskammerraum in Verbindung mit der selbsttätigen Prozesswiederholbarkeit sowie das Anhalten eines Teils des Körpers vermeidet die mehrmalige Zirkulation der ganzen Abwassermasse.
Zurückgeleitet wird nur eine geringe Menge des schwebenden, im Nachklärbecken sich ansammelnden Schlammes von ca. 20 % der gesamten zugeführten Abwassermasse.
Das ergibt messbare Energievorteile durch Leistungsbeschränkung der Zirkulationspumpe. Das Anhalten eines Teils der Biomasse am Körper erlaubt ihre starke Konzentration von über 6 kg TM pro qm der Kammer. Das bedeutet eine große Konzentration des Verunreinigungsverbrauchers, das heißt, die Reaktionskammergröße ist bis auf 50 % im Vergleich mit den bis jetzt bekannten Lösungen zu reduzieren.
Der Kammerraum ist durch Sperren 4 aus dem Durchlaufkörper in Zonen 1, 2, 3 mit verschiedenen Volumengrößen V1, V2a, V2b, V2c, V2d und V3a, V3b und V3c geteilt.
Die Sperren 4 zur Teilung der Zonen 1, 2, 3 haben Stärken S1, S2, S3, die in der Summe die Körpergröße bilden, die der gewünschten, in gegebenen Querschnitt der Reaktionskammer immobilisierten Menge an Aktivschlamm entsprechen.
Mit den Sperren 4 mit der ersten Stärke S1 und der zweiten Stärke S2, ist von der Zone 2d und der Zone 2a die erste Zone 1 mit dem Volumen V1 abgetrennt, die eine sauerstofffreie Zone bildet.
Mit den Sperren 4 mit den dritten Stärken S3 sind weitere Zonen 2.a bis 2.d abgetrennt, die Sauerstoffzonen mit den Volumengrößen V2a, V2b, V2c und V2d bilden, sowie Zonen 3.a bis 3.c, die sauerstoffarme Zonen mit den Volumengrößen V3a, V3b und V3c bilden, deren Menge und Anordnung derart gewählt sind, dass im Falle des Durchflussbeginns in der Zone 1, die nächste und die letzte Zone die Zonen 2 ist und diese in der Anzahl um eins größer als die Anzahl der Zonen 3 ist.
Die Sperren 4 weisen die Stärken S1, S2, S3 auf und erfüllen so die Anforderungen an selbststeuernde Sauerstoffbedingungen in den abgetrennten Zonen 1, 2 und 3.
Die Funktionsweise der Anlage ist folgende: Das mechanisch gereinigte Abwasser wird der sauerstofffreien Zone 1 zugeführt. Die Anordnung des Zu- und des Ablaufs sowie die Verwendung von Richtungsbelüftern 7, die den belüfteten Strahl in gegebener Richtung werfen, erzwingen eine bestimmte Zirkulation in der Reaktionskammer.
Die der sauerstofffreien Zone 1 zugeführten rohen Abwässer gehen nach einer je nach dem Volumen V1 vorbestimmten Zeit durch den Durchflusskörper in der Form der Sperre 4.1 in die Sauerstoffzone 2a durch.
Die Stärke S2 der Sperre 4.1 ist so gewählt, dass sie die sauerstofffreie Zone 1 von dem Einfluss der Belüftung in der Sauerstoffzone 2a isoliert. Die Isolation beruht auf der Konsumption des Sauerstoffs durch die am Körper gesammelten Organismen, die den immobilisierten Aktivschlamm bilden, und im Falle der Sperre 4.1 ist die Sauerstoffsorption so groß, dass der Sauerstoff aus der Sauerstoffzone 2a in die sauerstofffreie Zone entgegen der Zirkulationsrichtung nicht durchdringt.
Analog ist die Stärke S1 der Sperre 4.8 größer, weil der Sauerstoff aus der Sauerstoffzone 2d in die sauerstofffreie Zone 1 gemäß der Umlaufrichtung nicht durchdringen kann.
Von der Sauerstoffzone 2a gelangen die Abwässer selbsttätig in die sauerstoffarme Zone 3a.
Die Stärke S2 der Sperre 4.2 zur Trennung dieser Zonen sichert eine solche Besiedelung mit der Biomasse, dass hinter der Sperre gemäß Umlaufrichtung sauerstoffarme Bedingungen herrschen.
Das bedeutet eine Sauerstoffkonzentration von ca. 0, 25 g 0₂/m³.
Im Körper der Sperre 4.2 mit der Stärke S3 erfolgt eine Sauerstoffkonsumption, die der Senkung seiner Konzentration angenähert von 2 g 0₂/m³ auf 0,25 g 0₂/m³ entspricht. Der Körper, bestehend aus Sperren 4 mit den Stärken S1, S2, S3 hat feste Parameter.
In Zusammenhang damit steht die Sauerstoffkonsumption in Volumen der Sauerstoffzonen 2 sowie beim Durchfluss durch die Sperren 4 proportional ausschließlich der Belastung mit Verunreinigungen, die der Zonen zugeleitet werden und durch die Sperren durchfließen.
Die obigen Bedingungen sichern, dass das System zur Steuerung der Luftzuführung zu den Belüftern in den sauerstoffhaltigen Zonen 2 in der Funktion der Sauerstoffkonzentration ausreichend ist, um das ganze System zu steuern.
Nach der Festlegung einer, im Verhältnis zur Verunreinigungsbelastung konstanten Größe der Schlammrezirkulation aus dem Nachklärbecken 8 durch die Pumpe 9, erreicht man ein stabiles, sich selbst regulierendes biodynamisches System.
Neben dem selbsttätigen Auftreten von sauerstoffarmen und sauerstofffreien Bedingungen in den genau durch die Körper bestimmten Volumen beruht die biologische Selbstregulierung auch darauf, dass zwei sich ergänzende Kulturen der gleichen und/oder ähnlichen Speziesbestände der Biomasse auftreten. Der erste Bestand ist der Bestand am angehaltenen Aktivschlamm auf Tauchkörpern, d.h. angesiedelte Kulturen in der Form einer Schichthaut.
Die zweite Form sind Kulturen als Flockenbestände verschiedener Spezies.
Es ist bekannt, dass sich in angesiedelten Kulturen gesündere und mehr widerstandsfähige Einzelwesen züchten lassen, und eine nicht beschädigte Hautstruktur entsprechende Bedingungen zur Einhaltung der allgemeinen Stabilität der Biozönose in der Haut gibt.
Im Gegensatz dazu wird der dauernd umlaufende Schlamm verschiedenem Stress ausgesetzt.
Die Biozönose in den Flocken wird dauernd zerstört oder unstabil, u.a. durch mechanische Einwirkungen.
Die in den Flocken vorhandenen Sauerstofforganismen gelangen in sauerstoffarme oder sauerstofflose Zonen und umgekehrt.
Eine verminderte Abwasserzuführung bewirkt, dass in diesen Perioden eine Unternährung auftritt und der schwebende Schlamm schwächer und krank wird.
In einem System, in dem beide Formen, d.h. die ansässige und die schwebende – die umlaufende – auftreten, bestehen in Zeiten der Unterernährung Bedingungen, bei denen der durch den Körper umlaufende belüftete Abwasserstrom in ihrem Volumen eine bestimmte Masse an schwächer wegen Unterernährung werdenden schwebenden Schlamm enthält.
Er ist ein sehr guter Nährboden für die angesiedelten Kulturen und gleichzeitig erfolgt die Selektion von schwachen und sterbenden Einzelwesen. Im Ergebnis dessen ist die angesiedelte Haut in gutem Zustand und Kondition und ist bereit zur Aufnahme und Zersetzung sogar heftiger Belastungen. Die auf den Körpern angesiedelten Kulturen werden durch die ständig durchfließende, von den Strahlrichtungsbelüftern angetriebene Masse des belüfteten Abwassers ernährt und mit Sauerstoff versorgt.
Das Anhalten des Schlamms erlaubt eine bessere Verwertung der Biomasse und ihre größere Konzentration, auf 1qm des Kammervolumens umgerechnet.

Claims

Mehrzonen-Umlaufanlage zur biologischen Reinigung organischer Abwässer, enthaltend eine mit durchfließendem Körper ausgestattete Reaktionskammer, mit Zuführung der vorbereitet Abwässer und Abführung der reduzierten Abwässer, ohne Notwendigkeit der Durchflusssteuerung des zu reinigenden Abwassers, wobei die Reaktionskammer in einem geschützten Umbau gebildet ist, der Reaktionskammerraum aus den, durch Durchflusskörper getrennten Teilen verschiedener Volumen besteht, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer ringförmigen Mehrzonen-Durchflusskammer, durch zylindrischen oder mehreckigen Umbau (5) außerhalb des Nachklärbeckenmantels (8) gebildet wird, ausgestattet mit mindestens einer Pumpe (9), angeordnet in der Achse der Reaktionskammer oder in der Form einer Durchflussrinne mit geschlossener Umlaufform in der Draufsicht der Kammer gesehen besitzt, deren Raum quer zur Durchflussrichtung in Zonen (1, 2, und 3) verschiedener Volumengrößen derart geteilt ist, dass eine sauerstofffreie Zone (1) gebildet wird, die Anzahl der sauerstoffhaltigen Zonen (2) n beträgt und der sauerstoffarmen Zonen (3) n-1, die durch Sperren des Durchflusskörpers (4) mit den Stärken (S1, S2 und S3) abgesperrt, gebildet sind, deren Anzahl der Summenfläche des Körpers vom angehaltenen Aktivschlamm in gegebenen Querschnitten der Reaktionskammer entspricht, wobei die Sauerstoffzonen (2) mit mindestens einem Belüftungs- und Zerstreuaggregat (6) und mindestens einem Richtungs-Belüftungsaggregat (7), und die sauerstofffreie Zone (1) mit einem Rührwerk (10) ausgestattet sind.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zonenanzahl und deren Anordnung derart gewählt sind, dass beim Durchflussbeginn in der sauerstofffreien Zone (1) die nachfolgende und die letzte Zone im System sauerstoffhaltige Zonen (2) sind und eine Anzahl um eins größer als die Anzahl der sauerstoffarmen Zonen (3) bilden.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperren (4) derart gewählte Stärken (S1, S2, S3) haben, dass sie die selbssteuernde Sauerstoffsollbedingungen in den gesonderten Zonen (1, 2, 3) erfüllen.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperren eine räumliche Körperstruktur als Gitter, Geflecht oder Netz aufweisen, um eine maximal entwickelte Sedimentationsfläche für die Biomasse und gleichzeitig minimale Durchflussdämpfung in der Zirkulations-Reaktionskammer zu sichern.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede sauerstoffhaltige Zone (2) mit mindestens einem Belüftungs- und Zerstreuaggregat (6) und einem Richtungs-Belüftungsaggregat (7) ausgestattet ist.
Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung in einem Umlaufzonenreaktor, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanisch gereinigte Abwasser der sauerstofffreien Zone (1) zugeführt wird, wobei Richtungsbelüfter (7) den belüfteten Strahl in eine vorgegebene Richtung werfen und somit eine bestimmte Zirkulation in der Reaktionskammer, erzwingen und die der sauerstofffreien Zone (1) zugeführten rohen Abwässer nach einer je nach dem Volumen V1 vorbestimmten Zeit durch den Durchflusskörper in der Form der Sperre (4.1) in die Sauerstoffzone (2a) geführt werden und durch die Sperre (4.1) die sauerstofffreie Zone (1) von dem Einfluss der Belüftung in der Sauerstoffzone (2a) isoliert wird, wobei der Sauerstoff aus der Sauerstoffzone (2a) in die sauerstofffreie Zone entgegen der Zirkulationsrichtung nicht durchdringen kann und die Abwässer von der Sauerstoffzone (2a) selbsttätig in die sauerstoffarme Zone (3a) gelangen, in welcher die Stärke S2 der Sperre (4.2) zur Trennung dieser Zonen eine solche Besiedelung mit der Biomasse sichert, dass hinter der Sperre gemäß Umlaufrichtung sauerstoffarme Bedingungen herrschen und im Körper der Sperre (4.2) eine Sauerstoffkonsumption erfolgt und eine Weiterführung der Abwässer analog weiter erfolgt.