DE2032535A1

DE2032535A1 - Verfahren zum Behandeln von Ab

Info

Publication number: DE2032535A1
Application number: DE19702032535
Authority: DE
Inventors: J R Mcwhirter
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1969-07-02
Filing date: 1970-07-01
Publication date: 1971-01-07
Also published as: DK131560C; FI54462B; DE2032535B2; FI54462C; US3547814A; AT337115B; HU168465B; YU166170A; DK131560B; NO126855B; MY7700096A; HK74176A; CS156474B2; SE376900B; NL7009738A; DE2032535C3; JPS4919586B1; CH521291A; ZA704499B; IL34943A

Description

D1PL.-1NG.

HELMUT GÖRTZ

6 Frankfurt am Main 7β · 26. Juni I97o

Schnedcenhofstr. 27-Tel.61 7079 /

MIOl CARBIDE CORPORATION, 27o Park Avenue, New York, TJ.S.A-.

Verfahren zum Behandeln von Abwasser

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zum Behandeln von biologisch oxydierbarem Material (BOD) enthaltenden Wasser durch Belüftung in Berührung mit einem bakteriell aktiven Schlamm unter Absetzenlassen des bei der Belüftung entstehenden Schlammes und Zurückführen in die Belüftungszone.

Bei der Behandlung von Abwasser soll die Affinität der Abfallprodukte für Sauerstoff verringert werden. Diese Affinität wird in der Regel quantitativ durch den Wert für den Bedarf an biochemischen Sauerstoff-Verbrauch (BOD) ausgedrückt, d.h. durch die Men- , ge von Sauerstoff, die erforderlich ist, um ein ppm Abfallprodukte unschädlich zu machen. Für dieses Verfahren zum Herabsetzen des Gehaltes an BOD wird häufig aktivierter Schlamm verwendet. Die groben Teilchen werden hierbei zunächst entfernt, beispielsweise mitttels eines Siebes und das Verbleiben der Abwasser wird dann mit einem Sauerstoff enthaltenden Gas und mit aktiviertem Schlamm gemischt. Dieser letztere besteht im wesentlichen aus aeroben Organismen, die in Gegenwart von genügenden Mengen gelösten Sauerstoffs das organische Material des Abwasser adsorbieren und assimilieren. Hierbei wird das organische Material in formen übergeführt, die leicht von dem gereinigten Wasser getrennt werden können. Unter normalen Bedingen vermehren sich während dieses Behandlungsschrittes die Bakterien sehr schnell in den Belüftungs- ■,

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behältern. Nach der erforderlichen Zeit für die Behandlung, wenn die Umwandlung des BOD vollständig ist, läßt man das Gemisch absetzen, zieht das überstehende gereinigte Wasser ab und zieht den Schlamm vom Boden des Klärgefäßes ab.

Ein Teil des Schlammes muß im Kreislauf in das Behändlungsgefäß zurückgeführt werden, um das frisch zugeführte BOD enthaltende Wasser zu impfen. Bei dem üblichen Verfahren wird nicht dex gesamte aus dem Klärgefäß abgezogene Schlamm in das Belüftungsgefäß zurückgeführt. Die Schlammenge nimmt daher stufenweise zu und überlastet das · Klärsystem.. Etwa 9o$ des Schlammes können zurückgeführt werden, während wenigstens to fo verworfen werden müssen. Bei den üblichen Verfahren mit aktiviertem Schlamm entstehen daher immer gewisse zusätzliche Schlammengen.

Dieser überschüssige Schlamm muß leider weiter behandelt werden, damit er nicht faulend wird. Hierfür verwendet man unter anderem ein azEerobes Verfahren ohne Sauerstoff_f wobei der Schlamm längere Zeit, beispielsweise 3o Tage lang, gelagert wird, um einen vollständigen Abbau des organischen Materials zu erzielen« Große be— deckte Behälter sind hierfür wegen in der langen Verweilseit erforderlich, um das Entweichen von schädlichen und übelrieckenden Gasen zu verhindern. Die restlichen Feststoffe nach dem anaeroben Abbau können aber immer noch 4o bis 5o % der ursprünglichen Menge des überschüssigen Schlammes ausmachen. Die Behandlung 4es Schlammes ist kostspielig und -beansprucht in der Regel 35 bis 4o fo der Gesamtkosten der Behandlung eines sekundären Abwassers.,.

Die Autoxydation, endrogene Respiration, Ist ein© bekannte Erscheinung bei der aeroben Behandlung von Abwassern mit aktiviertem Schlamm. In Gegenwart größerer Mengen von gelöstem,Sauerstoff und

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in Abwesenheit größerer Mengen von organischen Nährstoffen aus dem Abwasser, verzehren sich die Bakterien im Schlamm his zu einem gewissen Ausmaß seihst. Unter diesen Umständen kann die Schlammenge herabgesetzt werden.

Bei den bisherigen Verfahren ist die Geschwindigkeit der Autoxydation gewöhnlich zu gering, um einen Einfluß auf die anfallende Schlammenge zu haben« Durch verlängerte Belüftung kann hierbei das Ausmaß der AutOxydation erhöht und der Anfall von Sehlamn " wesentlich verringert werden. Hierzu müssen die Abmessungen und/ oder die Zahlen der Behandlungsgefäße erhöht werden, so daß in ihnen die Abwasser eine Verweilzeit von nicht 4 bis 6 Stunden, sondern von wenigstens 18 bis 24 Stunden haben. Während dieser ganzen Verweilzeit wird die Belüftung mit Luft fortgesetzt. Die Veseilzeit ist hierbei erheblich länger, als allein für die Assimilation des BOD erforderlich ist, so daß erhebliche Zeiten für die Autoxydation verbleiben. Derartige Anlagen können häufig so betrieben werden, daß praktisch kein überschüssiger Schlamm anfällt und etwa 1oo % des abgesetzten Schlammes im Kreislauf zurückgeführt werden.

Nachteile dieser großen Anlagen sind ihre großen Abmessungen und die hohen Betriebskosten. Das Fassungsvermögen der Behälter muß 3 bis 6 mal größer sein, als bei üblichen Anlagen mit aktiviertem Schlamm, um die lange Verweilzeit zu gewährleisten. Die zusätzlichen Kosten für Druckluft und für'das Rühren in den größeren Anlagen und die längeren Behandlungszeiten je Einheit des Abwassers verteuern dieses Verfahren ebenfalls.

Ziel der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zum Behandeln von BOD enthaltendem Wasser, wie städtischem Abwasser, bei welchem verhältnismäßig kleine Mengen überschüssigen Schlammes anfallen.

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Trotz des geringen Abfalls an überschüssigem Schlamm werden nicht die bekannten sehr großen Behälter benötigt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren fallen verhältnismäßig geringe Mengen Schlamm an, die Behandlungsbehälter brauchen ein verhältnismäßig geringes Passungsvermögen zu haben, und es werden je Einheit des behandelten Abwassers geringe Mengen von Belüftungsgas benötigt. Diese Erfindung ist ferner ein Verfahren zur schnelleren Autoxydation von Schlamm, der aus dem BOD enthaltenden Wasser stammt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man so viel zurückgeführten Schlamm in die Belüftungszone einführt, daß das BOD enthaltende Wasser in der Belüftungszone wenigstens 3ooo ppm flüchtiger suspendierter Feststoffe ((mlvss)· enthält; dass man in die Belüftungszone ein erstes wenigstens 5o Volumprozent Sauerstoff enthaltendes Gas einführt und es wenigstens 5 Minuten lang in einer solchen Menge und mit einer solchen Geschwindigkeit mit dem BOD enthaltenden Wasser und dem zurückgeführten Schlamme mischt, daß das Flüssigkeitsgemisch wenigstens etwa o,5 ppm gelösten Sauerstoff enthält und ein suspendierter aktivierter Schlamm entsteht; daß man den suspendierten aktivierten Schlamm aus der BeIUftungszone,in eine Stabilisierungszone überführt; daß man in die Stabilisierungszone ein zweites wenigstens 35 Volumprozent Sauerstoff enthaltendes Gas einführt und es mit dem Schlamm in einer solchen Menge und mit einer solchen Geschwindigkeit mischt, daß ein an BOD verarmter Schlamm entsteht, der weniger BOD enthält als der Schlamm aus der Belüftungszone; daß man die Verweilzeit der Flüssigkeit in der Belüftungszone und der Stabilisierungszone bei 2o bis 9o Minuten hält; daß man den an BOD verarmten Schlamm aus der Stabilisierungszone in eine Autoxydationszone überführt; daß man in die Autoxydationszone ein drittes wenigstens 35 Volumprozent Sauerstoff enthaltendes Gas einführt und es mit dem

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Schlamm in einer solchen Menge und mit einer solchen Geschwindigkeit mischt, daß das FlüssigkeitsgemisGh wenigstens 5 ppm gelöaten Sauerstoff enthält und bei einer Verweilzeit von 3o "bis 21 ο Minuten ein autoxydierter Schlamm entsteht; und daß man diesen autoxydierten Schlamm abzieht und wenigstens teilweise in die Belüftungszone zurückführt.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der neuen Erfindung ergeben sich aus den beiliegenden Darstellungen von Ausführungsbeispielen sowie aus der folgenden Beschreibung.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Anlage, wobei ein Klärgefäß an die Autoxydationszone angeschlossen ist, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist;

Fig. 2 eine andere Ausführungsform, wobei das Klärgefäß zwischen der Stabilisationszone und der Autoxydationszone angeordnet ist;

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform, die etwa der Anlage nach Fig. 2 entspricht, wobei aber Sauerstoff gesondert in die Belüftungszone und die Autoxydationszone eingeführt wird, und wobei der aktivierte Schlamm aus einer Zwischenzone, d.h. entweder der Stabilisationszone oder der Autoxydationszone, abgezogen und zurückgeführt wird; und

Fig. 4 achematisch einen Querschnitt einer Anlage, bei weloher das Sauerstoff enthaltende Gas und die Suspension der Feststoffe in der Flüssigkeit stufenweise durch vier Zonen geführt werden. .

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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens müssen die Belüftungszone, die Stabilisierungszone und die Autoxydationszone getrennt sein. Die Suspension der Feststoffe in der Flüssigkeit muß mit abnehmendem Gehalt an BOD aus der ersteren zu der letzteren geführt werden. Das stufenweise Hindurchführen durch getrennte Zonen ist notwendig, um einen glatten Fluß und ein Rückmischen zwischen den einzelnen Zonen zu vermeiden. Wenigstens zwei Belüftungszonen sind erforderlich, die nachstehend als eigentliche Belüftungszone und. als Stabilisierungszone gekennzeichnet sind. Die eigentliche Belüftungszone ist die erste oder Zuführungszone. Bei vollständiger Mischung der Flüssigkeit ist nicht assimiliertes BOD überall in dieser Zone vorhanden. Der aus dieser Zone abgeführte suspendierte aktivierte Schlamm enthält wesentliche Mengen von Nährstoffen für Bakterien in gelöster oder an den Flocken absorbierter Form. Weil dieses Flüssigkeitsgemisch in die Stabilisierungszone geführt wird, ist es noch nicht so weit an Nährstoffen verarmt, daß eine hohe Autoxydation weder in der ersten noch in der zweiten Zone stattfindet. In der Stabilisierungszone wird das restliche gelöste und adsorbierte BOD von den Flocken assimiliert» Das heißt, daß die Flüssigkeit an BOD noch nicht so weit verarmt ist, wie für eine sohneile Autoxydation erforderlich ist. Dieses STadium tritt erst in der dritten Stufe ein.

Wenn man einen größeren Sengen BOD enthaltenden Schlamm aus der Stabilisierungszone gut mischen würde, mit einem an BOD verarmten Schlamm aus der Autoxydationszone, wurden dem letzteren Nährstoffe zugeführt werden, die ein Wachstum der Bakterien fördern, so daß eine schnelle Autoxydation nicht möglich wäre. Wenn man umgekehrt einen an BOD verarmten Schlamm rückmisohen würde, in die Stabilisierungszone, so würde der Gehalt an BOD in dieser Zone verringert werden und die Ässimilationsgesohwindigkeit würde abnehmen» Es müssen daher wenig-

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stens drei getrennte Zonen oder Stufen vorgesehen sein, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, eine Zone für die Belüftung, eine Zone für die Assimilation von BOD oder die Stabilisierung, und die dritte Zone für die Autoxydation.

Ein Kennzeichen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist .die Aufrechterhai tung einer hohen Konzentration an suspendierten Feststoffen während des ganzen Verfahrene, d.h. in der Belüftungszone, in der Stabilisierungszone und in der Autoxydationszone. t Das BOD enthaltende Wasser sollte wenigstens 3ooo ppm mlvss, vorzugsweise 5ooo Ms 9000 ppm enthalten. Der Grund hierfür ist der, daß durch die Konzentration der Peststoffe in der Belüftcqspzone die"Geschwindigkeit der biochemischen Umsetzungen "beim erfind ungs gemäß en Verfahren erhöht wird. Städtisches Abwasser enthält als suspendierte Peststoffe: 1) biologisch oxydierbares organisches Material, 2) nichtbiologisch oxydierbares organi- sches Material, 3) nichtoxydierbares nichtorganisches Material. Das nichtorganische Material wie Sand und Kies, und das nicht biologisch oxydierbare Materiel wie Teilchen von Polyäthylen oder Papier sind unerwünschte, aber unvermeidliche Bestandteile von BOD enthaltendem Wasser, wie Abwasser, die bei der Entstehung des Schlammes zugegen sind. Verhältnismäßig große Teil- - * chen, wie z.B. Holzschnitzel, können in der Regel vorher entfernt werden. .

Der größere Teil der Gesamtfeststoffe in dem Gemisch, beispielsweise 7o $, besteht aus bakteriellen Flocken (Biomasse), die aus dem Klärgefäß in die Belüftungszone zurückgeführt sind. Je

höher die Konzentration an Bakterien ist, desto schneller geschieht die Adsorption und Assimilation von BOD, und desto schneller ändert sich das Verhältnis von BOD zur Biomasse zu einem Wert für "die Autoxydationszone. Bei genügender Herabset-

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zung dieses Verhältnisses findet die Autoxydation in Gegenwart anderer günstiger Umgebungsbedingungen schnell statt. Zu diesen günstigen Umgebungsbedingungen gehört ein hoher Gehalt an flüchtigen suspendierten Feststoffen, ein hoher Gehalt an gelöstem Sauerstoff und eine besonders aktive Biomasse aus der Stabilisierungszone.

Der Verbrauch an aktiviertem Schlamm in der Autoxydationszone ist direkt abhängig von der Konzentration der flüchtigen suspendierten Feststoffe in dieser Zone. Man kann die Entstehung von Schlamm und den Verbrauch an Schlamm ins Gleichgewicht bringen, wenn die Konzentration an flüchtigen suspendierten Feststoffen unter 3ooo ppm liegt. Die Annäherung an dieses Gleichgewicht wäre aber sehr langsam, so daß man, wie bei den bekannten Verfahren, sehr lange Belüftungszeiten brauchte. Bei hohen Konzentrationen an Feststoffen in der Belüftungs- und Stabilisierungszone in Kombination mit anderen Merkmalen der Erfindung kann die Synthese und der Verbrauch an Schlamm innerhalb verhältnismäßig kurzer Zeit und unter Verwendung kleiner Belüftungsgefäße fast ins Gleichgewicht gebracht werden. Das bedeutet, daß die gesamte Verweilzeit in den drei Zonen nicht mehr als 5 Stunden zu sein braucht, während die entsprechende Verweilzeit bei den üblichen Anlagen bei wenigstens 18 bis 24 Stunden liegt. Die Anlagekosten und die Betriebskosten sind daher bei dem erfindungsgemäßen"Verfahren erheblich niedriger als bei den bekannten Verfahren, bei welchen eine Verringerung der Schlammenge angestrebt wird.

Nur ein kleiner Anteil des Schlammes, der durch die Autoxydationszone hindurchgeht, wird verbraucht, um das Gleichgewicht zur Entstehung des Schlammes beizubehalten. So findet beispielsweise je 4ooo ppm biologisch aktiver Feststoffe, die in die

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Belüftungszone eingeführt werden, eine Entstehung von vielleicht 2oo ppm neuer Zellen statt, so daß danach insgesamt 4bo ppm aktiver Feststoffe in die Autoxydationszone gelangen. Es müssen also nur 2oo ppm aktive FEststoffe, d.h. 5 %$ bei der Autoxydation verbraucht werden, um den gesamten Gehalt an aktiven Feststoffen im System konstant zu halten.

Ein anderes Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die hohen Geschwindigkeiten der Auflösung von Sauerstoff und die hohen Gehalte an gelöstem Sauerstoff in der Belüftungszone, der Stabilisierungszone und der Autoxydationszone. Obwohl anscheinend gewisse Mengen Sauerstoff von der Biomasse direkt aus der Gasphase adsorbiert werden, so wird doch der meiste Sauerstoff aus der Lösung aufgenommen. Die Menge des in dem Wasser in der Belüftungszone gelösten Sauerstoffs ist also sehr wichtig. Die Auflösungsgeschwindigkeit ist bei Verwendung von Luft natürlich langsam, wobei die Sättigung an Sauerstoff bei 2o°C in Wasser unter einem Druck einer Atmosphäre nur 9 ppm beträgt. Bei Näherung an diesen Sättierungsgrad wird kein weiterer Sauerstoff aus der Luft aufgenommen.

Der höchste Bedarf von Sauerstoff in dem System besteht in der Belüftungszone und in der Stabilisierungszone. Da ein Rückmisehen von an BOD verarmten aktivierten Schlamm aus der Autoxydationszone verhindert wird, ist in den ersteren Zonen eine verhältnismäßig hohe Konzentration an BOD für die Biomasse aus dem zurückgeführten aktivierten Schlamm.verfügbar. Eine hohe Konzentration an BOD und an Biomasse schaffen Bedingungen, die günstig sind für eine schnelle Assimilation von BOD und für ein schnelles Wachstum des Schlammes. Sauerstoff wird mit hoher Geschwindigkeit verbraucht, und bei der üblichen BeIUf-

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tung mit Luft sinkt der Gehalt an gelöstem Sauerstoff dort, wo der Schlamm entsteht, auf etwa Null. Das verringert nicht nur die Umsetzungsgeschwindigkeit, sondern es besteht auch die Gefahr, daß sehr unerwünschte aerobe Organismen entstehen. Um das zu vermeiden, sollte der Gehalt an gelösten Sauerstoff in der Belüftungszone und der Stabilisierungszone über etwa o,5 ppm, vorzugsweise bei 2 bis 5 ppm gehalten werden.

Ein derartiger Gehalt an gelöstem Sauerstoff kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in der Belüftungszone und in der Stabilisierungszone leicht aufrechterhalten werden,- wenn man die üblichen Verfahren zur Verwendung von Luft braucht. Ein,Belüftungsgas mit wenigstens 5o %, vorzugsweise wenigstens 9o Volumprozent Sauerstoff ist erforderlich. Das Gas sollte mit dem zurückgeführten aktivierten Schlamm und dem BOD enthaltenden Wasser so gemischt werden, daß große Phasen Grenzflächen bei geringster mechanischer Bearbeitung der Flüssigkeiten entstehen. Das Gas oder das Flüssigkeitsgemisch oder beide werden in der Belüftungszone kontinuierlich im Kreislauf zurückgeführt, wobei die Menge des Sauerstoff enthaltenden Gases und die Geschwindigkeit und Dauer dieses in Berührungsbringens genügend sein müssen, um den gewünschten Gehalt an gelöstem Sauerstoff aufrechtzuerhalten„ Der Gehalt an gelöstem Sauerstoff in der Belüftungszone sollte vorzugsweise nicht höher als 5 bis 1o ppm sein. Beim Versuch, höhere Konzentrationen an gelöstem Sauerstoff zu erreichen, findet ein Zerreiben der Bakterienflocken statt, wodurch der Durchmesser der Agglomerate verringert und ihre Fähigkeit zum Absetzen verschlechtert werden. Es würden hierbei die Flockenteilchen so klein werden, daß das abfließende Wasser trübe würde und nicht mehr abgelassen \verden könnte. Beim starken mechanischen Bearbeiten sinkt auch der Gehalt des zurückgeführten Schlammes an Feststoffen schnell, und der gewünschte hohe Gehalt an flüchtigen suspendierten Feststoffen

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könnte nicht aufrechterhalten werden. Eine gesamte Berührungszeit von 2o bis 9b Minuten in der Belüftungszone und der Stabilisierungszone genügt, um das BOD in der Flüssigkeit und dem Schlamm zu assimilieren. Hierbei sollte in der Belüftungszone eine Verweilzeit von wenigstens 5 Minuten vorgesehen sein.

In der Autoxydationszone ist der Gehalt an BOD verhältnismäßig gering, da der größere Teil schon in der Belüftungszone und in der Stabilisierungszone verbraucht ist. Obwohl die Geschwindig?- i keit der Assimilation durch Sauerstoff in der Autoxydationszone geringer ist, so sollte auch in dieser der Gehalt an gelösten Sauerstoff über 5 ppm, vorzugsweise bei 1o bis 15 ppm gehalten werden. Verhältnismäßig hohe Gehalte an gelöstem Sauerstoff sind erwünscht, weil während des Durchflusses der Flüssigkeit durch die Anlage die bakteriellen Agglomerate allmählich größer werden und der übergang von gelöstem Sauerstoff in di*e-^it?ckenteilchen durch Diffusion erschwert wird. Bei einem G"eh«3rtr-an gelöstem Sauerstoff von wenigstens 5 ppm wird der Widerstand gegen Diffusion verringert, und es ist möglich, dem' biologisch oxydierbaren organischen Material höhere Mengen von Sauerstoff zuzuführen. Gehalte an gelöstem Sauerstoff über 15 ppm können nur bei starkem Mischen aufrechterhalten werden, was zu einer · f Verringerung des Durchmessers der Agglomerate und einer Verschlechterung ihrer Absetzfähigkeiten führt. Deshalb würden in einem solchen Falle längere Verweilzeiten bei der Klärung erforderlich sein,· um den äutoxydierten Schlamm von dem gereinigten Wasser zu trennen.

Die geringere Geschwindigkeit der Assimilation von Sauerstoff in der Autoxydationszone erfordert auch weniger Sauerstoff enthaltendes Gas, um den Gehalt an gelöstem Sauerstoff über 5 ppm zu halten. Um aber nicht zu einem starken Rühren greifen zu

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müssen, sollte das Belüftungsgas in dieser Zone wenigstens 35 Volumprozent Sauerstoff enthalten. Geringere Konzentrationen an Sauerstoff bringen größere Mengen an nicht reagierenden Gasen wie Stickstoff der Luft, mit sich, so daß das Gas verdünnt wäre, und ein starkes Rühren und Mischen erforderlich wäre, um den verringerten P&rtialdruck des Sauerstoffs zu kompensieren. Mit anderen Worten, das in die Autoxydationszone eingeführte Gas sollte wenigstens 35 % Sauerstoff enthalten, um bei geringem Bedarf an Energie eine entsprechende Assimilation von Sauerstoff zu erleichtern.

Die Belüftungszeit in der Autoxydationszone sollte wenigstens 3o Minuten betragen, um wenigstens den größeren Teil des überschüssigen Schlamms zu oxydieren. Eine Mischzeit von mehr als 21 ο Minuten sollte vermieden werden, um die Absitzfähigkeit des autoxydierten Schlamms nicht zu verschlechtern.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das nicht verbrauchten Sauerstoff enthaltende Gas aus der Belüftungszone abgeführt und in die Stabilisierungszone¹als oben erwähntes zweites, wenigstens 35 Volumprozent Sauerstoff enthaltendes Gas eingeführt, dort wird das Gas mit dem suspendierten aktivierten Schlamm aus der Belüftungszone gemischt, Das nicht verbrauchten Sauerstoff enthaltende Gas aus der Stabilisierungszone wird abgezogen und in die Autoxydationszone als drittes, wenigstens 35 Volumprozent Sauerstoff enthaltendes Gas eingeführt und in dieser Zone mit dem an Bod verarmten Schlamm aus der Stabilisierungszone gemischt. Das Gas wird also im Gleichstrom mit der Suspension der Feststoffe in der Flüssigkeit geführt. Durch ein derartiges stufenweisen Hindurchführen des Gases durch die Zonen kann die Ausnutzung des Sauerstoffes, der in die Belüftungszone eingeführt wurde, verbessert werden. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der

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Erfindung enthält das erste Gas wenigstens 9o Volumprozent Sauerstoff, das zweite Gas wenigstens 7o % Sauerstoff, das -dritte Gas wenigstens 55 % Sauerstoff. Hierbei enthält das aus der Autoxydationszone abgezogene Gas wenigstens 3o ^Sauerstoff.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die überstehende Flüssigkeit von dem suspendierten aktiven Schlamm getrennt, der entweder in der Belüftungszone oder in der Stabilisierungszone anfällt. Dieses Ab- " trennen wird in einer zwischendrin angeordneten Klärungszone durchgeführt. Die verbleibenden stärker konzentrierten Feststoffe werden in die nächste Zone geführt. Bei dieser "Kontaktstabilisierung" liegt das Verhältnis der Konzentration vori Feststoffen in der AutoxydatUnszone zu der Konzentration von Feststoffen in der Belüftungszone bei wwenigstens 3:1. Das Verhältnis von zurückgeführtem Schlamm zu dem BOD enthaltenden Wasser in der Belüftungszone sollte hierbei vorzugsweise bei weniger als o,5;1 liegen. Das erstere Verhältnis sichert einen hohen Gehalt an Feststoffen in dem zurückgeführten Schlamm, was es seinerseits erlaubt, verhältnismäßig geringe Mengen im Kreislauf zurückzuführen, so daß auch hierdurch die Kosten für die Anlage und die Λ Energie herabgesetzt werden.

Die Zeichnungen zeigen, daß BOD enthaltendes Wasser, wie Abwasser, durch die Leitung 11 in die Belüftungszone 1o eingeführt wird. Als Quelle für ein wenigstens 5o % Sauerstoff enthaltendes Gas dient beispielsweise der Behälter 13. Aus diesem gelangt das Gas durch die Leitung 14 mit einem Regelventil 15 in die Zolle 1o. Aktivierter Schlamm gelangt durch die Rückleitung 16 mit dem Regelventil 17 ebenfalls in die Zone 1o.

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Diese Stoffe werden in der 2one 1 ο durch die Vorrichtungen 18 gerührt und innig gemischt. Die Rührvorrichtung kann z.B. aus Propellern bestehen, die an Motoren angetrieben sind und in der Nähe der Flüssigkeitsoberfläche oder untergetaucht angeordnet sind. Das Sauerstoff enthaltende Gas kann durch die Leitung 14 über oder unter den Flüssigkeitsspiegel zugeführt werden. Solche Anlagen sind an sich gut bekannt. Es sollten solche Ausführungsformen gewählt werden, daß bei geringem Energieaufnrand eine innige Berührung des Gases und der Flüssigkeit stattfindet» Bei einmaligem Durchführen des Gases sollte die Vorrichtung so beschaffen sein, daß längere Berührungszeiten zwischen dem Gas und der Flüssigkeit gewährleistet sind. Wenn man das Sauerstoff enthaltende Gas in der Flüssigkeit verteilt, sollten die Blasen so klein sein, daß ihre Gesamtoberfläche groß und ihre Aufstiegsgeschwindigkeit gering ist» Ein besseres Auflösen des Sauerstoffs wird auch dadurch erreicht, daß man den Gasverteiler so tief in die Flüssigkeit eintaucht, daß die hydrostatische Wirkung bedeutungsvoll ist. Wie schon erwähnt, können das Gas oder die Flüssigkeit oder beide im Kreislauf geführt werden, um eine wiederholte Berührung in dieser Zone zu sichern.

Die Eignung von Belüftungsvorrichtungen wird in der Regel gemessen durch ihre Fähigkeit zum Übertragen von Luft. Das bedeutet, ihre Fähigkeit zum Lösen von Sauerstoff aus Luft in Sauerstofffreies Leitungswasser bei einer Atmosphäre von 2O⁰C, Geeignete Geräte dieser Art erreichen Werte von o,9 kg O„ je kW. Xn diesem Falle ist die aufgewendete Energie die Gesamtenergie, um die Flüssigkeit zu rühren und das Gas mit der Flüssigkeit in Berührung zu bringen.

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Die Belüftungszone 1o istτοη der Stabilisierungszone 19 getrennt, z.B. durch tief herabreichende Leitbleche 2o, um ein Rückmischen der Flüssigkeiten zwischen benachbarten Zonen zu verhindern. Gegebenenfalls kann auch mehr als eine Stabilisierungszone vorgesehen sein. Die Gesamtzeit für das Mischen in der Belüftungszone und in der Stabilisierungszone sollte unter 9o Minuten liegen, bei wenigstens 5 Minuten für die Belüftung. In der Belüftungszone wird eine bestimmte Menge eines Sauerstoff enthaltenden Gases mit dem zu behandelnden BOD enthaltenden Wasser und zurückgeführten Schlamm gemischt. In der Stabilisierungszone wird eine bestimmte Menge eines Sauerstoff enthaltenden Gases während genügend langer Zeit mit suspendiertem aktiven Schlamm gemischt, so daß ein an BOD verarmter Schlamm entsteht, der geringere Mengen BOD enthält, als der Schlamm in der Belüftungszone und gegebenenfalls höhere Mengen gelösten Sauerstoffs enthält als die Flüssigkeit in der Belüftungszone. Bei der Anlage nach Fig. 1 können noch weitere den Leitblechen 2o ähnliche Leitbleche vorgesehen werden, um den Durchfluß der Flüssigkeit zu verlangsamen und mehr als eine Stabilisierungszone zu schaffen.

Der aktivierte Schlamm wird in die Zone 1o zurückgeführt durch die Leitung 16, und zwar in einer solchen Menge, daß in der Zone 1o wenigstens 3ooo ppm flüchtige suspendierte Feststoffe vorhanden sind. Bei dieser Konzentration der flüchtigen Feststoffe liegt die Konzentration an Gesamtfeststoffen, einschließlich der nicht flüchtigen Feststoffe, in der Regel bei wenigstens 4ooo ppm. Bei der praktischen Durchführung des Verfahrens können die Zuflußgeschwindigkeit des BOD enthaltenden Wassers und sein Gehalt an BOD schwanken, so daß es notwendig sein kann, die Menge des zurückgeführten aktivierten Schlamms zu regeln, um den Gehalt an suspendierten Feststoffen bei der gewünschten Höhe

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zu halten. Diese Regelung geschieht durch das Regelventil 17. Der Zustrom von Sauerstoff enthaltendem Gas zu der Zone 1o kann eingestellt werden durch das Regelventil 15. Die Energiezufuhr wird so eingestellt, daß der Gehalt der Flüssigkeit an gelöstem ' Sauerstoff über o,5 ppm liegt.

Der suspendierte aktivierte Schlamm entsteht in der Belüftungszone durch Mischen und Adsorption von Sauerstoff. Die gemischte Flüssigkeit 21 wird aus der Zone 1o in die Stabilisierungszone 19 geführt, z.B. durch eine Öffnung in dem Leitblech 2o, die vorzugsweise entfernt von der Einführungsstelle des BOD enthaltenden Wassers vorgesehen ist. Gleichzeitig sammelt sich über der Flüssigkeit in der Zone 1o ein Gas mit verringertem Sauerstoffgehalt an unter einem Deckel oder einer Kuppe, von wo es abgezogen werden kann.

Ein wenigstens 35 % Sauerstoff enthaltendes Gas wird in die Stabilisierungszone 19 durch die Leitung 23 mit einem Regler 24 eingeführt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dieses Gas das Abgas aus der Belüftungszone 1o sein, das nicht verbrauchten Sauerstoff und inerte Gase, wie Kohlendioxyd, Stickstoff, Argon und Wasserdampf, enthält. Man kann aber auch das nicht verbrauchten Sauerstoff enthaltende Gas aus der Belüftungszone 1o abziehen und für andere Zwecke verwenden. Bei einer weiteren AusfUhrungsform kann ein Teil dieses Gases in die Stabilisierungszone 19 durch die Leitung 23 geführt werden, und ein anderer Teil aurch eine nicht abgebildete Leitung abgezogen. Wenn das Abgas aus der BeIUftungszone nicht in der Stabilisierungszone 19 verwendet wird, so ist eine andere Quelle für Sauerstoff enthaltendes Gas erforderlich, oder

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es müssen Mittel vorgesehen sein, um Gas aus der Quelle 13 in die Stabilisierungszone einzuführen.

Der suspendierte aktivierte Schlamm und das Sauerstoff enthaltende Gas werden in der Stabilisierungszone 19 durch Vorrichtungen 18 gemischt. Die Berührungszeit zwischen der Flüssigkeit und dem Gas in der BelUftungszone und der Stabilisierungszone sollte insgesamt bei 2o bis 9ο Minuten liegen. Der in der Stabilisierungszone verwendete Mischer kann ähnlich oder gleich sein dem Mi— ' scher 18 der Belüftungszone. Nicht abgebildete Regelvorrichtungen können vorgesehen sein, um den Fluß des aktivierten Schlammes aus der Zone 1o in die Zone 19 zu regeln. Man kann beispielsweise das Gemisch aus der Zone 1 ο durch eine Leitung in die Zone 19 führen, wobei diese Leitung ein Ventil enthalten kann. Die Zufuhr von Energie und/oder die Zufuhr von Sauerstoff enthaltendem Gas durch das Ventil 24 kann dadurch geregelt werden, daß man dieses Ventil 24 so einstellt, daß der Gehalt an gelösten Sauerstoff in der Stabilisierungszone 19 über o,5 ppm, und über dem Gehalt in der Zone 1o liegt.

Der in der Stabilisierungszone 19 gebildete an BOD verarmte ak- J t!vierte Schlamm 25 wird in die Autoxydationszone 26 abgelassen, die von der Zone 19 durch das Leitblech 27 getrennt ist. Gleichzeitig führt man einen wenigstens 35 Volumprozent Sauerstoff enthaltendes Gas durch die Leitung 23a mit dem Regelventil 24a in die Autoxydationszone 26 ein. Dieses Gas wird mit dem Schlamm 25 in der Autoxydationszone 26 in einer solchen Menge und mit einer solchen Energie gemischt, daß der Gehalt der Mischung an gelösten Sauerstoff über 5 ppm, vorzugsweise bei To bis 15 ppm liegt. Die Berührungszeit zwischen Gas und Flüssigkeit in dieser Zone liegt bei 3o bis 21 ο Minuten, so daß ein teilv/elser autoxydierter Schlamm entsteht.

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Wenn mehr als eine Autoxydationszone gewünscht wird, so können zusätzliche Leitbleche, dargestellt durch eine gestrichelte Linie, vorgesehen sein. In der Autoxydationszone wird ein Sauerstoff enthaltendes Gas mit einem an BOD verarmten Schlamm aus der Stabilisierungszone gemischt. Wenn das Mischen unter den Bedingungen der Autoxydation geschieht, d.h. wenn der Gehalt an gelöstem Sauerstoff über 5 ppm liegt, werden wenigstens zwei Autoxydationszonen benötigt. Die gesamte Berührungszeit.in der oder den Autoxydationszonen liegt bei weniger als 21 ο Minuten.

Der autoxydierte Schlamm wird aus der Autoxydationszone 26 durch die Leitung 28 abgezogen und in das Klärgefäß 29 geführt*. Das nicht verbrauchten Sauerstoff enthaltende Gas wird aus der Zone 26 durch die Leitung 29a abgezogen. Die Bauart der Klärgefäße ist gut bekannt. Ein Klärgefäß kann beispielsweise einen langsam rotierenden nicht abgebildeten Rechen am kegelförmigen Boden aufweisen, um ein kegelförmiges Absitzen des Schlammes zu verhindern. In dem Klärgef&ß setzt sich der autoxydierte Schlamm am unteren Ende ab und wird durch die Leitung 3o abgezogen. Ein Teil oder der gesamte autoxydierte Schlamm wird durch die Leitung 16 in die Belüftungszone 1o zurückgeführt. Restlicher Schlamm wird durch die Leitung 3o abgezogen. Geklärtes Wasser wird durch die Leitung 31 abgeführt und kann beispielsweise in die Vorflut gelangen.

Bei einer anderen Ausführungsform wird ein Teil des Sauerstoff enthaltenden Gases aus der Quelle 13 durch die Leitung 32 mit dem Regelventil 33 in die Zone 34 geführt, um dort mit wenigstens einem Teil des zurückgeführten aktivierten Schlammes aus der Leibung 35, die von der Leitung 16 abzweigt, gemischt zu werden. Gewünschtenfalls kann die Zweigleitung 35 ein Regelventil 35a

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enthalten. Zum Mischen können Vorrichtungen 36 verwendet werden, die ähnlich sind den Vorrichtungen in der Belüftungszone 1o, der Stabilisierungszone 19 und der Autoxydationszone 26. Das Gemisch aus der Zone 34 wird durch die Leitung 37 in die Belüftungszone 1o geführt und dort mit dem BOD enthaltenden Wasser so gemischt, wie es oben bezüglich der Fig. 1 erläutert wurde. Bei einer anderen Ausführungsform kann das gesamte Sauerstoff enthaltende Gas mit dem zurückgeführten aktivierten Schlamm in der Zone 34 gemischt werden, so daß überhaupt kein Sauerstoff enthaltendes ™ Gas direkt durch die Leitung 14 in die Belüftungszone 1o geführt wird. Bei allen diesen Ausführungsformen müssen natürlich in der Zone To die oben erwähnten Bedingungen eingehalten werden. In jedem'Fall muß der Gehalt an flüchtigen suspendierten Feststoffen bei wenigstens 3ooo ppm liegen, die gesamte Berührungszeit in der Belüftungszone und in der Stabilisierungszone muß bei 2o bis 9o Minuten liegen, die Berührungszeit in der Belüftungszone muß bei wenigstens 5 Minuten liegen, und das Gemisch muß mehr als etwa o,5 ppm gelösten Sauerstoff enthalten.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist die Klärzone 29 stromaufwärts vor der Autoxydationszone 26 anstatt stromabwärts nach A Fig. 1 angeordnet. Gewünschtenfalls kann die Klärzone 27 noch weiter stromaufwärts vor der Stabilisierungszone 19 angeordnet sein.Iiach der Fig. 2 ist die Stabilisierungszone in zwei Abteilungen oder Stufen unterteilt, wobei sich die erste Abteilung 19 vor der Klärzone 29 und die zweite Abteilung 41 hinter der Zone 29 befindet.

Der Vorteil einer Anlage nach Fig. 2 besteht darin, daß nur ein kleineres Volum an konzentriertem aktivierten Schlamm in den Zonen stromabwärts der Klärzone 29 behandelt wird. Das BOD enthaltende Wasser kann in- den Zonen 1o und 19 mit Sauerstoff ent-

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- 2ο -

haltendem Gas und aktiviertem Schlamm solange gemischt werden, daß das BOD von den Schlammschlacken absorbiert und assimiliert wird, wobei gereinigtes Wasser abgezogen wird. Diese Behandlungszeit kann zwischen beispielsweise 15 und 45 Minuten liegen, wenn vor der Klärung nur die Belüftung durchgeführt wird. Die Suspension des aktivierten Schlammes wird durch die Leitung 39 aus der Zone 19 in die Klärung 29 geführt, wo die überstehende Flüssigkeit abgetrennt und durch die Leitung 31 abgezogen wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform, wobei die Klärzone 29 zwischen der Belüftungszone 1o und der Autoxydationszone 26 angeordnet ist, wie beispielsweise nach Fig. 2, ist das Verhältnis der Konzentration an Gesamtfeststoffen in der Autoxydationszone zu der Konzentration in der Belüftungszone wenigstens 3:1. Das Verhältnis des. zurückgeführten Schlammes zu dem BOD enthaltenden Wasser in der Belüftungszone liegt unter o,5:1. Durch jede dieser Maßnahmen können die Kosten für die Anlage und die Energie wegen der geringen Menge der behandelten Flüssigkeiten herabgesetzt werden.

Der konzentrierte aktivierte Schlamm gelangt aus dem Klärgefäß 29 in die Leitung 4o, wenn die Stabilisierung vor der Klärung geschieht, so ist der Schlamm wenigstens teilweise an BOD verarmt. Dann führt man den Schlamm in eine zweite Stabilisierzone 41. Dort wird Sauerstoff enthaltendes Gas durch die Leitung 23a eingeführt. Wenn die Assimilation des absorbierten BOD vollständig ist, entsteht ein an BOD verarmter stabilisierter Schlamm 25. Dieser letztere strömt in die Autoxydationszone 26. Ein wenigstens 35 % Sauerstoff enthaltendes Gas wird mit dem stabilisierten Schlamm in der Zone 26 gemischt. Bei diesem Gehalt an Sauerstoff kann das Abgas, das aus der Zone 41 durch die Leitung 42 abgezogen wird, wenigstens einen Teil des Gases enthalten,

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das in die Autoxydationszone 26 eingeführt wird. Nach der Fig.2 strömt das Sauerstoff enthaltende Gas stufenweise durch die Belüftungszone, die beiden Stabilisierungszonen und die Autoxydationszone. Hierbei nimmt der Gehalt an Sauerstoff stufenweise zusammen mit dem Gehalt an BOD in der Flüssigkeit ab.

Nach Fig. 3 werden das unverbrachten Sauerstoff, Umsetzüngsprodukte und inerte Verdünnungsgase enthaltende Gasgemisch aus der Stabilisierungszone 19 durch die Leitung 44 abgezogen. Ein zwei tes Sauerstoff enthaltendes Gas aus beispielsweise dem Behälter 5o wird zugeführt durch die Leitung 51 mit dem Regelventil 52
in die zweite Stabilisierungszone 41.

Dieses Gas enthält wenigstens 35, vorzugsweise wenigstens 5o %
Sauerstoff. Der Sauerstoff wird teilweise verbraucht bei der
weiteren Stabilisierung und Autoxydation der Bakterien des
Schlammes. Der unverbrauchte Sauerstoff, Umsetzungsprodukte
und inerte verdünnende Gase werden aus der letzten Stufe der
Autoxydation durch die Leitung 54 abgezogen.

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Ein weiteres Kennzeichen der Anlage nach Fig. 3 ist das Abziehen des Schlammes aus der in der Mitte angeordneten Stabilisierungszone 41 durch die Leitung· 16 und eine Zurückführung desselben in die Belüftungszone 10 als aktivierter Schlamm. Dieser Schlamm ist in der Klärzone 29 schon konzentriert worden und ist in der Zone 41 an BOB verarmt, ist aber nicht einer intensiven AutOxydation in der Zone 26 unterworfen gewesen. Ein möglicher Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß die Bakterien in dem zurückgeführten Schlamm aktiver sind, als bei Ausführungsformen nach fig. Ί und 2, wo der zurückgeführte Schlamm intensiv autoagröiert wird. Aktivere Bakterien beschleunigen auch die Assimilation von BOD in der Belüftungszone und in der Zone 19·

Die Mg. 4 stellt eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere nach Fig. 1, dar. In einem Behälter 61 befinden sich vier getrennte Kammern 60a, 60b, 60c und 6Od für stufenweise Behandlung mit Sauerstoff. Ein gemeinsamer Deckel 62 ist für alle Kammern vorgesehen und hat einen Gasraum zwischen dem Deekel ülber der Flüssigkeit. Die Gasräume zwischen der ersten und der zweiten Kammer 60a und 60b sind durch eine Wand 63a-b voneinander getrennt, die'vom Deckel 62 bis zum Boden des Behälters 61 reicht und mit diesen Wandteilen flüssigkeitsdicht verbunden ist. Entsprechende Scheidewände 63b-c bzw. 63c-d trennen die zweite und die dritte Kammer 60b und 60c und die dritte und die vierte Kammer 60c und 6Od. Das Gemisch von Flüssigkeit und Feststoffen strömt durch die öffnungen 64 in der Scheidewand 63a-b, vorzugsweise in der Nähe des Bodens, durch die öffnung 65 vorzugsweise im oberen Teil der Scheidewand 63b-c und die Öffnung 66 vorzugsweise in der Nähe des Bodens der Scheidewand 63c~d, von einer Kammer in die andere. Biese Durchflüsse können aus kleinen Löchern 67 be-

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stehen. Daher kann ein Rüekmischen des Sauerstoff enthaltenen Gases oder der mit Sauerstoff "behandelten Flüssigkeit vermieden werden, wann ein Druckunterschied zwischen den Kammern aufrechterhalten wird. Das Glas und die Flüssigkeit bewegen sich im Gleichstrom von einer in die -andere Kammer. Hierbei werden die größtmöglichen Mengen Sauerstoff absorbiert und assimiliert, und für eine gegebene Behandlungszeit wird die höchste Wirksamkeit erreicht.

Nach der Fig. 4 wird das BOD enthaltende Wasser in die erste Kammer 60a durch die Leitung 11 eingeführt. Das Gas tritt durch die Leitung 14 ein. Zum Mischen werden ein untergetauchter Gasverteiler 68 und ein Propeller 69 verwendet, der vorzugsweise unmittelbar über dem Gasverteiler angeordnet ist. Der Propeller 69 wird durch Antriebsmittel, wie beispielsweise einen elektrischen Motor,angetrieben. Die von dem Gasverteiler 68 aufsteigenden MLeinen Gasblasen werden in der ganzen Kammer in inniger Berührung mit der Suspension der Feststoffe in der Flüssigkeit durch den Propeller verteilt. Sie steigen bis zur Flüssigkeitsoberfläche auf, von wo sie mit den bei der Reaktion entstandenen Gasen und den inerten Verdünnungsgasen in den Gasraum gelangen. Zum Erhalt des notwendigen Druckes für das - * kontinuierliche Umwälzen des Gases ist die Saugseite eines Gebläses 70 in Verbindung mit dem Gasraum der Kammer, und die Druckseite ist durch die Leitung 71 mit dem Gasverteiler 68 verbunden. ~

Wie schon gesagt, strömen die Suspension der Feststoffe in der Flüssigkeit und das Gas stufenweise aus der ersten Kammer 60a durch die Kammern 60b, 60c und 60d. Die Strömungsgeschwindigkeiten und die Energie zum Mischen können so geregelt werden,

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daß die oben beschriebene Belüftung in der ersten Kammer 60a durchgeführt wird, und der autoxydierte Schlamm aus der vierten Kammer 6Od durch die Leitung 72 in das Klärgefäß 73 geführt ' wird, wo das Gemisch in gereinigtes Wasser und konzentrierten autoxydi'erten Schlamm aufgeteilt wird. Die Stabilisierung des Schlammes geschieht wenigstens in der zweiten Kammer 60b und vielleicht auch in der dritten Kammer 60c. Die letztere Kammer kann aber auch als Autoxydationszone betrieben werden.

Im unteren Teil des Klärgefäßes 73 ist ein langsam rotierender Rechen 74 vorgesehen, um ein kegelförmiges Absitzen des Schlammes zu verhindern. Der aktivierte Schlamm wird am Boden durch die Leitung 75"abgezogen. Ein Teil dieses konzentrierten aktivierten Schlammes wird mittels der Pumpe 76 in die erste Kammer 60a zurückgeführt, wo er mit dem BOD enthaltenden Wasser und dem Gas gemischt wird. Die Geschwindigkeit der Rückführung des Schlammes kann geregelt werden durch Änderung der Fördergeschwindigkeit der Pumpe 76, die der Zuflußgeschwindigkeit von BOD enthaltendem Wasser angepaßt werden kann, θ-ereinigtes Wasser gelangt aus dem Klärgefäß 73 in die Leitung 77.

Die Vorteile des erfindungsgemaßen Verfahrens wurden gezeigt in einer Reihe von Versuchen unter Verwendung einer Anlage entsprechend der Pig. 4 und unter Zufuhr von BOD enthaltendem städtischem Abwasser. In einem rechtwinkligen bedeckten Behälter mit einer Länge von 4,26 m, einer Breite von 1 ,53 m und einer Höhe von 1,22 m waren vier Kammern mit einem Passungsvermögen von je 1 730 Liter angeordnet. Diese Kammern waren durch senkrechte Scheidewände, die von oben bis unten reichten, voneinander getrennt. Das Klärgefäß war zylindrisch mit einem kegelförmigen Boden, hatte einen Durchmesser von

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2,44 m und in der Mitte eine Höhe von 1,37 m. Am Boden rotierte ein Rechen mit vier Umdrehungen je Stunde. Der autoxydierte Schlamm aus der vierten Kammer wurde in ein mittiges konzentrisches Leitblech im oberen Ende des Klärgefäßes eingeführt. Der konzentrierte Schlamm wurde am Boden des Klärgefäßes abgezogen. ■

Zum Mischen in jeder Kammer wurde ein von einem Motor von 1/3 kV/ angetriebener Propeller mit einem Durchmesser von ™

15»24 cm verwendet, der das einem fest angeordneten Grasverteiler direkt unter dem Propeller entweichende Gas verteilte. Die Gasverteiler bestanden aus einem Rohr mit einem Durchmesser von 1,27 cm mit 16 in Abständen von 1,59 mm angeordneten Löchern. Ein mit verschiedener Geschwindigkeit betreibbarer Flügelkompressor wurde verwendet, um das Gas aus dem Gasraum jeder Kammer im Kreislauf zu dem Gasverteiler zurückzuführen. Die Geschwindigkeit der Umwälzung des Gases innerhalb jeder Kammer und die Mischgeschwindigkeit wurden einzeln und unabhängig voneinander geregelt. Die Geschwindigkeit der Umwälzung des Gases wurde durch Rotameter, die Energie zu mischen, durch Wattmeter gemessen. Λ

Aus zylindrischen Behältern mit regelbarem Druck wurde ein · Gas mit 99,5 fo Sauerstoff zugeführt. Vor der Einführung in die Kammern wurde das Gas mit Wasser gesättigt. Das unverbrauchten Sauerstoff und inerte Gase und gasförmige Umsetzungsprodukte enthaltende Abgas wurde von der einen zur anderen Stufe durch Leitungen von 61 bis 70 cm Länge und 5 om Durchmesser geführt, deren Öffnungen durch die Decken von je zwei benachbarten Kammern führten. Die Druckdifferenz für diese Gasführung von einer Kammer zur anderen betrug etwa 0,22 cm H₂O.

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Die Suspension der Feststoffe in der Flüssigkeit strömte in der in Pig. 4 mit Pfeilen angegebenen Richtung. Die Öffnung 64, und 66 bestanden jeweils aus acht Löchern mit Durchmessern von 5,1 cm. Dabei wurde ein gesamter Durchflußquerschnitt

2 zwischen zwei benachbarten Stufen von etwa 160 cm erreicht.

Die Tabelle A enthält Mittelwerte, die bei kontinuierlichem Arbeiten während 14 Tagen erhalten wurden. Die Zufuhr von rohem Abwasser wurde konstant bei 37,9 -Litern je Minute, und die Rückführung des Schlammes konstant bei 6,1 Liter' je Minute gehalten. Die anderen Betriebsbedingungen wurden so gleichmäßig wie möglich gehalten. Die hauptsächlichen Schwankungen beruhten auf den täglichen Änderungen der Konzentration an BOD in dem Abwasser. Dadurch schwankte der Gehalt an gelöstem Sauerstoff in der ersten Kammer zwischen etwa 0,5 ppm während des Tages und etwa 3,0 ppm während der Wacht, wobei der Mittelwert während 24 Stunden bei etwa 0,8 ppm lag. Alle Messungen, deren Ergebnisse in der Tabelle A enthalten sind, wurden durchgeführt gemäß "Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater Including Bottom Sediments and Sludges" _t, 11th Ed., 1962.

BAD ORiGfNAL

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. - 27 -

Tabelle A

Zugeführte Menge Abwasser (Liter/Min.) 37,9

Temperatur des Abwassers, C ■ 20,25

Suspendierte Peststoffe im Abwasser, ppm 150

BOD im Abwasser, ppm 225 Verweilzeit der Flüssigkeit in jeder Kammer, Min. 39 Mittlerer Gehalt an MLSS in allen vier Kammern, ppm 5 Mittlerer Gehalt an MLVSS in allen vier Kammern,ppm 3

Zurückgeführte Schlammenge (Liter/Min.) 6,1 Verhältnis des zurückgeführten Schlammes zur Menge

des Abwassers 0,16:1 Konzentration des zurückgeführten Schlammes an

MLSS, ppm 36 Konzentration des zurückgeführten Schlammes an

Miiifere^PPIn ^BaD des behandelten Wassers, ppm* ■ 25₂|00 /Konzentration des behandelten Wassers an MLSS, ppm 20

Mittlere Absitzgeschwindigkeit der Flüssigkeit

(Meter/Std.) 2,0

Mittlerer Flüssigkeitsschlammvolumindex 50

Verhältnis der Nährstoffe zur Biomasse

(kg B0I>₅/Tage χ kg MLVSS)*** 0,5

Gehalt an gelöstem Sauerstoff in

Kammer 1, ppm 0,8

Kammer 2, ppm 3

Kammer 3, ppm 4

Kammer 4, ppm 7

Gehalt an BOD in

Kammer 1, ppm* ■ 50

Kammer 2, ppm* 33

Kammer 3, ppm* 30

Kammer 4, ppm* 25

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Tabelle A (Fortsetzung)

Sauerstoffgehalt des eingeführten Gases in

Kammer 1 , YoI.<fo 99,5

Kammer 2, Vol.fo . 90**

Kammer 3, Vol$ 85**

Kammer 4, Vol.# 77**

Sauerstoffgehalt des aus Kammer 4 abgezogenen

Gases, Yol.fo 65**

* Die Bestimmungen wurden durchgeführt an der überstehenden Flüssigkeit nach 30 Minuten Absitzen, sie umfaßt auch nicht abfiltrierte suspendierte Feststoffe.

** Geschätzte Werte

MLSS bedeutet die gesamten suspendierten Feststoffe, organische und anorganische.

MLVSS bedeutet die gesamten flüchtigen organischen Feststoffe.

*** BODp- bezieht sich auf eine Messung eines während 5 Tagen geimpften Musters.

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Während der gesamten Betriebszeit wurde kein Schlamm aus dem System abgezogen. Der gesamte im Klärgefäß anfallende Schlamm wurde in die erste Kammer zurückgeführt. Eine gewisse Schlammmenge sammelte sich allerdings in dem Klärgefäß an, diese Ansammlung betrug aber nur 35 bis 60 tfo der Menge, die bei den bekannten Verfahren unter Verwendung der Werte a und b nach den bekannten nachstehenden Gleichungen vorausgesagt werden konnten:

A S - a L - b VSS

Hierbei bedeutet Δ S Schlammproduktion in kg täglich

a Ausbeutekoeffizient der Zellen

(kg) erzeugter Schlamm/kg BODj- entfernt

A L kg täglich entferntes BODc

b endogener Respirationskoeffizient VSS kg mit Sauerstoff behandeltes MLVSS

Die Zunahme des Bestandes an Schlamm lag bei 36,9 kg,während bei den bekannten Verfahren eine Zunahme von 56,0 bis 87,5 kg zu erwarten gewesen war. Der Wert von 56,0 kg ist errechnet

bej., ,Zugrundelegung eines Wertes für a von 0,534 und eines ^

Wertes für b von 0,015. Der Wert von 87,5 kg ist Errechnung unter Zugrundelegung eines Wertes für a von 0,729 und für b von 0,003. Hierzu wird verwiesen auf Jenkins D. and Menar '

A. B., "The Fate of Phosphorous in Sewage Treatment Processes Part I, " Report No. 67-6, Sanitary Engineering Research Laboratory, University of California, Berkeley, May 1967.

Es sei bemerkt, daß der mittlere Wert für das Verhältnis von Nährstoffen zur Biomasse nach Tabelle A (0,5 kg im BOD₅/Tagexkg MLVSS) errechnet ist unter Zugrundelegung der gesamten flüch-

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tigen suspendierten Feststoffe in allen Belüftungsstufen, ein-, schließlich der Autoxydationsstufe. Dieser Mittelwert paßt auch zu einem vollständig durchgemischten Gemisch gemäß dem Stande der Technik, gibt aber den Wert für das stufenweise Verfahren gemäß der Erfindung nur unvollständig wieder. Bei dem erfindungsgemäßen Verjähren ist das BOD nicht gleichmäßig in allen Stufen des Systems enthalten, sondern befindet sich vorzugsweise in den Abteilungen, wo die Belüftung stattfindet. Bei dem Vierstufensystem nach Tabelle A- kommt das BOD anfänglich in Berührung nur mit einem Viertel der gesamten Biomasse. Das Mengenverhältnis von Nährstoffen zu Biomasse in der ersten Stufe ist viermal höher als der Mittelwert von 2,0. Der-reiche Gehalt an Nährstoffen in dieser Stufe, die verhältnismäßig hohe Konzentration an MLVSS und die reichliche Zufuhr von gelöstem Sauerstoff fördern eine sdnelle Absorption und Assimilation des BOD. Infolgedessen ist die Autoxydationszone an BOD verarmt, und das Verhältnis von Nährstoffen zurBiomasse liegt bei nur etwa 0,2 oder einem Zehntel des Verhältnisses in der ersten Stufe. Bei den Bedingungen der letzten Stufe und einem hohen Gehalt an gelöstem Sauerstoff werden das Auflösen der Zellen und die Autoxydation beschleunigt.

Die Verringerung des überflüssigen Schlammes um 18,9 kg 13 Betriebstagen in der Versuchsanlage bedeutet eine erhebliche Ersparnis von Kosten für die Anlage und den Betrieb. Wenn man annimmt, daß der überschüssige Schlamm mit einer typischen Konzentration von 30 000 ppm abgeführt wird, so müßten 18,9 kg trockener Feststoffe etwa 630 Litern entsprechen. Berechnet man die entsprechenden Werte für eine Anlage mit der täglichen Behandlung von 18 900 m städtischem Abwasser, so würden in 13 Tagen 218 ht Schlamm weniger anfallen. Die Menge

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Gefäße für die anaerobe Behandlung von Schlamm mit 30 000 ppm kann noch höher sein als die oben angegebene Zahl, wenn man den Schlamm bei der anaeroben Behandlung üblicherweise 15 bis 30 Tage lang verbleiben läßt. Die Größe der Anlage kann also

3
in diesem Falle um rund 1 000 nr verringert werden. Andere bei der Behandlung des Schlammes entstehende Kosten würden ebenfalls verringert werden, die beispielsweise -beim Entwässern und Veraschen entstehen. .

Ein Vergleich der Werte der Tabelle A mit dem bekannten Verfahren unter Verwendung von Luft zeigt, daß in der ersten Kammer unter Bedingungen der Belüftung gearbeitet wurde, während in der zweiten und dritten Kammer unter Bedingungen gearbeitet wurde, bei denen der Schlamm stabilisiert wird. Der Gehalt der Flüssigkeit in der ersten Kammer an gelöstem Sauerstoff schwankte erheblich zwischen 0,5 und 3»0 ppm. Der Gehalt der zweiten und dritten Kammer an gelöstem Sauerstoff war ziemlich konstant und lag etwas höher als bei 3 bzw. 4 ppm, was anzeigte, daß die Assimilation des BOD fortschritt. Der verhältnismäßig hohe Gehalt an gelöstem Sauerstoff von. 7 ppm in der vierten Kammer und der verhältnismäßig niedrige Gehalt von 25 ppm an BOD zeigen, daß dort die AutOxydation stattfand. Der Gehalt an für die f

Bakterien verfügbaren Nährstoffen aus dem Abwasser war also soweit herabgesetzt, daß die Bakterien hungerten und sich selbst verzehrten.

Bezüglich der oben angeführten Gleichung zur Berechnung des Wertes 4S sieht man, daß die Menge des erzeugten Schlammes 4-S verringert werden kann, und zwar nicht nur durch Erhöhung des endogenen Respirationskoeffizienten b, sondern auch anstelle dessen oder gleichzeitig durch Herabsetzung des Zellenausbeute-

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koeffizienten a. Eine Verringerung des Koeffizienten a bedeutet, daß ein großer Anteil des von den Zellen verbrauchten BOD verwendet wird zur Aufrechterhaltung der Zellen, und nur ein kleinerer Anteil für die Entstehung neuer Zellen. Die für die Aufrechterhaltung des Lebens der Zellen benötigten Nährstoffe werden direkt zu CO₂ und Wasser oxydiert, und erhöhen daher nicht den Gehalt an Peststoffen in dem System. Es ist augenscheinlich, daß die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entstehenden Umweltbedingungen nicht nur den Koeffizienten b erhöhen, sondern auch die bakterielle Zusammensetzung der Biomasse oder den Stoffwechsel der Zellen oder beide soweit ändern, daß der Koeffizient a verringert wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine hohe Autoxydationsgeschwindigkeit und ein geringer oder gar kein Anfall an Schlamm erzielt. Außergewöhnlich kurze Zeitdauern für das Mischen sind bei der Belüftung bei der Stabilisierung und bei der Autoxydation erforderlich. Hierdurch können die Abmessungen-der Gefäße verringert werden, die Betriebskosten werden gesenkt, und die Anlagen für die Behandlung des überschüssigen Schlammes können wenigstens teilweise entfallen.

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Claims

Patentansprüche .

'( 1 .Verfahren zum Behandeln von biologisch oxydierbares Material (BOD) enthaltendem Wasser durch Belüftung in Berührung mit einem bakteriell aktiven Schlamm unter Absitzenlassen des bei der Belüftung entstehenden Schlammes und Zurückführen in die Belüftungszone, dadurch gekennzeichnet, daß man soviel zurückgeführten Schlamm in die Belüftungszone einführt, daß das BOD enthaltende Wasser in der Beliftungszone wenigstens 3 000 ppm flüchtiger suspendierter Feststoffe |

(MLYSS) enthält, daß man in die Belüftungszone ein erstes wenigstens 50 Volumprozent Sauerstoff enthaltendes G-as einführt und es wenigstens 5 Minuten lang in einer solchen Menge und mit einer solchen Geschwindigkeit mit dem BOD enthaltenden Wasser und dem zurückgeführten Schlamm mischt, daß das Flüssigkeitsgemisch wenigstens etw 0,5 ppm gelösten Sauerstoff enthält und ein suspendierter aktivierter Schlamm entsteht, daß man den suspendierten aktivierten Schlamm aus der Belüftungszone in eine Stabilisierungszone überführt, daß man in die Stabxlisierungszone ein zweites wenigstens 35 Volumprozent Sauerstoff enthaltendes Gas einführt und es mit dem Schlamm in einer solchen Menge und mit einer solchen Geschwindigkeit mischt, daß ein an BOD %

verarmter Schlamm entsteht, der weniger BOD enthält, als der Schlamm aus der Belüftungszone, daß man die Verweilzeit der flüssigkeit in der Belüftungszone und der Stabilisierungszone bei 20 bis 90 Minuten hält, daß man den an BOD verarmten Schlamm aus der Stabilisierungszone in eine Autoxydationszone überführt, daß man in die Autoxydationszone ein drittes wenigstens 35 Volumprozent Sauerstoff enthaltendes Gas einführt und es mit dem Schlamm in einer aolchen Menge und mit einer solchen Geschwindigkeit mischt, daß das

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Flüssigkeitsgemisch wenigstens 5 ppm gelösten Sauerstoff enthält und bei einer Verweilzeit von 30 "bis 210 Minuten ein autoxydiert er Schlamm entsteht, und. daß man diesen autoxydierten Schlamm abzieht und wenigstens teilweise in die Belüftungszone zurückführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man es zum Behandeln von Abwasser anwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Gehalt an MLVSS in der Belüftungszone bei 5 000 bis 9 000 ppm hält.
4·" Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis '3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Gehalt an gelöstem Sauerstoff in der Belüftungsζone und in der.Stabilisierungszone bei 2 bis 5 ppm hält.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn-: zeichnet, daß man den Gehalt an gelöstem Sauerstoff in der Autoxydationszone bei 10 bis 15 ppm hält.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 "bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das unverbrauchten Sauerstoff enthaltende Abgas aus der Belüftungszone als zweites Gas in die Stabilisierungszone führt, das unverbrauchten Sauerstoff enthaltende Abgas aus der Stabilisierungszone als drittes Gas in die Autoxydationszone führt, und unverbrauchten Sauerstoff enthaltendes Abgas aus der Autoxydationszone mit einem Gehalt von mehr als 21 Volumprozent Sauerstoff abzieht.

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7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man den Sauerstoffgehalt des ersten Gases "bei wenigstens 90 Volumprozent, den des zweiten Gases bei wenigstens ; 70 Volumprozent, den des dritten Gases bei wenigstens 55 Volumprozent und den des aus der Autoxydationszone abgezogenen Abgases bei wenigstens 30 Volumprozent Sauerstoff hält.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das gereinigte Wasser von dem in der Autoxydationszone anfallenden Schlamm trennt und wenigstens

te "

einen Teil des Schlamms in die Belüftungszone zurückführt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das gereinigte Wasser von dem in der Belüftungszone anfallenden Schlamm trennt und diesen in die Stabilisierungszone überführt.
10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß man das Verhältnis der Konzentration der Feststoffe in der Autoxydationszone zu der Konzentration der Feststoffe in der Belüftungszone "bei wenigstens 3:1 hält, und daß man Λ das Verhältnis des in die Belüftungszone zurückgeführten Schlamms zu dem in die Belüftungszone eingeführten BOD enthaltendem V/asser bei weniger als 0,5:1 hält.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das gereinigte Wasser von dem in der Stabilisierungszone anfallenden Schlamm trennt und diesen in die Autoxydationszone überführt.

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12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man das Verhältnis der Konzentration der Feststoffe in der Autoxydationszone zu der Konzentration der Feststoffe in der Belüftungszone "bei wenigstens 3:1 hält, und das Verhältnis des in die Belüftungszone zurückgeführten Schlamms zu dem in die Belüftungszone eingeführten BOD enthaltendem Abwasser "bei weniger als 0,5*1 hält.

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