DE2066180C2 - Verfahren zur Herabsetzung des biochemischen Sauerstoffbedarfs von Abwasser - Google Patents

Description

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esse einer möglichst wirksamen Reaktion zu begrenzen,. richtung der Rohrleitung im augemeinen längs eines kann es in einigen Fällen vorteilhaft sein, den Abfluß vor linearen oder geraden Verlaufes vorgezogen, insbeson-Sfüner Zuführung zu der Umwandlungsanlage zu entlflf- dere da der Druckabfall minimal ist, und die Rohre in ten in Abhängigkeit von Faktoren, welche die Ge- Standardlängen wirtschaftlich in einem länglichen Kiesschwindigkeit des erforderlichen Sauerstoffüöerganges 5 bettgraben unterhalb der Frostgrenze nach konventioeinschließen, z. B. der Länge der Umwandlungsanlage, nellen Arbeitsweisen verlegt werden können. Wo eine der Menge von zugeführtem reinen Sauerstoff etc. Der lineare Ausrichtung infolge der Grenzen der Grundflä-Luftabscheider gehört zum konventionellen Prallblech- ehe nicht zulässig ist, kann die Rohrleitung in einer komtyp und ist mit einer Vakuumpumpe 40 mit Wasserab- pakteren Gegenkrümmungs- oder Schleife.ianordnung dichtung verbunden, weiche von Schaum aus dem Luft- 10 angeordnet werden, z.B. der in der Fig. 2 gezeigten abscheider nich? beeinträchtigt wird, um aufgelöste Luft Anordnung. In dieser Form können eine Vielzahl von aus der Flüssigkeit, wenn sie sich in dem Luftabscheider- linearen Rohrleitungsabschnitten 110 in nahe beieinangewölbe sammelt, zu entfernen. Ein konstanter Fiuß derliegenden, parallelen Gräben gruppiert und für konwird normalerweise durch den Luftabscheider mittels tinuierlichen Durchtritt miteinander verbunden werden, der Bypass-Leitung 32 aufrecht erhalten, wobei konven- 15 wobei die Verbindungen geeigneterweise U-Abschnitte tionelle Strömungsaufzeichinungen und Flüssigkeitspe- 112 aus Gußeisen sind. Um die entsprechenden Biegungelsteuerung (nicht wiedergegeben) eingesetzt werden. gen der Röhrenumwandlungsanlage dauerhaft zu ver-

Aus dem Sammelbehälter 12 strömt der entlüftete, ankern, können die U-Teile in Betondrucklager 114, wie rohe Abfluß 42 durch die Abgabeleitung 44 zu der dies gezeigt ist, gesetzt werden. Pumpstation 10, wo eine Zentrifugalpumpe 4C den Ab- 20 Da die Vielfachlinear-Abschnitte der Umwandlungsfluß mit einer Druckspitze von etwa 0,14 atü in das Auf- anlage, wie sie in F i g. 2 gezeigt ist ebenfalls aus preisnahme- oder Eingabeende 48 der Röhrenumwandlungs- wertem Rohr in Standardlängen hergestellt werden anlage R abgibt Dieser Strom von primärem Abfluß können, ist diese Anordnung immer noch im Vergleich wird, wie oben beschrieben, mit einem Strom von rei- mit den üblichen, großräumigen und komplizierten Benem Sauerstoff aus der Sau«rstoffleitung 18 und einem 25 hältern für offene Belüftung usw. für die Behandlung Strom von Belebtschlamm aus der Schlainmrückfüh- gleicher Mengen von sekundärem Abwasser wirtschaftrungsleitung 26 vereinigt Die Sauerstoffzugabe aus lieh. Ein weiterer praktischer Gesichtspunkt ist der, daß dem Lagerbehälter 16 wird ,geeigneterweise verdampft die Betebtschlamm-ROckführieitung für die Umwandindem sie aufeinanderfolgend durch einen Wärmetau- lungsanlage der F i g. 2 sehr viel kürzer sein kann als für scher 50 unter Verwendung von Umgebungsluft als Er- 30 eine ausgedehnte, lineare Umwandlungsanlage, wärmungsmedium und einen elektrischen Nacherwär- Die Turbulenz kann unter anderem durch Einbauten mer 52 zur Erwärmung und Ausdehnung des Sauerstoff- erzeugt werden. Jedoch kann die Turbulenz auch ohne gases in der Versorgungsleitung 18 für die optimale An- solche Einbauten auf andere Weise erzeugt werden, wendung in der Umwandlungsanlage durchgeleitet Eine bevorzugte Ausführungsform von Einbauten ist wird. Eine konventionelle Regulierungssteuerung für 35 in der F i g. 3 wiedergegeben, in welcher ein Teil eines die Strömung ist bei 54 in der Zuführungsleitung 18 Abschnittes der Umwandlungsanlage mit zwei aneinanangezeigt um eine abgemessene Menge von Sauerstoff dergrenzenden Längen von Rohren 120 und 122, die in die Röhrenumwandlungsanlage entsprechend den mittels einer geeigneten Kupplungsmuffe 124 und Dich-Reaktionserfordernissen einzuführen. tungsmanschetten 126 miteinander vereinigt sind, wie-

Der Strom von zugesetztem Belebtschlamm wird 40 dergegeben ist In diesem Falle enthält jede Rohrlänge

ebenfalls einer Strömungsmengensteuerung für optima- feststehende Einbauten-Einheiten, z. B. wie bei 128 und

Ie Reaktionsbedingungen unterworfen. Der in den Ein- 130 in dem Rohr 120 und bei 128' und 130' im Rohr 122

laß der Umwandlungsanlage zurückzuführende gezeigt Die Einheiten können in voneinander getrenn-

Schlamm wird gesammelt, wenn er sich am Boden der ten Paaren, wie gezeigt, oder kontinuierlich miteinander

Kläreinrichtung 20 ablagert, von welcher er durch eine 45 verbunden über eine Rohrlänge entsprechend der Strö-

Abgabeleitung 60 zur Pumpstation 24 und zur mungsgeschwindigkeit, des Ausmaßes der erforderli-

Schlammrückführpumpe 62 strömt wo er durch die chen Mischung usw. angeordnet werden. Das Paar von

Rückführungsleitung 26 in die Rohrleitung der Um- vereinigten Einheiten 128 und 130 besteht aus komple-

wandlungsanlage gepumpt wird. Eine konventionelle mentären, bandartigen Streifen, die verdrillt sind, wie es

Reguliersteuerung für die Strömung ist bei 64 angezeigt so am besten bei der Einheit 128 zu sehen ist. Die Richtung

und sie kann zur Einstellung der Strömungsmenge des der Verdrillung ist im Abschnitt 130 umgedreht so daß

Rückführschlammes dienen. In der Praxis werden etwa die Strömung in der Umwandlungsanlage bei der An-

90% des gesammelten Schlammes in die Umwandlungs- sieht von links in F i g. 3 abwechselnd zuerst entgegen

anlage rückgeführt wobei der restliche Teil durch einen dem Uhrzeigersinn durch die Einbauten-Einheit 128 und

mit einem geeigneten Ventil versehenen Austritt bei 61 55 dann im Uhrzeigersinn durch die Einheit 130 gelenkt

in einen nicht wiedergegebenen Schlammverwerter wird,

oder dergl. als Abfall abgegeben wird. In der Praxis ist es vorteilhaft, Druckabgriffe längs

Die hier verwendete Kläreinrichtung 20 kann eine der Umwandlungsanlage anzuordnen, z. B. in Abstän-

standardmäßige, kommerzielle Anlage sein, welche zur den von 12,2 m, um Fehler infolge Verstopfung usw. zu

Abtrennung des Schlammes von klarem Ablaufwasser 60 lokalisieren und um den Betrieb der Umwandlungsanla-

selbstreiniger.de Rohrglieder besitzt ge zu überwachen. Die F i g. 1 und 3 zeigen eine einfa-

Die Röhrenumwandlungsanlage R kann geeigneter- ehe Abgriffanordnung, bei welcher eine Kupplungsweise als konventionelle Rohrleitung aufgebaut sein, manschette 124 mit einer Druckabgriffleitung 132 verwobei Standardlängen handelsüblicher Rohre verwen- sehen ist, die zusammen mit einem strömungsabwärts det werden, z. B. Rohre aus Asbestzement Hohe Innen- 65 Hegemon Abgriff 132', wie dies in der F i g. 1 gezeigt ist, drücke kommen nicht vor, und andere preiswerte Roh- mit einem standardmäßigen Differenzdruckanzeigeinre, z. B. Betonrohre in Standardlängen, können ange- strument 134 auf einer Stcuerschalttafei 136 verbunden wandt weiden. Falls Raum verfügbar ist, wird die Aus- ist. Die Steuereinrichtung für die Umwandlungsanlage

5 6 g;

wird gemäß der Erfindung zur Bestimmung der Merge trolleinrichtung bei 54, F i g. 1, periodisch auf den opti- ΐ des Ablaufwasserflusses und der entsprechenden Men- malen Sauerstoffstrom durch Beobachtung eines kon- k, gen von zugesetztem Sauerstoff und Belebtschlamm am ventionellen Sauerstoffanalysators (nicht wiedergege- Iß Reaktoreinlaß zur Herabsetzung des BSB-Wertes in der ben) eingestellt werden, welcher den Sauerstoffgehalt £ Umwandlungsanlage in voraussagbarer Weise getrennt 5 von aus dem Auslaß der Röhrenumwandlungsanlage || eingestellt und ebenfalls um den zugesetzten Sauerstoff entnommenen Proben anzeigt. Obwohl reiner Sauer- fp in möglichst leistungsgerechter und wirtschaftlicher stoff für den Reaktionsablauf vorgezogen wird, kann ein Weise auszunützen. geeignetes, Sauerstoff-führendes Medium verwendet

Die Geschwindigkeit des Massenüberganges von werden, vorausgesetzt, daß es den Gesamtsauerstoffbe-Sauerstoff aus der Dampfphase in das Ablaufwasser und io darf befriedigt. Die Gesamtmenge des Sauerstoffes wird den Belebtschlamm ist der bestimmende Faktor bei ei- besonders am Eingang der Umwandlungsanlage zugener Anlage, in welcher der BSB-Wert des Ablaufwassers setzt, jedoch kann zusätzlicher Sauerstoff, falls gein der kürzesten Zeit reduziert wird. Diese Übergangs- wünscht, in Abschnitten längs der Rohrleitung eingegeschwindigkeit ist proportional dem Sauerstoffkon- führt werden. %

zentrationsgradienten d. h. der Differenz zwischen der 15 Die Leistungsfähigkeit oder die Geschwindigkeit der wirklichen Sauerstoffkonzentration (aufgelöster Sauer' Reaktion kann in bestimmten Fällen durch anfängliche stoff) im Ablaufwasser unter den herrschenden Tempe- Entlüftung des Ablaufwassers bzw. verbrauchten Wasratur- und Druckbedingungen und der Sauerstoffkon- sers verbessert werden. Die Luftabscheidung entfernt ' zentration bei der Sättigung für gleiche Temperatur- unerwünschte, gelöste Gase, z. B. Stickstoff, welche den und Druckbedingungen. Die Verwendung von Sauer- 20 Übergang von Sauerstoffgas auf das Ablaufwasser in stoff anstelle von Luft steigert die Geschwindigkeit des der Umwandlungsanlage abträglich beeinflussen. Die Sauerstoffüberganges in das Ablaufwasser und den Be- Notwendigkeit der Entlüftung hängt von dem BSB-lebtschlamm. Beispielsweise beträgt bei 25,6°C und at- Wert und/oder der Menge der aufgelösten, nicht ermosphärischem Druck die Sauerstoffsättigungskonzen- wünschten Gase in dem Ablaufwasser ab. tration im Ablaufwasser 39,1 ppm im Vergleich mit Ie- 25 Obwohl die Erfindung bei der allgemeinen Anwendiglich 8,2 ppm bei Verwendung von Luft unter gleichen dung sich auf die Behandlung von primärem Abfluß Bedingungen. Wenn der Belebtschlamm in dem Ablauf- bezieht, d. h. Ablaufwasser, das vom Oberteil von Ab- _k wasser etwa 2,5 ppm Sauerstoff zur Herabsetzung des setzbehältern oder einer Vorbehandlungsanlage (pri-BSB des Ablaufwassers bei maximaler Geschwindigkeit mären Behandlungsanlage) abgezogen wird, ist es in erfordert, wird die Sauerstoffkonzentration bei einer 30 bestimmten Fällen mölgich, den rohen Abwasserstrom ι solchen Geschwindigkeit 36,6 ppm bei reinem Sauer- direkt zu behandeln, falls der Gehalt an absetzbaren & stoff und 5,7 ppm bei Luft Das heißt die Geschwindig- Feststoffen niedrig ist /1

keit des Massenüberganges von Sauerstoff auf Ablauf- Die Faktoren für die Auslegung der Umwandlungsan- K

wasser und Belebtschlamm ist etwa 6,4 mal größer als im lage zusammen mit der letztlichen BSB-Verminderung fe· Falle von Luft 35 können durch Berechnung innerhalb enger Grenzen %

Hinsichtlich des Schlammbestandteiles ist die Ge- vorausgesagt werden, wobei der BSB-Bedarf des eintre- I^ schwindigkeit der Reaktion zwischen Belebtschlamm tenden Abwassers gegeben sein muß. Die Wartung der ? und organischen Verunreinigungen im allgemeinen pro- Röhrenumwandlungsanlage kann mit standardmäßigen j' portional zu dem Produkt der Konzentrationen dieser Behandlungen für Rohrleitungen durchgeführt werden, ΐ beiden Bestandteile in der Mischflüssigkeit Diese Reak- 40 z. B. kann leicht Vorsorge für eine periodische Reini- Ϊ tionsgeschwindigkeit ist ferner unabhängig von der gung der Leitung durch Durchspülen und Umkehrspü- '; Sauerstoffkonzentration, vorausgesetzt natürlich, daß lung getroffen werden. -*

die Sauerstoffkonzentration den Minimnlwert, d. h. et- - .

wa 24 ppm, erreicht oder übersteigt E>aher kann die Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Reaktionsgeschwindigkeit durch Steigerung der Menge 45

von Belebtschlamm, welche zum Eingang der Umwandlungsanlage rückgeführt wird, gesteigert werden. Jedoch können die schlechten Massenübergangseigenschaften von Luft die erforderliche bloße, minimale Sauerstoffkonzentration bei 2,5 ppm zum Beibehalten einer 50
solchen gesteigerten Reaktionsgeschwindigkeit nicht
aufrecht erhalten. Indem reiner Sauerstoff zur Sicherstellung einer hohen Massenübergangsgeschwindigkeit
angeliefert wird, wird diese Beschränkung ausgeschaltet 55

Wesentlich ist, daß die Mischung von Abwasser und
Belebtschlamm in Pfropfenströmung, d. Ix im wesentlichen ohne Rückvermischung, durch diie Röhrenumwandlungsanlage geführt wird. Dadurch wird eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit und damit eine Herabset- 60
zung der Einbehaltungsdauer erreicht

Die Menge des in die Umwandlungsanlage eingespeisten reinen Sauerstoffes kann leicht für einen vorgegebenen, vergleichsweise konstanten BSB-Wert des eintretenden Abwasserabflusses berechnet werden. Wenn 65
der BSB-Wert wesentlichen Veränderungen unterworfen ist, z.B. während einer 24-stfindigen Beanspruchungszeit, kann die die Strömung aufzeichnende Kon-

Claims (2)

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reicht Die Bedingungen, um Pfropfenströmung zu er-

Patentansprüche: reichen, wie Strömungsgeschwindigkeit der Mischung

und die mechanischen Abmessungen wie Länge zu

I.Verfahren zur Herabsetzung des biochemischen Durchmesser der Röhrenumwandlungsanlage sind an

Sauerstoffbedarfs (BSB) von Abwasser in einer Roh- 5 sich bekannt und brauchen daher nicht näher erläutert

renumwandlungsanlage, bei dem Abwasser mit Be- zu wcrdea

lebtschlamm gemischt und Sauerstoff in dieser Mi- Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemä-

schung gelöst wird, dadurch gekennzeich- Ben Verfahrens ist Gegenstand des Anspruchs 2.

net, daß die Reaktionsmischung in Pfropfenströ- Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeich-

mung geführt und Turbulenz in der Reaktionsmi- io nungen näher erläutert Es zeigt

schung erzeugt wird. F i g. 1 einen teilweise schematischen Aufriß einer für

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens

zeichnet, daß der Sauerstoff am Eingang und an Ab- geeigneten Vorrichtung für primäres Abwasser,

schnitten längs der Röhrenumwandlungsanlage zu- F i g. 2 eine Teilaufsicht auf die unter der Erdoberflä-

geführtwird. 15 ehe angeordnete Röhrenumwandlungsanlage von

F i g. 1, die in einer Gegenkrümmungsanordnung darge-

stellt ist, und

Fig.3 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils der in den F i g. 1 und 2 gezeigten Umwandlungs-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herabset- 20 anlage, in der Einbauten zur Erzeugung der Turbulenz

zung des biochemischen Sauerstoffbedarfs (BSB) von angeordnet sind.

Abwasser in einer Röhrenumwandlungsanlage, bei dem Wie in F i g. 1 dargestellt, ist ein größerer Teil der Abwasser mit Belebtschlamm gemischt und Sauerstoff Behandlungsausrüstung für den primären Ausfluß, insin dieser Mischung gelöst wird. besondere derjenige, welcher die Reaktion zwischen Bei einem solchen Verfahren zur Herabsetzung des 25 den aeroben Bakterien und den organischen Verunrei-BSB von Abwasser handelt es sich um eine autokatalyti- nigungen betrifft, unterhalb der Erdoberfläche angeordsche Reaktion, d. h. die Feststoffe oder Bakterien sind net Die wesentlichen Systemelemente der Anlage umso wohl ein Reaktionsteilnehmer als auch ein Produkt fassen im allgemeinen eine Untergrund-Röhrenumder Reaktion. Wandlungsanlage R, eine Untergrundpumpstation 10, in Ein Verfahren dieser Art ist durch die FR-PS 30 welcher ankommender Abfluß von primärem Abwasser 13 84 442 bekanntgeworden. Bie diesem Verfahren wird aus einem Sammelbehälter 12 in die Umwandlungsanla-Belüftungsgas in einer hochturbulenten Mischungszone ge gepumpt wird, eine Quelle für reinen Sauerstoff, z. B. eingebracht und die Mischung anschließend durch ein einen oberirdischen Behälter 16 für flüssigen Sauerstoff, senkrecht angeordnetes Rohr geführt Wegen der un- der mittels einer Zuführungsleitung 18 einschließlich terschiedlichen Strömungsgeschwindigkeit von Flüssig- 35 Verdampfungseinrichtungen mit dem Eintritt der Röhkeit und Gas tritt eine nachteilige Rückvermischung der renumwandlungsanlage verbunden ist eine Kläreinrich-Reaktionspartner ein. tung 20 zur Aufnahme der abgegebenen Strömung aus Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver- der Umwandlungsanlage bei 22 und zur Abtrennung fahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem von klarem Ablaufwasser von dem in der Umwandeine höhere Reaktionsgeschwindigkeit bei der Herab- 40 lungsanlage aktivierten Schlamm und eine Pumpstation Setzung des biochemischen Sauerstoffbedarfs im Ab- 24, in welcher aktivierter Schlamm bzw. Belebtschlamm wasser erreicht wird. aus der Kläreinrichtung durch eine Rückführungslei-Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei dem eingangs tung 26 ebenfalls zum Eintritt der Röhrenumwandlungsgenannten Verfahren die Reaktionsmischung in Pfrop- anlage gepumpt wird. Die entsprechenden fließenden fenströmung geführt und Turbulenz in der Reaktionsmi- 45 Ströme, welche ankommenden Abwasserfluß oder Abschung erzeugt laufwasser, Sauerstoff und Belebtschlamm umfassen, Durch die Erzeugung von Turbulenz in der Röhren- verschmelzen als Zusammenfluß beim Eintritt der Umumwandlungsanlage wird ein inniger und vollständiger Wandlungsanlage für die durchmischte Strömung hier-Kontakt zwischen Sauerstoff, aeroben Bakterien und durch. Mit der Anlage verbundene Einrichtungen wie den organischen Verunreinigungen des Abwassers her- 50 Pumpen, Steuerventile für die Strömungsmenge etc. gestellt Die Bakterien wirken in bekannter Weise auf stellen allgemeine Standardausrüstungen dar, die entdie organischen Verunreinigungen ein, wodurch der sprechend den Erfordernissen der Anlage ausgewählt BSB-Wert auf ein festgelegtes Minimum gebracht wird. werden können.

Belebtschlamm wird während dieser Reaktion erzeugt Bei dem beschriebenen System wird Rohwasser aus Aus der Röhrenumwandlungsanlage treten daher 55 dem Absetzbecken einer Vorbehandlungsanlage (die Schlamm und klares Ablaufwasser auf, wobei der nicht wiedergegeben ist) abgezogen, welche das Abwas-Schlamm zum größten Teil zur Umwandlungsanlage ser oder das verbrauchte Wasser aus städtischen und/ rückgeführt wird und das Ablaufwasser, falls erwünscht, oder industriellen Ableitungen aufnimmt Das Abwasser durch eine weitere Behandlung regeneriert werden oder das verbrauchte Wasser wird mittels einer Überkann oder direkt in Gewässer eingeleitet werden kann. 60 gabepumpe 30 in den Sammelbehälter 12 entweder di-Dadurch, daß Abwasser und Belebtschlamm mit dem rekt durch eine Bypass-Leitung 32 oder über eine Leigelösten Sauerstoff in Pfropfenströmung, d. h. annä- tung 34 zu einem Vakuumentlüfter 36, von welchem es hemd ohne Rückvermischung, durch die Röhrenum- über eine Entleerungsleitung 38 in den Sammelbehälter Wandlungsanlage geführt werden, wird die Reaktions- strömt, gepumpt, siehe insbesondere Fig. 1. Der rohe geschwindigkeit der BSB-Herabsetzung wesentlich er- 65 Abfluß in dem Sammelbehälter enthält nur halbsuspenhöht und dadurch die Aufenthaltsdauer in der Umwand- dierte und suspendierte Feststoffe, lungsanlage entsprechend herabgesetzt Es wird ein Infolge des großen Stickstoffgehaltes der Luft und ideales Kontaktschema für die biologische Reaktion er- des Zieles, den Stickstoffgehalt des Abflusses im Inter-