DE2338000C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen einer organisch verunreinigten Flüssigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen einer organisch verunreinigten Flüssigkeit in einem Belebungsbecken in Gegenwart von belebtem Schlamm, bei dem ein mit Sauerstoff angereichertes Gas in einem geschlossenen Bereich des Belebungsbeckens in die Flüssigkeit eingeführt und ein Stoffwechselprodukte enthaltendes Gasgemisch aus dem Belebungsbekken abgeführt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es sind bereits Verfahren zum Reinigen einer organisch verunreinigten Flüssigkeit bekanntgeworden, bei denen der Flüssigkeit in einem abgeschlossenen Belebungsbecken in Gegenwart von belebtem Schlamm ein stark mit Sauerstoff angereichertes Gas zugeführt wird. Ein Teil des im Belebungsbecken entstehenden Flüssigkeits-Schlamm-Gemisches wird ständig in ein Nachklärbecken, in dem der Schlamm von der Flüssigkeit getrennt wird, abgezogen und zumindest ein Teil des im Nachklärbecken gewonnenen Schlamms wird ständig erneut in das Belebungsbecken zurückgeführt.

Der wesentlichste Nachteil dieser bekannten Verfahren liegt darin, daß insbesondere beim Abbau hoher Konzentrationen organischer Verunreinigungen die Reinigungsleistung zeitlich nicht konstant ist, sondern mit fortschreitender Zeitdauer abnimmt. Als Folge der die Reinigung der Flüssigkeit bewirkenden biologischen Reaktionen, die insbesondere bei hohen BSBs-Konzentrationen der Flüssigkeit mit einem starken Sauerstoffverbrauch und einer starken Produktion an Stoffwechselprodukten, insbesondere an CO2 verbunden sind, reichert sich innerhalb des Belebungsbeckens sowohl die Flüssigkeits- als auch die Gasphase, also die im Belebungsbecken vorhandene Atmosphäre, ständig mit CO2 an. Diese innerhalb des Belebungsbekkens ständig ansteigende CCh-Konzentration, die aufgrund der geringen Inertgaskonzentrationen im Belüftungsgas, es wird fast reiner Sauerstoff in das Belebungsbecken eingetragen, nicht durch Inertgas ausgetrieben werden kann, führt zu einer nachteiligen Beeinflussung der Sauerstoffausnutzung und zu einem ständigen Absinken des PH-Wertes des Abwasser-Schlamm-Gemisches, mit der Folge, daß die Reinigungsleistung ständig abnimmt.

Diese Nachteile werden auch bei einem aus der DE-OS 21 62 950 bekannten Verfahren zur Behandlung von biologisch abbaubares Material enthaltendem Abwasser mit Hilfe von biologisch aktiven Massen und sauerstoffhaltigen Gasen nicht vermieden, bei dem das zur Belüftung verwendete, sauerstoffhaltige Gas nach der Belüftung von der biologisch aktiven Masse abgetrennt, vom CO2 sowie gegebenenfalls anderen Atmungsprodukten zumindest teilweise befreit und anschließend erneut für die Belüftung eingesetzt wird.

Denn mit der Reinigung und Wiederverwendung des aus dem Belebungsbecken abgezogenen Gasgemisches kann nicht verhindert werden, daß sich aufgrund der stattfindenden biologischen Reaktionen innerhalb des Belebungsbeckens sowohl die Flüssigkeit als auch die über der Flüssigkeit befindliche Atmosphäre ständig mit Stoffwechselprodukten anreichert ELie zeitlich konstante Reinigungsleistung läßt sich bei diesem bekannten Verfahren auch nicht einfach dadurch erreichen, daß die Zeitabstände zwischen den Ablaßperioden des Gasgemisches verkürzt werden oder gar die Gasabfuhr ständig durchgeführt wird, da dann der Sauerstoffverbrauch infolge des erhöhten Anteils des sauerstoffhaltigen Gases an dem abzuziehenden Gasgemisch erheblich ansteigen würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Reinigen einer organisch verunreinigten Flüssigkeit zu entwickeln, bei dem unter Zugrundelegung einer möglichst hohen Sauerstoffausnutzung eine Anreicherung der Gasatmosphäre über dtr Flüssigkeit mit Stoffwechselprodukten weitgehend vermieden ist und dessen Reinigungsleistung auch bei hohen BSB-Konzentrationen der Flüssigkeit zeitlich konstant ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem zur Atmosphäre hin offenen Bereich des ansonsten geschlossen ausgebildeten Belebungsbeckens eine Flüssigkeitsströmung aufrechterhalten wird, das Stoffwechselprodukte enthaltende Gasgemisch durch Einleiten von Luft und/oder eines stärker als Luft mit Sauerstoff angereicherten Gases in diese Flüssigkeitsströmung erzeugt wird, wobei die Flüssigkeit innerhalb der Flüssigkeitsströmung in Stoffaustausch mit dem eingeleiteten Gas gebracht und das bei diesem Stoffaustausch anfallende, Stoffwechselprodukte enthaltende Gasgemisch unmittelbar aus dem zur Atmo-Sphäre hin offenen Bereich des Belebungsbeckens abgezogen wird, und daß die bei dem Stoffaustausch anfallende flüssige Phase aus dem offenen in den geschlossenen Bereich des Belebungsbeckens zurückgeleitet wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren gelingt es auf einfache Weise, die im Belebungsbecken aufgrund von biologischen Reaktionen anfallenden und in der Flüssigkeit gelösten Stoffwechselprodukte, insbesondere das CO2, aus der Flüssigkeit auszutreiben. Innerhalb der Flüssigkeitsströmung geht insbesondere das CO2 im Stoffaustausch mit der in diese Strömung eingeführten, z. B. eingeblasenen oder eingerührten. Luft in die Gasphase über und strömt im Gemisch mit Luft in Richtung Flüssigkeitsoberfläche. Am Ende dieser nach oben gerichteten Gasströmung wird das Gasgemisch aus dem Belebungsbecken abgezogen, während die in der Flüssigkeitsströmung geförderte, nunmehr von Stoffwechselprodukten weitgehend befreite Flüssigkeit erneut mit der restlichen Flüssigkeit im Belebungsbecken vermischt wird. Durch diesen zusätzlichen Kreislauf innerhalb des Belebungsbeckens gelingt es, die CO2-Konzentration im Belebungsbecken ständig unterhalb eines gewünschten Wertes zu halten, mit der Folge, daß der PH-Wert der Flüssigkeit nicht ständig abnimmt, sondern konstan* bleibt und daß die Sauerstoffausnutzung im C-i^uüngsbecken nicht durch zu hohe CO₂-Konzentrationen beeinträchtigt wird.

Mit Vorteil kann zum Austreiben der gelösten Stoffwechselprodukte, insbesondere des CO2, anstatt Luft auch ein stärker als Luft mit Sauerstoff angereichertes Gas herangezogen werden. Hierdurch erhält man eine höhere Sauerstoffkonzentration in der Flüssigkeit als der Sättigung relativ zu Luft entspricht

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gekennzeichnet durch mindestens einen im Belebungsbecken angeordneten beidseitig offenen Schacht, dessen unteres Ende in die FlüsFigkeit eingetaucht und dessen oberes Ende in die Nähe des Wasserspiegels geführt ist, wo es einen Oberfall für die Umwälzströmung bildet, durch eine den Schacht in Abstand umgebende Trennwand, deren unteres Ende in die Flüssigkeit eingetaucht und deren oberes Ende mit der Abdeckung des Belebungsbeckens gasdicht verbunden ist, sowie durch mindestens eine Flüssigkeitsfördervorrichtung und eine Gaszufuhrvorrichtung im Inneren des Schachtes.

Bei dieser Vorrichtung wird innerhalb des Schachtes mittels der Flüssigkeitsfördervorrichtung eine nach oben oder nach unten gerichtete Flüssigkeitsströmung erzeugt, in die mittels der Gaszufuhrvorrichtung ständig ein Gas, in erster Linie Luft zum Austreiben der in der Flüssigkeit gelösten Stoffwechselprodukte, insbesondere des CO2, eingeführt wird. Ist die Strömung im Schacht nach oben gerichtet, dann läuft die Flüssigkeit über einen Überfall in einen Kanal, der von dem Schacht und der Trennwand gebildet ist, in das Becken zurück und vermischt sich dort erneut mit der Flüssigkeit im Belebungsbecken. Bei umgekehrter Strömungsrichtung steigt die Flüssigkeit im äußeren Kanal auf, fällt über den Oberfall in den Schacht und tritt am unteren Schachtende wieder in das Becken ein. In diesem Falle wird die Strömungsgeschwindigkeit im Schacht so gewählt, daß die mit CO₂ angereicherte Luft nach oben austreten kann. Die Trennwand, die mit ihrem unteren Ende in die Flüssigkeit eingetaucht und mit ihrem oberen Ende gasdicht mit der Abdeckung des Belebungsbeckens verbunden ist, trennt die über dem größten Teil der Flüssigkeitsoberfläche bestehende Atmosphäre, die stärker als Luft mit Sauerstoff angereichert ist, von der Umgebung ab. Das bei dem im Schacht stattfindenden Stoffaustausch anfallende, im wesentlichen aus Luft und CO2 bestehende Gasgemisch verläßt über das offene obere Ende des Schachtes, das mit der Umgebung in Verbindung steht, das Belebungsbecken.

Die Lage und Ausbildung des Schachtes kann den Strömungsverhältnissen innerhalb des Belebungsbekkens angepaßt werden.

Es hat sich als strömungstechnisch vorteilhaft erwiesen, den Schacht entweder im mittleren Bereich des Beckenquerschnittes oder unmittelbar einer Seitenwand des Beckens benachbart anzuordnen, wobei eine weitere Verbesserung der Strömungsverhältnisse innerhalb des Beckens und somit der Durchmischung des von Stoffwechselprodukten befreiten Flüssigkeitsstromes mit der nicht am Stoffaustausch im Schacht teilnehmenden Flüssigkeit dadurch erreicht wird, daß im Falle einer im Schacht nach oben gerichteten Strömung die unteren Enden von Schacht und Trennwand, vom Schachtinneren gesehen, nach außen abgebogen sind und am Schacht etwa in Höhe des unteren Endes der Trennwand ein zusätzliches, ebenfalls nach außen abgebogenes Flüssigkeitsblech vorgesehen ist.

Eine weitere vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch mindestens zwei beidseitig offene Schächte, von denen der erste unmittelbar der einen Seitenwand des Belebungsbeckens benachbart und der zweite unmittelbar der gegenüberliegenden Seitenwand benachbart angeordnet ist, wobei jeder Schacht mit seinem unteren Ende in

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die Flüssigkeit des Belebungsbeckens eingetaucht und entlang seines oberen Randes gasdicht mit der Abdeckung des Belebungsbeckens verbunden ist und wobei im Inneren des ersten Schachtes eine Flüssigkeitsfördervorrichtung und eine Gaszufuhrvorrichtung vorgesehen sind.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dienen verschiedene, in den F i g. 1 bis 4 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiele, wobei gleiche Vorrichtungsteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Gemäß Fig. 1, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist, wird einem Belebungsbecken 1 über Leitung 2 organisch verunreinigtes Abwasser, über Leitung 3 ein stark mit Sauerstoff angereichertes Gas und über Leitung 4 Belebtschlamm is von einem hier nicht dargestellten Nachklärbecken zugeführt. Über Leitung 29 wird behandeltes Flüssigkeits-Schlamm-Gemisch aus dem Belebungsbecken in das Nachklärbecken abgezogen. Das Belebungsbecken 1 ist mit einer Abdeckung 5 versehen, die die im Belüftungsraum 6 vorhandene und stärker als Luft mit Sauerstoff angereicherte Atmosphäre von der Umgebung abtrennt. Über ein Begasungssystem 7 und ein Gebläse 8 wird ständig Sauerstoff in das organisch verunreinigte Abwasser eingetragen.

Aufgrund der den Abbau der organischen Verunreinigungen hervorrufenden biologischen Reaktionen fallen im Belebungsbecken ständig Stoffwechselprodukte, insbesondere CO2 an, was zu einem nachteiligen Absinken des PH-Wertes des Abwasser-Schlamm-Gemisches im Belebungsbecken und zu einer verminderten Sauerstoffausnutzung und somit insgesamt zu einer verringerten Reinigungsleitung des Verfahrens führt.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist im Belebungsbecken 1 ein beidseitig offener Schacht 9 vorgesehen, dessen unteres Ende in das Abwasser-Schlamm-Gemisch eintaucht und dessen oberes Ende in der Nähe des Wasserspiegels endet und mit der Umgebung 10 in Verbindung steht. Innerhalb des Schachtes 9, dessen Querschnitt z. B. kreisförmig ist, befinden sich übereinander angeordnet eine Flüssigkeitsfördervorrichtung 11 und eine Gaszufuhrvorrichtung 12. Während die Flüssigkeitsfördervorrichtung 11 innerhalb des Schachtes 9 eine nach oben oder nach unten gerichtete Flüssigkeitsströmung erzeugt, dient die Gaszufuhrvorrichtung dazu. Luft in diese Strömung einzuführen. Hierbei findet ein Stoffaustausch in der Strömung derart statt, daß die zunächst in der flüssigen Phase gelösten Stoffwechselprodukte, insbesondere das CO2, in die Gasphase übergehen. Das anfallende, im wesentlichen aus CO? und Luft bestehende Gasgemisch verläßt in Pfeilrichtung 13 das Belebungsbecken 1, während die weitgehend von Stoffwechselprodukten befreite Flüssigkeit entweder über einen Ringkanal 14, der einerseits durch den Schacht 9 und andererseits durch eine Trennwand 15 gebildet ist oder bei umgekehrter Strömungsrichtung über das untere offene Ende des Schachtes abläuft und sich dann erneut mit dem Flüssigkeits-Schiamm-Gemisch im Belebungsbecken vereint Die Trennwand 15, die mit ihrem unteren Ende in die Flüssigkeit des Belebungsbeckens 1 eintaucht und mit ihrem oberen Ende gasdicht mit der Abdeckung 5 des Belebungsbeckens verbunden ist, verhindert das Austreten des im Raum 6 vorhandenen, mit Sauerstoff angereicherten Gases in die Umgebung 10.

Die Ausführungsform nach Fig.2 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 im wesentlichen durch die Anordnung des Schachtes 9, der gemäß Fig.2 unmittelbar einer Seitenwand des Belebungsbeckens 1 benachbart angeordnet ist, wobei sowohl das untere Ende 16 des Schachtes als auch das untere Ende 17 der Trennwand 15, vom Schachtinneren gesehen, im Falle der im Schacht aufsteigenden Strömung nach außen abgebogen sind. Darüberhinaus ist an dem Schacht 9 etwa in Höhe des unteren Endes der Trennwand 15 ein zusätzliches, ebenfalls vom Schachtinneren gesehen, nach außen abgebogenes Flüssigkeitsleitblech 18 befestigt. Wie die verschiedenen Strömungspfeile 19 zeigen, ermöglicht die Schachtanordnung nach F i g. 2 eine gleichmäßigere Durchmischung der vom oberen Ende des Schachtes 9 über den Ringkanal 14 in das Becken zurücklaufenden an Stoffwechselprodukten verarmten Flüssigkeit mit der Flüssigkeit im Belebungsbecken 1.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in F i g. 3 dargestellt, wobei die Eintragung des über Leitung 3 in das Belebungsbecken 1 eingebrachten, stark mit Sauerstoff angereicherten Gases in die Flüssigkeit nunmehr mittels eines Oberflächenrührers 20 erfolgt. Im Unterschied zu F i g. 2 ist der Schacht 9 in diesem Ausführungsbeispiel mit einem horizontalen Flüssigkeitsleitblech 21 versehen. Außerdem weist das Belebungsbecken eine weitere Trennwand 23 auf, die unter Freilassung eines Strömungskanals 24 parallel zum unteren Ende des Schachtes 9 angeordnet ist. Die Anordnung der zusätzlichen Trennwand 23 verhindert das Ansaugen von im Bodenbereich des Beckens 1 sich befindenden sauerstoffhaltigen Gasblasung durch die Flüssigkeitsfördervorrichtung 11 im Schacht 9. Es hat sich gezeigt, daß die Anlage am wirkungsvollsten arbeitet, wenn die Geschwindigkeit der durch den Kanal 24 strömenden Flüssigkeit kleiner als 15cm/sek gehalten wird. Der Strömungsverlauf der Flüssigkeit im Belebungsbecken 1 ist auch hier durch Strömungsrichtungspfeile 22 angedeutet.

Ein besonders zweckmäßiges Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in F i g. 4 dargestellt.

Gemäß dieser Ausführungsform befinden sich innerhalb des Belebungsbeckens 1 zwei beidseitig offene Schächte 9 und 25, die entlang ihres oberen Randes gasdicht mit der Abdeckung 5 des Belebungsbeckens 1 verbunden sind und wobei innerhalb des ersten Schachtes 9 die Flüssigkeitsfördervorrichtung 11 und die Gaszufuhrvorrichtung 12 angeordnet sind.

Gemäß dieser Ausführungsform wird ein Teil der im Belebungsbecken 1 vorhandenen Flüssigkeit durch den Schacht 9 von unten nach oben gefördert, wobei durch eingeblasene Luft die gelösten Stoffwechselprodukte, insbesondere das CO2, ausgetrieben und in Pfeilrichtung 13 aus der Anlage abgezogen wird. Die an Stoffwechselprodukten verarmte Flüssigkeit überströmt nunmehr die Abdeckung 5 und wird über den zweiten Schacht 25 erneut dem Inneren des Belebungsbeckens 1 zugeführt Beim Durchströmen des Schachtes 25 wird der Flüssigkeit über das Begasungssystem 7 stark mit Sauerstoff angereichertes Behandlungsgas aus dem abgeschlossenen Raum 6 zugegeben. Die Strömungsgeschwindigkeit im Schacht 25 ist so hoch gewählt, daß die Gasblasen nicht nach oben entweichen.

Zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse der Flüssigkeit im Belebungsbecken, die hier durch die Pfeile 26 angedeutet sind, können auch bei diesem Ausführungsbeispiel die unteren Enden 27 und 28 der beiden Schächte 9 und 25, jeweils vom Schachtinneren gesehen, nach außen abgebogen sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Reinigen einer organisch verunreinigten Flüssigkeit in einem Belebungsbekken in Gegenwart von belebtem Schlamm, bei dem ein mit Sauerstoff angereichertes Gas in einem geschlossenen Bereich des Belebungsbeckens in die Flüssigkeit eingeführt und ein Stoffwechselprodukte enthaltendes Gasgemisch aus dem Belebungsbecken abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem zur Atmosphäre hin offenen Bereich des ansonsten geschlossen ausgebildeten Belebungsbeckens eine Flüssigkeitsströmung aufrechterhalten wird, das Stoffwechselprodukte enthaltende Gasgemisch durch Einleiten von Luft und/oder eines stärker als Luft mit Sauerstoff angereicherten Gases in diese Flüssigkeitsströmung erzeugt wird, wobei die Flüssigkeit innerhalb der Flüssigkeitsströmung in Stuffaustausch mit dem eingeleiteten Gas gebracht und das bei diesem Stoffaustausch anfallende, Stoffwechseiprodukte enthaltende Gasgemisch unmittelbar aus dem zur Atmosphäre hin offenen Bereich des Belebungsbeckens abgezogen wird, und daß die bei dem Stoffaustausch anfallende flüssige Phase aus dem offenen in den geschlossenen Bereich des Belebungsbeckens zurückgeleitet wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens einen im Belebungsbecken angeordneten beidseitig offenen Schacht (9), dessen unteres Ende in die Flüssigkeit eingetaucht und dessen oberes Ende in der Nähe des Wasserspiegels geführt ist, wo es einen Überfall für die Umwälzströmung bildet, durch eine den Schacht in Abstand umgebende Trennwand (15), deren unteres Ende in die Flüssigkeit eingetaucht und deren oberes Ende mit der Abdeckung (5) des Belebungsbeckens (1) gasdicht verbunden ist, sowie durch mindestens eine Flüssigkeitsfördervorrichtung (11) und eine Gaszufuhrvorrichtung (12) im Inneren des Schachtes (9).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schacht (9) im mittleren Bereich des Belebungsbeckens (1) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schacht (9) unmittelbar einer Seitenwand des Belebungsbeckens (1) benachbart angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende (16) des Schachtes (9) sowie das untere Ende (17) der Trennwand (15), vom Schachtinneren gesehen, nach außen abgebogen sind und daß am Schacht (9) etwa in Höhe des unteren Endes (17) der Trennwand (15) ein, vom Schachtinneren gesehen, nach außen abgebogenes Flüssigkeitsleitblech (18) befestigt ist.

6. Vorrichtung nach dem Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine weitere, parallel und in Abstand zum unteren Bereich des Schachtes (9) innerhalb des Belebungsbeckens (1) angeordnete Trennwand (23).

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens zwei beidseitig offene Schächte (9, 25), von denen der erste Schacht (9) unmittelbar der einen Seitenwand des Belebungsbeckens (1) benachbart und der zweite Schacht (25) unmittelbar der gegenüberliegenden Seitenwand benachbart angeordnet ist, wobei jeder Schacht (9,25) mit seinem

unteren Ende in die Flüssigkeit des Belebungsbekkens (J) eintaucht und entlang seines oberen Randes gasdicht mit der Abdeckung (5) des Belebungsbekkens (1) verbunden ist und wobei im Inneren des ersten Schachtes (9) eine Flüssigkeitsfördervorrichlung (11) und eine Gaszufuhrvorrichtung (12) vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Enden (27, 28) beider Schächte (9, 25), jeweils vom Schachtinneren gesehen, nach außen abgebogen sind.