DE2353316A1 - Abwasserreinigungsanlage - Google Patents
AbwasserreinigungsanlageInfo
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- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/02—Aerobic processes
- C02F3/12—Activated sludge processes
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- C02F3/16—Activated sludge processes using surface aeration the aerator having a vertical axis
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Description
PATENTANWALT
AS"
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SCH'·! l^yHC-iÄ'ii:?. Si ft. 29?
' TEL. 56? 22 /2OS
' TEL. 56? 22 /2OS
Rudolf Bott, Niefern-Öschelbronn, Schönblick 36
Die Erfindung betrifft eine Anlage, in der eine Flüssigkeit
durch eine Ümwälzeinrichtung gleichzeitig mit einem Gas
durchmischt und im Umlauf gehalten wird/ insbesondere eine Abwasserreinigungsanlage nach dem Belebtschlammverfahren, in der das Abwasser in einem in sich geschlossenen
Grabensystem umläuft, in der dem Abwasser mittels eines Belüfters, der gleichzeitig das Abwasser in umlauf hält,
Sauerstoff zugesetzt wird, und in der in der Nähe des Belüfters eine Trennwand vorgesehen ist.
Bei dem Belebtschlammverfahren werden die in dem Abwasser enthaltenen
Verunreinigungen durch Organismen biologisch abgebaut,
die im Abwasser flockenartige freischwebende Kolonien, nämlich
den belebten Schlamm bilden. Die Eintragung von Sauerstoff
durch Belüftung ist bei dem Belebtschlammverfahren erforderlich, um den im Abwasser vorhandenen lebenden Organismen durch
Lebensvorgänge, deren Ablauf an die Gegenwart von Sauerstoff
gebunden ist, den Abbau organischer Verunreinigungen und damit die sogenannte biologische Reinigung des Abwassers zu ermöglichen.
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Der Umlauf in dem Grabensystem ist bei den genannten Abwasserreinigungsanlagen
erforderlich, einmal um eine gleichmäßige Vermischung des Zulaufs des frischen Abwassers mit dem Umlaufwasser
zu erreichen, weiter um durch ausreichende Turbulenz das Absitzen von Schwebstoffen zu verhindern und eine innige
Durchmischung des mit Sauerstoff angereicherten Wassers mit belebter Substanz herzustellen und schließlich um jeweils
zwischen zwei Perioden des Sauerstoffeintrags einen genügend
langen Zeitabschnitt zu ermöglichen, in dem ein ruhiger wirkungsvoller
Sauerstoffverbrauch unter Abbau der Verunreinigungen
erfolgt.
Die Aufnahmefähigkeit für frischen Sauerstoff ist größer, wenn der vorhandene Sauerstoffgehalt gerade noch für die biologischen
Prozesse ausreichend ist und sich nicht ständig an der Grenze der Sättigung bewegt, wenn also das Sauerstoffgefälle zwischen
dem der Belüftungszone zufließenden Abwasser und dem Wasser im Bereich der Belüftungseinrichtungen größer ist.
Diese Arbeitsweise begründet einen besonders hohen Wirkungsgrad der biologischen Verwertung des eingetragenen Sauerstoffs
durch die Bakterienflora. Dieser Wirkungsgrad errechnet sich als
das Verhältnis der zum gewünschten Abbau theoretisch erforderlichen Sauerstoffmenge zu der tatsächlichen aufgewendeten Sauerstoffmenge.
Die erforderliche Menge wird nach einem bekannten und genormten Verfahren als biologischer Sauerstoffbedarf (BSB)
ermittelt. In der Praxis wird der Kehrwert dieses Wirkungsgrades als "O-C-load" verwendet. Er gibt an, wieviel Sauerstoff (0~)
pro Einheit BSB zum Abbau erforderlich ist.
Die laufenden Betriebskosten einer derartigen Abwasserreinigungsanlage
ergeben sich im wesentlichen aus dem Aufwand an elektrischer Energie für den Umlauf und die Turbulenz des Wassers
und für den Eintrag des Sauerstoffs, insgesamt also aus
dem Aufwand an Kilowattstunden pro Kilogramm Abbauleistung ausgedrückt in BSB.
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Wenn man davon ausgeht, daß verfahrensmäßig, d. h. von den Anlagedimensionen
und den zeitlichen Abläufen her, hier eine Optimierung
erfolgt ist, können weitere Einsparungen sowohl in der
Anlagengröße als auch in den Energiebedarfskojsten nur noch über
die Auswahl und den richtigen Einsatz der Belüftungseinrichtungen erfolgen.
Aufgabe.der Erfindung ist es * wesentliche Einsparungen an Investitions-
und Betriebskosten zu ermöglichen und damit den Betrieb von insbesondere sehr großen Anlagen wirtschaftlich
zu machen.
Es wurden bereits umfangreiche Versuche unternommen/ Abwasserreinigungsanlagen nach dem Belebtschlammverfahren durch entsprechende konstruktive Ausgestaltung wirtschaftlich vorteilhafter zu gestalten. Sb ist in der NL-PS 87 500 zu diesem
Zweck ein bekannter bürsteriförmiger Rotor mit horizontaler
Welle als geeignet beschrieben worden.
In jüngerer Zeit wurde gemäß der CH-PS 471 749 der Einsatz
von bekannten Oberflächenbelüftern mit vertikaler Welle - sogenannten Kreiselbelüftern - empfohlen, wobei die Trennwand· zwischen zwei Teilen des Grabensystems als Wasserscheide
zwischen den Grabenteilen vor dem Belüfter mit ihrer vertikalen Kante bis nahe an den Beiüfter herangeführt wird. Der Fortschritt dieser Arbeitsweise ist von J. Zeper und A. de Man
auf dem 5. Kongreß der International Association of Water Pollution
Research im Juli 1970 in San Franzisco beschrieben und
diskutiert worden und wird im wesentlichen darin gesehen, daß sich die Leistungsfähigkeit einer Anlage, gemessen beispielsweisein
Einwohner-Gleichwerten (EWG) für ein bestimmtes Bau-(Investitions)-Volumen erheblich steigern laßt.
Gleichzeitig aber erhöhen sich", wie die Autoren berichten, die
Betriebskosten, so daß sich jgerade bei solchen großen Anlagen
nicht die vom Verfahren her zu erwartende Rentabilität ergibt,
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weil der Leistungsaufwand an elektrischer Energie, bezogen auf die Abbauleistung nach dem bekannten Verfahren, wonach
der Sauerstoffeintrag und die Umwälzung durch einen Oberflächenbelüfter
mit vertikaler Welle gleichzeitig erfolgen, wesentlich größer ist als der Leistungsaufwand mit dem gleichen
Belüfter ohne gleichzeitige Umwälzung. Der Unterschied beträgt bis zu 30 % und mehr.
Die Gründe für die nach dem bekannten Verfahren verminderte Ertragsleistung sind die folgenden:
1. Der Sauerstoffeintrag erfolgt bei einem um eine vertikale
Welle umlaufenden Oberflächenbelüfter dadurch, daß eine rasche und intensive Grenzflächenerneuerung zur Bildung von Luftbläschen
im Wasser führt und daß diese Luftbläschen in einer an der Oberfläche
vorwiegend radialen Zirkulationsströmung mitgeführt und
mit dem Gesamtinhalt des Grabensystems vermischt werden. Ein Großteil des vorwiegend radial abströmenden Wassers wird in
einer flachen Wurfparabel über die Wasseroberfläche geschleudert. Beim Wiedereinfall der zerstäubten Wassermassen in die Wasseroberfläche
werden große Mengen Luft mit eingerissen und besonders fein verperlt. Gegen eine feste Oberfläche geschleudert wird
jedoch die im Wasser in Form von Gasbläschen enthaltene Luft wieder ausgetrieben. Nach dem bekannten Arbeitsverfahren wird
also auf der in Drehrichtung der Zirkulationsströmung angeströmten Seite der über die Wasseroberfläche hinaus ragenden
Trennwand ein beträchtlicher Teil des bereits belüfteten Wassers weitgehend entlüftet. Gleichzeitig entfällt für diese
Menge das Einreißen von Luft bei dem Wiedereinfall in die Wasseroberfläche. Auf der anderen Seite der Trennwand kommt
eine entsprechende Wurfströmung erst wieder nach einem gewissen Winkel zustande. Dieser Winkel wird durch Radial- und
Umfangsgeschwindigkeit der Wurfströmung bestimmt und ist ein Maß für die Minderung der Sauerstoffeintragsleistung bei
Anwendung der bekannten Arbeitsweise.
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2. Der Impuls für die Entstehung und Aufrechterhaltung der Umlaufströmung kommt nach dem bekannten Verfahren dadurch zustande
, daß sich um den um eine vertikale Drehachse rotierenden Belüfer außer der gewollten möglichst ungerichteten, aber im
Arbeitsraum gleichmäßig wirksamen Turbulenz eine ungewollte Zirkulationsströmung in Drehrichtung aufbaut und daß der entstehende
Wirbel durch die bis nahe an den Belüfter herangerückte Trennwand sekundär in eine' Strömung umgelenkt wird, die
der Flußrichtung im Graben entspricht.
Aufgabe der Erfindung ist es, somit diese Nachteile der. bekannten Abwasserreinigungsanlage nach dem Belebtschlammverfahren
zu überwinden und eine Anlage bereitzustellen', die sehr viel geringere Investitions- und Betriebskosten erfordert.
Diese Aufgabe wird nun erfindungsgemäß durch eine Abwasserreinigungsanlage
nach dem Belebtschlammverfahren gelöst, in der das Abwasser in einem in sich geschlossenen Grabensystem
umläuft und in welcher dem Abwasser Sauerstoff mittels eines um eine vertikale Achse rotierenden
Oberflächenbelüfter^ zugesetzt wird und in der Nähe des Belüfters eine Trennwand vorgesehen ist, die dadurch gekennzeichnet
ist, daß eine senkrechte Trennwand, die zwei Grabenteile mit entgegengesetzter Strömungsrichtung voneinander
trennt, vorgesehen ist, die sich unterhalb der Drehachse des Oberflächenbelüfters vom Boden des Grabens bis unmittelbar
unter den Oberflächenbelüfter erstreckt und im Bereich des Wurfkreises des Oberflächenbelüfters unterhalb der Wasser·^
oberfläche verläuft.
Vorzugsweise entspricht der Abstand zwischen der Oberkante der
Trennwand und der Wasseroberfläche am Rande des Oberflächenbelüfters etwa dem Ein- bis Zweifachen der Eintauchtiefe der
Schaufelblätter des Oberflächenbelüfters und im Bereich des Wurfkreises etwa der erkennbaren Eintauchtiefe des mit Luftbläschen
vermischten Wassers in die Wasseroberfläche.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bildet die
Trennwand in der Drehachse des Oberflächenbelüfters einen Winkel zwiischen 180° und 360°.
Bei dem "Wurfkreis" handelt es sich um den Kreis, der sich um den Oberflächenbelüfter herum erstreckt, innerhalb dem das
in Form einer flachen Wurfparabel über die Wasseroberfläche geschleuderten Wasser wieder in die Wasseroberfläche eintritt.
Bei der erfindungsgemäßen Anlage wird somit der Oberflächenbelüfter mit vertikaler Welle beispielsweise ein Kreiselbelüfter,
mit seiner Drehachse über der Trennwand, die zwei Grabenteile mit entgegengesetzter Strömungsrichtung voneinander trennt,
derart angeordnet, daß die Trennwand sich vom Boden des Grabens bis unmittelbar unter den Belüfter erstreckt; Der Abstand
zwischen dem Oberflächenbelüfter und der Trennwand soll einen ungehinderten Betrieb ermöglichen. Dazu soll der Abstand den
baulichen und maschinentechnischen Erfordernissen entsprechend so gering wie möglich, aber groß genug sein, um Verstopfungen
durch Verunreinigungen im Abwasser zu vermeiden.
Außerhalb des Bereiches des eigentlichen Oberflächenbelüfters bleibt die Oberkante der Trennwand soweit unterhalb der Wasseroberfläche,
daß sich die Sauerstoff eintragende Wirkung im Bereich des Wurfkreises ungestört entfalten kann. Der Abstand
von der Oberfläche beträgt dazu je nach Größe, Bauart und Umfangsgeschwindigkeit des Oberflächenbelüfters in der Nähe
des Belüfters das Ein- bis Zweifache der Eintauchtiefe des Oberflächenbelüfters, während er am Rande des Wurfkreises
etwa der erkennbaren Eintauchtiefe des mit Luftbläschen vermischten Wassers in die Wasseroberfläche entspricht. Diese
Tiefe ist an bestehenden Belüftungsanlagen leicht zu ermitteln.
Die erfindunsgemäße Anordnung der Trennwand unter dem Oberflächenbelüfter
bringt durch einen unmittelbaren Impulsaustausch
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zwischen den abströmenden Wirbelzöpfen und dem Wasser im
Grabenstück eine Strömung in Drehrichtung zustande und erhält
sie aufrecht, ohne daß primär eine Zirkulationsströmung aufgebaut werden muß. Diese Energieübertragung ist deshalb möglich, weil die vertikale Ausdehnung der aus dem Oberflächenbelüfter
abströmenden Impulswirbel im Bereich:des Belüfters
im wesentlichen den entsprechenden-Abmessungen des Belüfters
entspricht und der Zuström zu dem Oberflächenbelüfter im
wesentlichen sich auf einen begrenzten Zentralbereich und auf eine StrÖmungsrichturig von unten nach oben beschränkto
Damit erfolgt die Energieübertragung iirt wesentlichen über Wassermengen,
die aus einem Grabenteil kommen und in dem gleichen;
Grabenteil verbleiben, direkt durch die Summation der in Flußrichtung liegenden Komponenten der Strömungsimpulse.
Anhand der in den beigefügten Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsformen sei die Erfindung im folgenden
beispielsweise näher erläutert;
Figur 1 zeigt in schematischer Ansicht eine Draufsicht auf
eine erfindungsgemäße Anlage",· bei der die beiden
Grabenabschnitte parallel verlaufen;
Figur 2 ist ein Schnitt durch die in der Figur ί dargestellte Anlage längs der Linie A-B;
Figur 3 zeigt in Draufsicht in-schematischer Weise eine
erfindungsgemäßeι Anlage, bei der die Strömung in
den Grabenteilen um 90° umgelenkt wird;
Figur 4 zeigt die Draufsicht auf eine erfindungsgemäße
Anlage mit Strömungsümkehr, d.h. eine Anlage, bei der die Trennwand in der Drehachse des Oberflächenbelüfters
einen Winkel von 360ö bildet; und
Figur 5 zeigt in schematischer Weise die Anlage gemäß Figur
im Schnitt längs der Linie C-D; diese Darstellung ist sinngemäß auch auf die Figur 4 anwendbar.
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Vertiefungen der Grabensohle im Bereich des Oberflächenbelüfter
oder auch Leitwände im Grabensystem, insbesondere an den Umlenkstellen, können bei in gewissen Konstruktionen von Oberflächenbelüftern
oder auch zum Ausgleich ungünstiger Abmessungen aufgrund bekannter Erfahrungen von Vorteil sein, so daß diese
Maßnahmen auch im Rahmen der erfindungsgemäßen Lehre angewandt werden können.
Anhand der Darstellungen sei der Verfahrensablauf in der erfindungsgemäßen
Anlage wie folgt beschrieben:
Der Oberflächenbelüfter 3, beispielsweise ein konischer Kreisel mit offenen Schaufelkanälen, dreht sich mit Hilfe eines nichtdargestellten
Antriebs, der an einer ebenfalls nicht eingezeichneten Halterung befestigt ist, um die Welle 2, beispielsweise im
Uhrzeigersinn, und überstreicht dabei die gegenläufigen Grabenabschnitte
5 und 6.
Die Trennwand 1 zwischen den beiden Grabenabschnitten ist im Bereich des Wurfkreises 4 (soweit) abgesenkt, daß ein ungestörter
Sauerstoffeintrag erfolgen kann. Im Bereich des Kreisels ist die Oberkante der Trennwand des bis nahe an den Kreisel herangeführt.
Für die Darstellung ist beispielsweise über die ganze Länge der Absenkung eine gleichbleibende Höhe gewählt. Durch
die Umdrehung des Kreisels 3 wird an seinen Schaufeln ein rascher Grenzflächenwechsel und damit ein Eintrag von Luft bzw.
Sauerstoff in das Wasser in Form von feinen und feinsten Bläschen bewirkt. Gleichzeitig entsteht durch eine zentrale aufwärts
gerichtete Anströmung und eine periphere verwirbelte Abströmung ein beträchtlicher Wassertransprot, wodurch ein
ständiger Austausch des bereits mit Luft bzw. Sauerstoff angereicherten Wassers erfolgt. Ein Teil des peripher abströmenden
Wassers wird über die Wasseroberfläche geworfen, dabei mehr oder minder fein verteilt und nimmt aus der Luft weiteren
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Sauerstoff auf und reißt ihn bei dem Einfall in die Wasseroberfläche
in feinstverteilter Form mit« Der größte Teil des
Wassers wird erfindungsgemäß unter der Oberfläche umgewälzt.
In Form von nach außen unten gerichteten Wirbelzöpfen strömt
das Wasser aus dem peripheren Bereich des Kreisels ab. Die Wirbel vergrößern sich mit zunehmender Entfernung von dem Kreisel
und geben dabei durch'Impulsaustausch ihre Energie an das Wasser in dem Graben ab. Die Summe aller Komponenten in Fließrichtung erzeugt unmittelbar einen resultierenden Impulsstrom,
dessen Richtung durch den Drehsinn bestimmt ist. Das gilt für den Geradeausstrom und für Richtungsänderungen.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Abwassereinigungsanlage
nach dem Belebtschlammverfahren, wobei der Belüfter Sauerstoff einträgt und zugleich für den Umlauf sorgt, wird im Gegensatz
zu den vorbekannten Verfahren die volle Sauerstoffleistung,
die der Kreisel normalerweise in einem stehenden Becken mit passenden Abmessungen zu erbringen in der Lage ist, erhalten, und
es wird für die Umwälzung somit keine zusätzliche Energie benötigt. Es ergeben sich also erfindungsgemäß erhebliche Vorteile,
worunter auch der Vorteil zu sehen ist, daß der Flüssigkeitsaustausch zwischen den beiden Grabenabschnitten sehr gering
bleibt.
An einem Beispiel sei der Erfolg der erfindungsgemäßen Anlage '
erläutert:
Eine in herkömmlicher Weise aufgebaute Großanlage benötigt beispielsweise
110 Oberflächenbelüfter mit einer Arbeitsleistung von je 250 kW, aufgeteilt in 5 Umwälzsysteme und verbraucht im
Jahr ca. 250 Millionen kWh. Nach der erfindungsgemäßen Anordnung
sind nur vier Umwälzsysteme erforderlich, die im Jahr ca. 60 Millionen
kWh weniger verbrauchen. Es ist ersichtlich, daß sich nach
der erfindungsgemäßen "Lehre eine erhebliche Investitions- und
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Betriebskostenersparnis erzielen läßt. So benötigt beispielsweise eine Anlage gemäß der Erfindung für 33 000 Einwohner nur
soviel Energie, wie eine Anlage der herkömmlichen Art für 25 000 Einwohner verbraucht.
Es ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Anordnung einer
zwei Grabenteile mit entgegengesetzter Strömungsrichtung voneinander trennenderL Trennwand unterhalb eines Oberflächenbelüfters
mit vertikaler Achse auch für beliebige andere Anwendungszwecke, bei denen mit Hilfe einer einzigen Einrichtung
eine gleichzeitige Gaseinmischung und umwälzung erreicht werden soll, geeignet ist.
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Claims (3)
- Paten ta η s ρ r ü c heIy Abwasserreinigungsanlage nach dem Belebtschlammverfahren, in der das Abwasser in einem lh sich geschlossenen -Grabensystem umläuft und in welcher dem Abwasser Sauerstoff mittels eines um eine vertikale Achse rotierenden-Oberflächenbelüfters zugesetzt wird und in der in der Nähe des Belüfters eine Trennwand vorgesehen ist, gekennzeichnet durch eine senkrechte Trennwand (l) ,die zwei Grabenteile mit entgegengesetzter Strömungsrichtung voneinander trennt, die sich unterhalb der Drehachse (2) des Oberflächenbelüfters (3) vom Boden des Grabens bis unmittelbar unter den Oberflächenbelüfter (3) erstreckt und im Bereich des Wurfkreises (4) des Oberflächenbelüfters (3) unterhalb der Wasseroberfläche verläuft.
- 2. Abwasserreinigungsanlage gemäß Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Oberkante der Trennwand (1) und der .Wasseroberfläche am Rande des Oberflächenbelüfters (3) etwa dem Ein- bis Zweifachen der Eintauchtiefe der Schaufelblätter des Oberflächenbelüfters (3) und im Bereich des Wurfkreises (4) etwa der erkennbaren Eintauchtiefe des mit Luftbläschen vermischten Wassers in die Wasseroberfläche entspricht. :
- 3. Abwasserreinigungsanlage gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (1) in der Drehachse des Oberflächenbelüfters (3) einen Winkel zwischen 180° und 360° bildet. .-825/0
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19732353316 DE2353316A1 (de) | 1973-10-24 | 1973-10-24 | Abwasserreinigungsanlage |
AT849574A AT334301B (de) | 1973-10-24 | 1974-10-22 | Abwasserreinigungsanlage nach dem belebtschlammverfahren |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19732353316 DE2353316A1 (de) | 1973-10-24 | 1973-10-24 | Abwasserreinigungsanlage |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2353316A1 true DE2353316A1 (de) | 1975-06-19 |
Family
ID=5896294
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19732353316 Pending DE2353316A1 (de) | 1973-10-24 | 1973-10-24 | Abwasserreinigungsanlage |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
AT (1) | AT334301B (de) |
DE (1) | DE2353316A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2314147A1 (fr) * | 1975-06-09 | 1977-01-07 | B P K | Reservoir notamment pour melanger et aerer des eaux-vannes |
US4269709A (en) * | 1978-03-09 | 1981-05-26 | Rongved Paul I | Waste water treatment system with aeration and circulation means |
-
1973
- 1973-10-24 DE DE19732353316 patent/DE2353316A1/de active Pending
-
1974
- 1974-10-22 AT AT849574A patent/AT334301B/de not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2314147A1 (fr) * | 1975-06-09 | 1977-01-07 | B P K | Reservoir notamment pour melanger et aerer des eaux-vannes |
US4269709A (en) * | 1978-03-09 | 1981-05-26 | Rongved Paul I | Waste water treatment system with aeration and circulation means |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AT334301B (de) | 1976-01-10 |
ATA849574A (de) | 1976-04-15 |
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