DE2420977C2 - Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung nach dem Schlammbelebungsverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung nach dem Schlammbelebungsverfahren, bei der Mittel vorgesehen sind, um das vorgeklärte Abwasser in einem Belebtschlammflocken und gegebenenfalls biologischen Rasen enthaltenden geschlossenen Belüftungsbehälter bei über der Wasseroberfläche stehender Druckluft von wenigstens etwa atü innig mit eingetragenem Luftsauerstoff zur Oxydation zu vermischen und zu reinigen, den Schlamm vom gereinigten Wasser zu trennen und in den Belüftungsbehälter zurückzuführen und den .Schlammzuwachs als Überschußschlamm zu beseitigen, und deren Belüflungsbehäller (Oxydalionsbehällcr) einen Finlal.i für das vorgereinigte Abwasser, einen Auslaß für gerei- - nigtes Wasser sowie einen Drucklufteinlaß, an den ein Luftkompressor angeschlossen ist, aufweist, und bezieht sich auf die innere Ausgestaltung des Belüftungsbehälters.

Es ist ein generelles Ziel bei allen vollbiologischen Abwasserreinigungen, daß der Flora und Fauna (Biomasse) des Abwassers der lebensnotwendige und zum aeroben Abbau der organischen Inhaltsstoffe erforderliehe Luftsauerstoff :ir vollen Ausnutzung in ausreichendem Maße schnell und wirksam mit relativ geringem Energieaufwand angeboten wird. Bei den konventionellen Belebtschlammanlagen wird der Luflsauerstoff durch Einblasen von Luft mittels Gebläse über der Beckensole oder mit horizontal bzw. vertikal rotierenden Oberflächenlüftern zugeführt, sofern man das vorgereinigte Abwasser nicht über Tropfkörper abtropfen läßt. Schließlich ist es bekannt (DT-OS !5 84927). die Belüftung des Gemischs des Abwassers mit dem Klärschlamm bzw. der Biomasse bei einem Druck durchzuführen, der in einzelnen oder allen S. fen über dem Atmosphärendruck, vorzugsweise im Bereich von 2 bis 5 kg/cm², liegt. Die Klärschlammabtrennung bewirkt man dann durch Druckentlastung. Der Abbau der Inhaltsstoffe läßt sich so beschleunigen.

Sind sehr große Luftsauerstoffmengcn in das Klärschlamm-Wassergemisch einzubringen, steigt der Energieaufwand sowohl bei der Oberflächenbelüftung als auch bei der Druckbelüftung auf der Behältersole stark an und erreicht eine natürliche Grenze, die dort liegt, wo es durch die mit dem Sauerstoffeinbringen einhergehendc erhöhte Turbulenz zur Zerschlagung der Schlammflocken oder zum Aufschäumen kommt. Daher kann es bei konventionellen, hochbelasteten Be-Iebtschlammanlagen mit ausreichender Populationsdichte beim biologischen Abbau der organischen Schmutzstoffe dazu kommen, daß die Sauerstoffzehrung (der Sauerstoffverbrauch) im Relüftungsbehälie; schneller verläuft als die Sauerstoffzufuhr erfolgt. Zum Beispiel führt eine sehr hohe Konzentration an organischen Inhaltsstoffen im Abwasser oft dazu, daß die Schmutzstoffe in dicker Schicht an die Mikroorganismen adsorbiert werden, wodurch der gelöste Sauerstoff nur noch langsam in das Zellinere diffundieren kann, ein Effekt, der durch die Druckerhöhung nur teilweise ausgeglichen wird. Die üilfusionsgeschwindigkeit kann so gering werden, daß die Zellen absterben. Nur genügend hohe energieverzehrende Turbulenz, die einen großen Luftüberschuß erfordert, kann bei konventio-

so nullen Verfahren diesen Effekt bis zum Erreichen der erwähnten kritischen Turbulenz vorbeugen. Die aeroben Kleinlebewesen (Bakterien und Protozoen) im Belebungsbehälter sind aber nur lebensfähig in der Lage, den gewünschten Abbau der .Schmutzstotie aurchzuführen, wenn in ihrer Umgebung genügend Sauerstoff fur sie bereitsteht, d. h., nach derzeitigen Erfahrungen mit einem Mindestgehalt von 1 bis 2 mg/1 im Wasser gelöst direkt zur Verfugung steht. Maßgebend fur einen schnellen und durchgreifenden biologischen Reinigungsprozeß ist daher die Geschwindigkeit der Sauerstoffübertragung aus der Luft über das Wasser zu den aktiven lebenden Zellen des Belebtschlamms bzw. des biologischen Rasens. Auch bei dem zur Durchführung dieses Verfahrens verwendeten Belüfturigsbeh?ilteT hat

&5 ein intensiver Lufteintrag dort seine Grenzen, wo die durch eine Luftverteileinrichtung eingetragene Luft so intensiv eingetragen wird, daß es zu Verwirbclungen und zu einem Zerschlagen der Schlammflocken kommt.

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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, eine Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung nach dem Schlammbelebungsverfahren anzugeben, bei welcher ein hoher Sauerstoffeintrag mit vergleichsweise niedrigem Energieaufwand erfolgt, ohne daß die Anlagekosten sehr steigen und ohne daß die Gefahr großer Turbulenzen und damit des Zerschlagens des Belebtschlamms auftreten kann.

Diese Aufgabe ist für die eingangs genannte Vorrichtung erfindtingsgemäß dadurch gelöst, daß im Belüftungsbehälter Haftkörper für die Biomasse und KoI-loidfä.nger in Form von Schaumstoffkörpern und eine Zusammendrückvorrichtung vorgesehen sind, mit der die Schaumstoffkörper durch weehsehvehe Y~'>:menvergrößerung und Volumenverkleincrung mit rnngeleileter Luft gefüllt und von dieser befreiba^r sind.

Durch die Schaumstoffkörper wh ' der Saiierstoffeintrag unterstützt. Sie wirken Is ringkörper für die Biomasse und als Kolloidfängt, In den Poren der Schaumstoffe Jcdeln sich die Mikroben so zahlreich an. daß nach kurzer Einarbeitungszeit ein hochaktiver »biologischer Rasen« und »biologischer Schlamn,« gebildet ist. Durch die Haftung der Biomasse ist ein sehr intensiver Lufteintrag möglich, da übergroße Turbulenzen vermieden sind und in den Poren der Schaumstoff- i$ körper turbulente Kapillarströmungen praktisch nicht auftreten. In den Poren der Schaumstoffkörper steht eine sehr große Oberfläche als Haftoberfläche für die Biomasse zur Verfugung, an der diese daher auch bei intensiver Luftdruchströmung der Poren haften bleibt. y> Es hat sich überraschend gezeigt, daß die biologische Reinigung mit besonders großer intensität wegen der erhöhten und beschleunigten Sauerstoffzehrung erfolgt, wobei nur ein vergleichsweise geringer Energieaufwand nötig ist. Bei hoher Abwasserraumbelastung, d. h. geringen Aufenthaltszeiten von weniger als 60 min können neben gleichzeitiger Niirifikation bei hoher BSB RaumbeLstung (2 kg BSB/m³ Tag und hoher Schlammbelastung. 1 kg BSB/kg Trockensubstanz und Tag) bis /u 95% der otgjmschen Verunreinigungen aus dem Abwasser beseitigt werden. Der Stromverbrauch liegt in diesem Fall nicht über etwa ! kWh/kg BSB (biochemischer Sauerstoffbedarf). Der Sauerstoff wii J dem Abwasser nicht wie bei konventionellen Belebtschlammanlagen nur durch Einblasen von Luft zügeführt, sondern dir Eintrag erfolgt in der Hauptsache von der Wasser-Luft dren/llachc her unter beschleunigter Diffusion durch Kompression der flexiblen Schaumstoffkörper :m Luft Wasser- Bioschlamm-Ciemiseh. Hierdurch ergibt sich eine Steigerung des zeitlichen Sauerstoffeintrags gegenüber den bekannten drucklosen Verfahren sowie dem bekannten Druckver

fahrer Auücrdc

im Wasser ohne weiteres über 2 mg/1 /u halten. Der Beluftungsbehältcr kann vergleichsweise kleiner als bei dem bekannten Verfahren für eine bestimmte Durchsat/leistung gehalten werden. Die Voraussetzungen für eine günstige Nachreinigung durch flotation werden beim Druckverfahren wegen der Möglichkeit, die Druckentlastung auszunützen, besonders günstig aber auch bei den drucklosen Verfahren verbessert

Im Oxydattons bzw Bclüflungsbehältcr kann über der Wasseroberfläche in Abhängigkeit vom Wasserzu lauf bzw det BSBBefasiung fur jede Abwasserchaifie mittels Kompressor so viel i.uft unicr Abschluß gespei ⁶?> chen werden, wie das ^cvslem zur Aufrechterhahung eines Mindestsauerstolfgehalt·· im Wasser von 2 ing/1 unter Driict η von wahlweise 2 bis 4 atu benotigt. Das Abwasser kann dann der Reinigungsanlage zur Überschußabtrennung intermittierend zugeführt werden. Flotierte Überschußschlämme weisen gegenüber sedimentierten Überschuß- bzw. NachklärschJämmen einen geringeren Wassergehalt auf und entwässern besser, was für die Schlammaufbereitung von großer Bedeutung ist.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schaumstoffkörper durch die Zusammendrückvorrichtung durch wechselweise Volumenverkleinerung und Volumenvergrößerung oberhalb der Wasseroberfläche mit Druckluft füllbar und unterhalb der Wasseroberfläche von der aufgenommenen Druckluft befreibar sind. Zweckmäßigerweise sind die Schaumstoffkörper zwischen vertikal gegen oberhalb und unterhalb der Wasseroberfläche vorgesehene Anschläge anpreßbare Platten der Zusammendrückvorrichtung zusammendrückbar befestigt. Die beiden Planen führer beim Anstoßen gegen den unteren und gegen den oberen Anschlag jeweils eine Relativbewegi-n? zueinander aus, wodurch der Schaumstoffkörper zusammengepreßt wird. Bei der Bewegungsrichtungsumkehr wird dann der Schaumstoffkörper entspannt und nimmt ocerhalb der Wasseroberfläche Luft auf. während er unterhalb der Wasse-oberfläche zunächst die Luft abgibt und dann Wasser aufnimmt.

Eine andere spezielle Ausführungsform sieht vor, daß auf einem Ausleger einer Welle Schaumstoffwalzen segmentartig aufgereiht sind und bei de· Drehung abwechselnd zusammengedrückt und entlastet werden. Auch diese Walzen brauchen nur langsam zu rotieren. Die Antriebsachse bewegt die Schaurnstoffwalzen wechselweise von der Wasseroberfläche bis in die tieferen Wasser-Schlammzonen und sorgt somit für eine gute Durchmischung. Beim gegenseitigen Auspressen der Schaumstoffe unter Wasser wird stets für den Ausgleich der Sauerstoffkonzentration aus den oberen und unteren Schichten gesorgt, so daß das in den »'oren angesiedelte biologische Material transpirierfähig bleibt Schließlich hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn auch die Wände des Beluftungsbehäiters rundherum mit Schaumstoifkissen ausgekleidet .ind.

Die Erfindung ist an einem Ausfüh.-ungsbeispie! an Hand einer Zeichnung näher erläutert, die einen tauchkörper zur Unterstützung des Sauerstoffeintrags in einem horizontal-zylindrischen Belüftungsbehälter zeigt.

Innerhalb eines rundherum mit Schaumstoffkissen ausgekleideten zylindrischen Beiüftungsbehältcrs 9 sind mehrere Kolloidfängcr in Form von Schaumstoffkörp-rn 16 vorgesehen, die mittels Eleklrowinden 17 gesenkt und gehoben werden. Während des iietriebs ist der Belüftunesbehälter etwa zu Dreiviertel seines Rauminhalts mit Abwasser gefüllt. Ein ViertH des Volumens -,icht fm kompremierte Luft über der Wasseroberflache zur V'Tfiigunp so daß bei Anlegung eines Drucks von 4 atm cl.is Verhältnis Luft/Wasser 1 :1 beträgt

im oberen trockenen Bereich werden alle erforderlichen Antriebsorganc für die Auf- und Abbewegung der Schaumstoffkörper 16 untergebracht. Von der gezeichneten Mittelsicllui.g ausgehend wird der Schaumstoffkörper nach oben bis zu einer als oberer Anschlag 18 dienenden Tragkonstruktion oberhalb der Wasseroberfläche gezogen, wobei eine als Hohlkörper ir.it der Tendenz z.um Auftrieb ausgebildete Druckplatte 24 des Schaumstoff- bzw. Tauchkörpers durch die Tragkonstruktion begrenzt wird. Die Elektrowinde 17 wird nun

weiter bis zur Endsicllung nach oben betätigt. Daduich bewegen sich eine obere Zcntiicrkugcl 20, eine Distanzstange 21, eine untere Druckplatte 22 und eine untere Zentricrkugel 23 ebenfalls ,weiter nach oben, so daß nun die untere, als Vollkorpcr mit'der Tcndcn/. zum Abtrieb ausgebildete Diuckplaitc 22 den Schaum" stoßkörper 16 gegen die obere Druckplatte 24 zusammenpreßt. Der llubvorgang ist damit beendet'. Der zusammengepreßte Schaumstoffkorpcr 16!'verharrt in diesem Zustand einige Sekunden bis das Wasser wci testgehend abgetropft ist. Danach bewegen sich /u nächst nur die Distan/ringe 21, die untere Druckplatte 22 und die untere Zentrierkugel 23 abwärts, bis die Zeninerkugel 20 auch die obere Druckplatte 24 nach unten mitnimmt. Der Schaumstoffkorper 16 entspannt sich dann. Beim Expandieren wird Luft bzw. Sauerstoff angesaugt. Das Gewicht der unteren Zentrierkugel 23 zieht den gesamten Schaumstoffkorper 16 dann nach unten, wobei die Senkgeschwindigkeit der Elektrowinde 17 einstellbar ist. Der gleiche Preß- und Expansionsvorgang des Schaumstoffkörpers 16 wiederholt sich in Anlage an einer als unterer Anschlag 18a dienenden Tragkonstruktion oberhalb des Behälterbodens. Der Preßdruck wird hier durch das Gewicht der unteren Zentrierkugeln 20 und 23 und der oberen Druckplatte 24 bestimmt.

Die Verweilzeit des Schaumstoffkörpers 16 in der Unterwasscrstellung ist wesentlich kurzer (ebenfalls einstellbar). Bei der Aufwärtsbewegung des Schaumstoffkörpers expandiert dieser wie ein Schwamm, saugt Wasser von unten und fördert es nach oben. Durch den Auftrieb der oberen Druckplatte 24 wird das Expandici cn des Schaumstoffkorpers 16 unter Wasser nicht behinderi. Das Gewicht der untcrcn'Zcntricrkugcl 23 garantiert gleichzeitig bis der Abwärtsbewegung die sta-

,5 bile Läge des Schaumsiofikörpers 16 im Wasser/

' Der Schaumstoffkorper "besieht "aus hochporösen widerstandsfähigen/-/. B." Polystyrol-Schaumstoffen.. Er" ~ stellt den sogenannten Tauchkörper dar und-dicni einerseits als Haftkorpcr für.dic Biomasse und andcrcr-i

ίο seil·,/ur Transmission von Luft und Wasser Außerdem kommt ihm die Aufgabe eines Kolloidfängers zu. In den Poren der Schaumstoffe siedeln sich die Mikroben Su zahlreich an. daß nach kurzer Beiricbszcit ein hochakti vcr »biologischer Rasens und »biologischer Schlamm«

gebildet ist. Da zur gleichmäßigen Verteilung des Luft Sauerstoffs im Abwasscr-Schlammgemisch keine größeren Turbulenzen erforderlich sind, kann die Hub- und Senkgeschwindigkeit des Schaumstoffkorpers gering gehalten werden, so daß die Antricbsenergic cnisprc

chcnd nied-·'!· bleibt. Das Zusammenpressen und Expandieren dui Schaumstoffkorper im Wasser bewirki unter anderem eine intensive Mischung des Unterwassers mit dem Oberwasser, wobei durch den Preßvorgang der Schaumstoffkorper unter Wasser die ausgc-

preßte Lui«. nach oben perlt und Schlamm- «.na W_ «erteile mitnirrnit. Es hat sich gezeigt, daß die belebten Schaumstoffe· auf die Schmulzstoffkoltoidc eine große adsorptive Wirkung ausüben, so daü zunächst durch Anlagerung der Schmutzstoffe (Kolloidfängcr) eine

durchgreifende mechanische Klärung des Abwassers erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. 24 20 97'

   Patentansprüche:

   ' 1. Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung nach dem Schlammbelebungsverfahren, bei der Mittel vorgesehen sind, um das vorgeklärte Abwasser in einem Belebtschlammflocken und gegebenenfalls biologischen Rasen enthaltenden geschlossenen Belüftungsbehälter bei über der Wasseroberfläche stehender Druckluft von wenigstens etwa 2 atü innig mit eingetragenem Luftsauerstoff zur Oxydation zu vermischen und zu reinigen, den ■ Schlamm yom gepeinigten Wasser zu trennen und in den Belüftungsbehälter zurückzuführen und den Schlammzuwachs als Überschußschlamm zu beseitigen, und deren Belüftungsbehälter (Oxydationsbehälter) einen Einlaß für das vorgereinigte Abwasser, einen Auslaß Für gereinigtes Wasser sowie einen Drucklufteinlaß, an den ein Luftkompressor angeschlossen ist, ι. jfweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Belüftungsbehälter (9) Haftkörper für die Biomasse und Kolloidfänger in Form von Schaumstoffkörpern (16) und eine Zusammendrückvorrichtung (18, 22, 24) vorgesehen sind, mit der die Schaumstoffkörper durch wechselweise Volumenvergrößerung und Volumenverkleinerui.g mit eingeleiteter Luft gefüllt und von dieser befreibar sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ü.e Schaumstoffkörper (16) durch die Zusammendrückvorrichtung (18, 22, 24) durch wechselweise Vciumenverv.ieinen .ig und Volumenvergrößerung oberhalb der Wa seroberfläche mit Druckluft füllbar und unterhalb der Wasseroberfläche von der aufgenommenen Druckluft befreibar sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumstoffkörper (16) zwischen vertikal gegen oberhalb und unterhalb der Wasseroberfläche vorgesehene Anschläge (18, 18a) anpreßbare Platten (22, 24) der Zusammendrückvorrichtung zusammendrückbar befestigt sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspiuch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Ausleger einer Welle Schaumstoffwalzen segmentartig aufgereiht sind und bei der Drehung abwechselnd zusammengedrückt und entlastet werden.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Belüftungsbehälters (10) rundherum mit Schaumstoffkissen ausgekleidet sind.