DE2820045C3

DE2820045C3 - Biologisches Tauchfilter zum Reinigen von Abwässern

Info

Publication number: DE2820045C3
Application number: DE2820045A
Authority: DE
Inventors: Jean Bebin; Jacques Saint-Germain-En- Laye Bernard; Jean-Pierre Hazard
Original assignee: Degremont SA
Current assignee: Suez International SAS
Priority date: 1977-05-10
Filing date: 1978-05-08
Publication date: 1980-11-20
Also published as: FR2390192A2; GB1576799A; SE7805213L; AR220706A1; DE2820045B2; DE2820045A1; FR2390192B2; IT7867998A0; CA1141490A; IT1159654B; JPS5416843A; SE429545B; US4192742A; BR7802899A; CH622228A5

Description

Die Erfindung betrifft ein biologisches Tauchfilter zum Reinigen von Abwässern, bei dem sich das Filtermaterial in einem geschlossenen, unter Druck stehenden gasdichten Behälter befindet und in dem das Abwasser mit hoher Sauerstoffkonzentration behandelt wird.

Ein derartiges Tauchfilter ist beispielsweise aus der DE-OS 23 29 279 bekannt, wobei die dort angegebene Vorrichtung in der Praxis einige Unzulänglichkeiten besitzt, denn die Sauerstoffzufuhr ist zum einen über ein Schwimmventil vom Wasserspiegel abhängig, während zum anderen die Anreicherung des Abwassers mit Sauerstoff im Filterbehälter selbst erfolgt. Auf diese Weise besteht jedoch die Gefahr, daß beim Einführen des Sauerstoffs in den Filterbehälter sich unerwünschte Turbulenzen ausbilden, wodurch die Wirksamkeit des Filters beeinträchtigt werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein biologisches Tauchfilter der in Rede stehenden Art anzugeben, mit dem sich die Arbeitsweise des Filters verbessern läßt

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß für die Behandlung des Abwassers mit Sauerstoff im Überschuß ein separater Behälter vorgesehen ist, der stromaufwärts vom Filter angeordnet ist und in dem der Sauerstoff im Abwasser in einer Menge gelöst wird, deren Wert größer ist als der der Löslichkeit des Sauerstoffes, der dem Partialdruck des Sauerstoffs in dem verwendeten Gas bei Atmosphärendruck entspricht

Mit dem erfindungsgemäßen biologischen Tauchfilter wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß sich die dem Filter zugeführte Menge an gelöstem Sauerstoff variieren läßt, und zwar in Abhängigkeit von der Verunreinigung des zu behandelnden Abwassers. Dabei wird eine Menge an Sauerstoff in homogener Form in dem Filtermaterial aufrechterhalten, welche von dem am Ausgang des Filters vorhandenen und gelösten Sauerstoff. Dies geschieht jedoch nicht in Abhängigkeit von der Wasserzufuhr zum Filter, sondern in vorteilhafter Weise in Abhängigkeit vom Druck, wobei diese druckabhängige Steuerung in einem separaten Behälter zum eiuen eine Vergrößerung der Variationsmöglichkeiten des Drucks im Filter ermöglicht und zum anderen

eine Überlastung des Filters vermeidet.

Die Ausbildung des erfindungsgemäßen biologischen Tauchfilters mit dem getrennten Behälter für die Sauerstoffbeaufschlagung bietet den Vorteil, daß zur Versorgung mehrerer Filter eine einzige derartige Anordnung genügt, wobei dann lediglich ein einziges Steuersystem benötigt wird und man somit zu einer Verringerung der Anzahl von Steuerorganen kommt. Dabei erfolgt ständig eine derartige Steuerung oder Regelung, selbst wenn in einer solchen Filteranordnung eines der Filter nicht arbeitet.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Tauchfilters wird beim Waschen eines solchen Filters deutlich, weil sich der Sauerstoff besonders wirtschaftlich einsetzen läßt. Wenn nämlich der Sauerstoff in das zu behandelnde Abwasser eingeführt ist, so tritt beim Waschen außerhalb des Filters keine sauerstoffreiche Atmosphäre oberhalb des Wasserspiegels im Filter und damit auch kein Sauerstoffverlust auf.

Wenn weiterhin, durch die biologische Aktivität bedingt, Kohlendioxid im Filter erzeugt wird, so kann dieses Kohlendioxidgas gereinigt werden, während bei der direkten Zufuhr von Sauerstoff in das Filter eine starke Verunreinigung der Atmosphäre mit Sauerstoff auftritt. Des weiteren besteht beim erfindungsgemäßen biologischen Tauchfilter im oberen Bereich der Filtermasse keine Gefahr der Ausbildung von Turbulenzen, wie sie sonst durch das Zuführen von Gas in das Abwasser oberhalb des Filters hervorgerufen werden kann.

Derartige Turbulenzen sind jedoch unerwünscht, weil sie durch die Ausbildung von Wirbeln in der Filtriermasse zu einem Freisetzen von vorher im Abwasser gelösten Sauerstoff führen, so daß sich der Sauerstoffverbrauch erhöht und das Halten der in Suspension befindlichen Teilchen in der Filtriermasse gestört wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn in dem Behälter zur übermäßigen Anreicherung von Sauerstoff im zu

behandelnden Abwasser eine Sauerstoffmenge zwischen 30 mg/1 und 300 mg/1 lösbar ist

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Tauchfilters ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die mit einer am Filterausgang oder im Filtermaterial selbst angeordneten Meßeinrichtung zusammenwirkt und die Menge des Restsauerstoffs mißt, welche den im separaten Behälter und im Filter herrschenden Druck und damit die Menge des im Abwasser gelösten Sauerstoffs in Abhängigkeit von dieser Restsauerstoffmenge steuert

Bei einer derartigen Ausführungsform des Tauchfilters weist die Steuereinrichtung für den Druck im separaten Behälter und im Filter zweckmäßigerweise einen Sauerstoffanalysator auf, der am Filterausgang angeordnet und mit einem an den separaten Behälter angeschlossenen Regler gekoppelt ist, während der separate Behälter einen Niveaudetektor besitzt, der mit einem Ventil in der Austrittsleitung für behandeltes Abwasser zusammenwirkt

Besonders vorteilhaft ist es, wenn beim erfindungsgemäßen Tauchfilter der separate Behälter in dem Filterbehälter angeordnet ist

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Tauchfilters weist der separate Behälter obere und untere Niveaudetektoren auf, mit denen die dem Behälter zugeführten Gas- und Wassermengen steuerbar sind.

Das erfindungsgemäße biologische Tauchfilter wird nachstehend anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Figur der Zeichnung näher erläutert

Die in der Zeichnung dargestellte Anordnung besteht im wesentlichen aus einem biologischen Tauchfilter, das einen oder mehrere dichte, verschlossene Filter 1 aufweist, die unter Druck gesetzt werden können.

Jeder Filter 1 weist einen doppelten Boden 2, der mit Bohrungen 3 versehen ist oder eine perforierte Platte darstellt, sowie eine Trägermaterialschicht 4, eine bestimmte Menge Filtermaterial 5, deren Dicke zwischen 0,5 .ti und 4 m, vorzugsweise zwischen 2 m und 3 m liegt, um eine Durchströmungsgeschwindigkeit von 10 bis 20 mVh χ m² Wasser, das 30 bis 50 mg/1 gelösten Sauerstoff enthält, zu erzielen, und ein Becken 6 zur Einführung von Wasser und zum Abziehen von Waschwasser auf.

Das Filter ist mit zusätzlichen Regel- und Sicherheitseinrichtungen ausgestattet, z. B. einer oder mehreren Probeentnahmeeinrichtungen 7, einem Sicherheitsventil 8, einem Gasrpüler 9 und einem Manometer 10.

Das zu reinigende Wasser tritt durch die Rohrleitung 12 nach dem Öffnen des Ventils 13 in das Filter ein und wird auf der Oberfläche des Filters oberhalb des Filtermaterials durch das Becken 6 verteilt. Das Wasser fließt anschließend durch das Filtermaterial und dann gegebenenfalls durch eine oder mehrere Schichten aus einem anderen Material, mit dem eine zusätzliche Behandlung durchgeführt werden kann. Dabei können mehrere Filter hintereinander geschaltet werden.

Das Auflosen der mit Sauerstoff angereicherten Luft oder des reinen Sauerstoffs unter Druck erfolgt in einem geschlossenen Behälter, z. B. in dem von dem Filter getrennten Behälter 14, dp-: - r auch in das Filter selbst oberhalb des Filtermatenals eingebaut sein kann.

Da die gelöste Sauerstoffmenge von der Kontaktfläche zwischen dem gasförmigen Sauerstoff und dem Wasser abhängt, trifft man im Inneren des Behälters 14 folgende Maßnahmen:

Entweder sorgt man für eine Gasverteilung im Wasser durch Erzeugung von Blasen in dem Flüssigkeitsmilieu mit bekannten Einrichtungen, z.B. durch Bildung eines Wasserstrahls 15, der auf die Oberfläche der Flüssigkeit 16 auftrifft, durch mechanisches Rühren des Wassers, durch Diffusion des Gases in das Wasser durch ein poröses Material oder durch Einleiten von Gas, das man in das Wasser einperlen läßt

Oder man sorgt für eine Verteilung des Wasser* in dem Gas durch an sich bekannte Maßnahmen, z.B. durch Zerstäuben des Wassers in der Gasatmosphäre, durch Fraktionierung eines Wasserstrahls, durch Einrieselnlassen von Wasser in Luft oder durch mechanisches Rühren des Wassers, oder aber man nimmt eine Kombination der vorstehend angegebenen Maßnahmen vor.

Die Vorrichtung ist mit Regel- und Sicherheitseinrichtungen ausgerüstet, z. B. einem Sicherheitsventil Sa und einem Manometer 10a Bei der vorliegenden Ausführungsform saugen eine oder mehrere Pumpen 17 das zu behandelnde Wasser in den Behälter 16, drücken es in den oberen Abschnitt des BehäJters 14, wobei ein Strahl 15 mit einer vorher festgelegten Geschwindigkeit in der Gasphase erzeugt wird. Der Strahl 15 trifft auf die Oberfläche der Flüssigkeit 16 in der Weise auf, daß die zum Auflösen von Sauerstoff in Wasser erforderliche Turbulenz und Aufwirbelung hervorgerufen wird. Das auf diese Weise mit Sauerstoff übermäßig stark angereicherte oder überoxydierte Wasser wird >n das oder die Filter eingeleitet. Das Gas wird durch eine Rohrleitung in den Behälter 14 eingeleitet und zwar entweder in die Gasphase oder in die flüssige Phase oder gleichzeitig in beide Phasen. Bei diesem Gas kann es sich insbesondere um Luft, um mit Sauerstoff angereicherte Luft oder vorzugsweise um reinen Sauerstoff handeln, wobei es unter einem bestimmten, bekannten Druck zur Verfügung steht.

Der Druck kann durch einen Regler 19, der in der Zuführungsleitung 19a angeordnet ist konstant gehalten werden. Ein Absperrventil 20 ermöglicht das Unterbrechen des Gasstromes in den Behälter 14, wenn dies erforderlich ist, beispielsweise dann, wenn der untere Niveaudetektor 22 des Behälters 14 anzeigt, daß die Menge an Flüssigkeit 16 zu gering ist.

Ein oberer Niveaudetektor 23 des Behälters 14 zeigt in gleicher Weise an, wenn die Menge der Gasphase zu gering ist, und kann die Pumpen 17 stoppen.

Das übermäßig mit Sauerstoff angereicherte Abwasser wird in das Filter eingelassen, das unter einem Druck steht, der direkt von dem Druck in dem Behälter 14 und von der Durchflußmenge abhängt Am Ausgang des Filters hält ein Ventil 25 das Filter unter Druck. Ein Niveaudetektor 24 kontrolliert und steuert das Niveau der Flüssigkeit 16 im Behälter 14 und betätigt das Ventil 25. Wenn das Niveau der Flüssigkeit 16 ansteigt, öffnet das Ventil 25 und umgekehrt. Diese Niveaudetektoren 22, 23 und 24, welche die Messung der entsprechenden Niveaus gewährleisten, sind an einer ruhigen Stelle in dem Behälter 14 selbst oder in einem getrennten Behälter angeordnet.

Ein Sauerstoffanalysator 26 für den gelösten Sauerstoff ist am Ausgang des Filters oder an der Probeentnahmeeinrichtung 7 so angeordnet, daß er die verwendete Sauerstoffmenge regelt und sie auf die für die Behandlung erforderliche Menge begrenzt. Dieser Sauerstoffanalysator 26 betätigt den Regler 19: wenn die Sauerstoffkonzentration des das oder die Filter verlassenden Wassers oder des Wassers in einem beliebigen Punkt der Filtermasse einen vorgegebenen Wert, beispielsweise 2 mg/1, übersteigt, setzt der Regler

19 den Druck der Gasphase im Inneren des Behälters 14 herab, das Niveau der Flüssigkeit 16 steigt und der Niveaudetektor 24 öffnet das Ventil 25 etwas stärker, was zu einer Herabsetzung des Arbeitsdruckes der Einrichtung und damit zur Verringerung der Menge an gelöstem und verbrauchtem Sauerstoff führt.

Wenn der Sauerstoffanalysator 26 eine Konzentration anzeigt, die unterhalb eines vorgegebenen Wertes, beispielsweise 1 mg/1, liegt, setzt der umgekehrte Vorgang ein.

Das filtrierte Wasser verläßt das Filter durch die Austrittsleitung 27a, in der das Ventil 25 angeordnet ist, und wird in dem Wasserbehälter 27 gesammelt. Eine Umwälzung des behandelten Wassers ist möglich, jedoch bei der vorstehend beschriebenen Anordnung nicht erforderlich.

Die Erfindung wird anhand der nachstehenden Werte von Versuchsergebnissen beispielsweise erläutert.

Beispiel

Mit Testanordnungen durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß dann, wenn man einen Druck von 1 Bar oberhalb des normalen Atmosphärendrucks aufrechterhält, es mit einer sehr einfachen Anordnung möglich ist, mit dem erfindungsgemäßen Tauchfilter in einem vorher ausgeflockten und dekantierten städtischen Abwasser Werte für effektiv gelösten Sauerstoff zwischen 25 und 50 mg/1 zu erreichen, wobei der erhaltene genaue Wert zu einem gegebenen Zeitpunkt von den in diesem Augenblick herrschenden Betriebsbedingungen abhängt, z. B. dem Atmosphärendruck, der Wassertemperatur, dem Salzgehalt und dem Gehalt an Verschmutzungsstoffen in diesem Wasser.

Nachfolgend sind beispielsweise Versuchsergebnisse angegeben, die bei vier verschiedenen Versuchen in einer gemäß der Erfindung konzipierten Versuchsapparatur erhalten wurden, die im wesentlichen ein geschlossenes Filter mit einer Oberfläche von 0,125 m² mit einer Schicht aus körnigem expandierten Ton einer Dicke von 1,8 m aufwies. Das Volumen des Filtermaterials betrug somit 0,225 m³.

Tabelle

Wasser-	Filtrier	Gelöster	BSB5	BSB5	Ver	Ver	Gelöster	Verbrauch	Suspendierte
Durch	geschwin	Sauerstoff	vor dem	nach dem	brauchter	brauchter	Sauerstoff	ter Sauer	Stoffe in dem
flußmenge	digkeit	vor dem	Filter	Filter	BSB5	BSB5	nach dem	stoff pro	filtrierten
		Filter					Filter	mg BSB5	Wasser
(mVh)	(mVmVh)	(mg/I)	(mg/1)	(mg/1)	(mg/1)	(kg/m3d)	(mg/1)	(mg)	(mg/1)
1,625	13	36	83	23	60	10,38	2	0,56	4
1,625	13	33	74	34	40	6,92	2,5	0,76	8,5
1,875	15	32	104	42	62	12,40	4	0,45	9,5
1,875	13	33	92	33	59	11,80	6	0,45	9,5

Aus den Angaben in der vorstehenden Tabelle geht hervor, daß es mit dem erfindungsgemäßen biologischen Tauchfilter möglich ist, unter den Versuchsbedingungen einen BSBs-Wert von 40 und sogar mehr als 60 mg/1 zu verbrauchen und bei Filtriergeschwindigkeiten, die 13 m³/h übersteigen, Werte an verbrauchten Verschmutzungsstoffen zu erreichen, die gleich oder besser sind als BSB5-Werte von 12 kg pro m³ und Tag bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer sehr guten Filterwirkung, da der Gehalt an suspendierten Stoffen in dem filtrierten Abstrom niemals 10 mg/1 übersteigt

Durch Erhöhung des Drucks in der Einrichtung zur Einleitung von Sauerstoff einerseits und durch Modifizieren der Filtriergeschwindigkeit und der Dicke der Materialschicht andererseits ist es möglich, bei einer erfindungsgemäß aufgebauten Vorrichtung Belastungen von 10 bis 15 kg an verbrauchtem BSB5 pro Kubikmeter und Tag für den Mittelwert eines Zyklus mit stündlichen Spitzenwerten von 20 kg pro Kubikmeter und Tag zu erreichen.

Die mittleren Filtriergeschwindigkeiten können demnach zwischen 10 und 20m³/h bei stündlichen Spitzenwerten von 25 bis 30m³/h variieren. Diese

Ergebnisse können erhalten werden, wenn die zu beseitigende Menge an Verunreinigungsmaterialien zwischen 50 und 70 mg BSB₅ pro Liter des zu reinigenden Wassers schwankt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Biologisches Tauchfilter zum Reinigen von Abwässern, bei dem sich das Filtermaterial in einem geschlossenen, unter Druck stehenden gasdichten Behälter befindet und in dem das Abwasser mit hoher Sauerstoffkonzentration behandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß für die Behandlung des Abwassers mit Sauerstoff im Überschuß ein separater Behälter (14) vorgesehen ist, der stromaufwärts vom Filter (1) angeordnet ist und in dem der Sauerstoff im Abwasser in einer Menge gelöst wird, deren Wert größer ist als der der Löslichkeit des Sauerstoffs, der dem Partialdruck des Sauerstoffs in dem verwendeten Gas bei Atmosphärendruck entspricht.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Behälter (14) zur übermäßigen Anreicherung von Sauerstoff im zu behandelnden Abwasser eine Sauerstoffmenge zwischen 30 mg/1 und 300 mg/1 lösbar ist.

3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die mit einer am Filterausgang oder im Filtermaterial selbst angeordneten Meßeinrichtung zusammenwirkt und die Menge des Restsauerstoffs mißt, welche den im separaten Behälter (14) und im Filter (1) herrschenden Druck und damit die Menge des im Abwasser gelösten Sauerstoffs in Abhängigkeit von dieser Restsauerstoffmenge steuert.

4. Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung für den Druck im separaten Behälter (14) und im Filter (1) einen Sauerstoffanalysator (26) aufweist, der am Filterausgang angeordnet und mit einem an den separaten Behälter (14) angeschlossenen Regler (19) gekoppelt ist, und daß der separate Behälter (14) einen Niveaudetektor (24) aufweist, der mit einem Ventil (25) in der Austrittsleitung (27a) für behandeltes Abwasser zusammenwirkt.

5. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der separate Behälter (14) in dem Filterbehälter angeordnet ist.

6. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der separate Behälter (14) obere und untere Niveaudetektoren (22, 23) aufweist, mit denen die dem Behälter zugeführten Gas- und Wassermengen steuerbar sind.