DE3724821A1 - Fuellelemente aus kunststoff zur ungeordneten fuellung von biologischen tropfkoerpern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Füllelemente aus Kunststoff zur ungeordneten Füllung von biologischen Tropfkörpern, in deren Mitte sich eine Durchflußöffnung befindet und die gegebenenfalls auch Lamellen enthalten.

Eine seit Jahren verbreitete Methode der biologischen Abwasserreinigung ist das Tropfkörperverfahren. Bei diesem Verfahren wird das Abwasser oben in zerriesel­ ter Form in einen eine Füllung mit möglichst großer spezifischer Oberfläche auf­ weisenden Turm eingespeist. Über die große Oberfläche der Füllung rieselt das Abwasser in Form eines Films nach unten, und die Mikroorganismen der auf dem Füllstoff des Turmes gewachsenen Bakterienkolonien (des sogenannten biolo­ gischen Rasens oder der Bakterienhaut) verwenden die im Abwasser befindlichen organischen Stoffe zu ihrem Lebensunterhalt und reinigen dadurch das Abwasser. Das gereinigte Abwasser wird dann unten aus dem Turm abgeleitet.

Die Füllung der Tropfkörper hat einen wesentlichen Einfluß auf die Arbeitsweise der Abwasserreinigung, da diese durch die die Oberfläche der Füllkörper überziehende biologische Haut gewährleistet wird.

Zufolge ihrer zahlreichen Vorteile werden häufig als Füllungen der biologischen Tropfkörper aus Kunststoff (im allgemeinen aus vakuumgeformten miteinander verklebten Platten) gefertigte blockartig ausgebildete Einsätze verwendet.

Diese Einsätze, die im allgemeinen eine große Zahl offener Kanäle enthalten und spezifische Oberflächen von 100-200 m²/m³ aufweisen, werden in geordneter Weise in die Tropfkörper eingesetzt.

Die geordnet vorgesehenen blockartigen Einsätze fördern eine mit hoher Ge­ schwindigkeit erfolgende Vorreinigung der einen hohen Gehalt an organischen Stoffen aufweisenden A bwässer, verstopfen nicht und sind gegen stoßartige Be­ lastungen unempfindlich, jedoch zur vollkommenen Reinigung der Abwässer sind die bekannten Einsätze nicht geeignet, da zur Erfüllung dieser Aufgabe die Auf­ enthaltsdauer des Abwassers in ihnen zu gering und auch ihre spezifische Ober­ fläche nicht genügend groß sind.

Demzufolge mußten den mit geordneten Füllungen versehenen Tropfkörpern eine weitere Wasserreinigungsstufe, z.B. eine Lebendschlammreinigung nachgeschaltet werden, um die einschlägigen Normvorschriften für die Wasserqualitätsparameter für in lebende Gewässer zuleitbare gereinigte Abwässer zu erfüllen.

Aus diesem Grunde wurde die Entwicklung entsprechender Kunststoffüllungen erforderlich, die eine Anwendung der im Veragleich zum Lebendschlammverfah­ ren geringere Investitions- und Energieaufwendungen erfordernden Tropfkörper- Abwasserreinigung in der Weise ermöglichen, daß dabei das gereinigte Abwas­ ser den in den Normvorschriften festgelegten Wasserqualitätsparametern ent­ spricht. Die für diesen Zweck entwickelten Kunststoffelemente müssen eine spezifische Oberfläche von mindestens 250 m²/m³ aufweisen und eine ausreichend lange Aufenthaltsdauer des Abwassers in dem Tropfkörper gewähr­ leisten, während der die Mikroorganismen der auf den Tropfkörpern angesiedelten Bakterienkolonien den Abbau der im Abwasser befindlichen organischen Stoffe mit der gewünschten Effektivität vollführen können.

Eine weitere an die Füllung gestellte Forderung ist die entsprechende mecha­ nische Festigkeit, die den Einbau von hohen Tropfkörpern ohne Zwischenab­ stützung in der Weise ermöglichen, daß hierbei die unterste Schicht der Füllung ohne Schaden und Deformation das gesamte Gewicht der über ihr angeordneten Kunststoff-Füllung, der auf diesen gebildeten biologischen Haut und des herab­ rieselnden Abwassers trägt. Hierbei soll die Füllung möglichst leicht und materialsparsam ausgebildet sein.

Ein wichtiger Gesichtspunkt ist weiterhin, daß der zur Verwendung gelangende Kunststoff den entsprechenden chemischen und korrosiven Einwirkungen Wider­ stand leistet und gleichzeitig verhältnismäßig einfach verarbeitbar ist.

Zahlreiche Kunststoffüllungen sind bekannt, die aber den vorstehend angeführten Forderungen nur zum Teil entsprechen. Am meisten verbreitet ist die aus der HU-PS 1 71 178 bekannte Füllung, die aus an ihrem Ende offenen, innen hohlen zylindrischen und mit zu ihrer Längsachse quergerichteten Rippen versehenen Kunststoffelementen besteht. Diese Füllung verfügt über eine verhältnismäßig große spezifische Oberfläche und gute mechanische Festigkeit, weist aber trotz­ dem mehrere Nachteile auf.

Die zylindrischen Füllungselemente weisen anisotrope mechanische Eigenschaften auf, die Zylinder sind in senkrechter Richtung zu ihrer Achse in mechanischer Hinsicht wesentlich schwächer als in axialer Richtung, was nur zum Teil durch die in Querrichtung angeordneten Rippen ausgeglichen wird. Der Tropfkörper muß hingegen auch in statischer Hinsicht auf die schwachen Punkte der Füllung pro­ jektiert werden. Andererseits kann in reinigungstechnologischer Hinsicht das aus der ungeordnet vorgesehenen Füllung entlang der Innenflächen der waagerecht angeordneten Zylinder herabrieselnde Abwasser keinen Film bilden, so daß diese Flächen der Füllung an der Abwasserreinigung nicht teilnehmen und so als tote Räume bezeichnet werden können. Darüberhinaus können auch die Zylinder keineswegs mit ihrer ganzen inneren Oberfläche an der Abwasserreinigung teil­ nehmen, deren Achsen mit der Waagerechten einen gewissen kleinen Winkel ein­ schließen. Bei diesem sammelt sich nämlich das im inneren der Zylinder herab­ rieselnde Wasser im unteren Teil der Zylinder an, ohne daß der obere Teil deren innenflächen benetzt würde.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß obwohl die auf den Zylindern aus Festigkeitsgründen ausgebildeten Rippen theoretisch auch die spezifische Ober­ fläche der Füllung vergrößern, aber unter betrieblichen Verhältnissen die auf den Zylindern gewachsene biologische Haut die Rippen ausfüllt und sich von diesen nur schwer trennt, so daß letzten Endes in dem sich im Verlauf des kontinuier­ lichen Betriebes der Füllung entwickelten dynamischen Gleichgewichtszustand die an der Abwasserreinigung tatsächlich teilnehmnende aktive spezifische Ober­ fläche kaum den durch die glatten unverrippten Zylinder bestimmten Wert über­ schreitet.

Eine der vorstehend beschriebenen nahekommende Füllung ist aus der DE-PS 25 58 986 bekannt. Diese Füllung wird durch aus konzentrischen Wänden bestehende Zylinder gebildet, wobei die Zylindermäntel durch zu ihnen senkrechte Lamellen verbunden werden.

Auch diese Füllungelemente weisen aufgrund ihrer Konstruktion die Nachteile der vorstehend beschriebenen Füllung gemäß der ungarischen Patentschrift auf, d.h. sie zeigen anisotrope mechanische Eigenschaften (sie können der zur Achse der Zylinder senkrechten Belastung weniger als den axialen Belastungen Widerstand leisten), andererseits wird in reinigungstechnologischer Hinsicht die Innenfläche der waagerecht oder nahezu waagerecht angeordneten Rohrstücke oder zumindest ihr größerer Teil durch das Abwasser nicht benetzt, so daß diese Fläche an der Abwasserreinigung nicht teilnehmen kann.

In der GB-PS 12 75 116 ist ebenfalls ein Füllelement mit zylindrischer Gestalt beschrieben, dessen Mantel Perforationen aufweist, wobei im Zylinderinneren Verstärkungslamellen angeordnet sind.

Diese Form ermöglicht durch die Verwendung von Perforationen ein intensives Durchmischen des über die Füllung herabrieselnden Abwassers und hiermit die Benetzung der gesamten Oberfläche der Füllung, obwohl die Perforationen auch eine gewisse Verminderung der spezifischen Oberfläche zur Folge haben.

In mechanischer Hinsicht weist die Füllung den bereits zuvor erwähnten Nachteil der zylindrischen Form auf, der durch die perforationsbedingte weitere Schwä­ chung (und eben in senkrechter Richtung zur Achslinie) erheblich vergrößert wird.

In der DE-PS 29 28 784 sind kugelförmige in radialer Richtung bogenförmige Wandungsflächen enthaltende Einsätze beschrieben. Die Kugeln haben dabei in ihrem Zentrum Gänge, die eine möglichst große Benetzbarkeit der Füllung ermöglichen sollen.

Die Anordnung der Wandflächen in radialer Richtung ermöglicht hingegen ohne Gefahr einer Verstopfung keine entsprechend dichte Anordnung derselben im Interesse der Erhöhung der spezifischen Oberfläche. Die spezifische Oberfläche einer Kugelausführung mit einem Durchmesser von 7 cm beträgt z.B. nur 32 m²/m³, was ein ziemlich niedriger Wert im Vergleich zu den gleichen Parametern der bekannten ungeordneten Füllungen ist, da bei ungeordneten Füllungen als gewünschter Wert mindestens das Doppelte erreicht werden sollte.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Füllungselement aus Kunststoff zu schaffen, das in biologischen Abwasserreinigungsanlagen in ungeordneter Weise bsp. in geschütteter Weise verwendet werden kann und dabei in jeder Richtung über die gleiche Starrheit sowie mechanische Festigkeit verfügt, wobei seine spe­ zifische Oberfläche den Wert von 250 m²/m³ überschreitet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die eine Ausführungsform der Füllungs­ elemente kugelförmig ist, in ihrer Mitte eine Durchflußöffnung besitzt und Lamellen aufweist, wobei das Füllungselement dieser Ausführungsform erfin­ dungsgemäß aus einer kreisförmigen Grundplatte, mindestens einer zu dieser senkrechten ebenfalls kreisförmigen Verstärkungsplatte sowie aus zueinander parallelen kreisförmigen Lamellen besteht, wobei die Durchflußöffnung in der Grundplatte ausgebildet ist und die Lamellen gegenseitig in Abständen von 1- 10, vorteilhafterweise 5 mm, voneinander angeordnet sind und die andere Ausführungsform kreisringförmig ist, wobei aus dem Mantel des Kreisringes oberhalb und unterhalb der Halbierungsebene abwechselnd Kreisringsegment­ flächen ausgeschnitten sind.

Bei der ersten Variante beträgt die Fläche der Durchflußöffnung vorteilhafter­ weise mindestens 25% der Grundplattenfläche.

Die Lamellen sind vorteilhafterweise zur Verstärkungsplatte und zur Grundplatte senkrecht angeordnet.

Die Wandstärke der Platten und Lamellen beträgt 0,1-2, vorteilhafterweise 0,4 mm.

Bei der kreisringförmigen Variante betragen die ausgeschnittenen Flächen 30-70 % der gesamten Kreisringfläche.

Die Höhe und/oder der Durchmesser des Kreisringes liegt vorteilhafterweise zwischen 10-100 mm, wobei der Durchmesser das 2- bis 4-fache, vorteilhafter­ weise das 3-fache der Höhe beträgt.

Die Wandstärke des Füllungselementes liegt zwischen 0,1 und 1 mm, vorteil­ hafterweise beträgt sie 0,4 mm.

Mit den so ausgebildeten Füllungselementen können die Nachteile der bekannten Füllungselemente beseitigt werden, wobei Form und Festigkeit der Elemente in Hinsicht auf die Effektivität der Abwasserreinigung als optimal angesehen werden können und die einzelnen Elemente nach einer produktiven und effektiven Technologie hergestellt werden können.

Die Oberfläche der Grundplatte, der Verstärkungsplatte so wie der Lamellen der kugelförmigen Füllung nimmt nahezu in vollem Ausmaß an der Ausbildung der nützlichen Fläche teil, so daß eine außerordentlich effektive Abwasserreinigung ermöglicht wird.

Form und Festigkeit der aus dem Torus durch Herausschneiden von Kreisseg­ menten entstandenen Füllungselemente sind von dem Gesichtspunkt der Abwas­ serreinigung her gesehen außerordentlich günstig. Außerdem sind die erfindungs­ gemäßen Füllungselemente einfach und preiswert herstellbar.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 die axonometrische Zeichnung einer vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Füllungselementes und

Fig. 2 die Draufsicht der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform,

Fig. 3 die axonometrische Zeichnung einer anderen vorteilhaften Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Füllungselementes,

Fig. 4 die Seitenansicht des in Fig. 3 dargestellten Füllungselementes und

Fig. 5 die Draufsicht des aus Fig. 4 ersichtlichen Füllungslementes.

Das aus Fig. 1 und 2 ersichtliche Füllungselement hat eine Grundplatte 1, eine Verstärkungsplatte 2 und zueinander parallele Lamellen 3, die miteinander derart ausgebildet sind, daß die Ümhüllende dieser Bauelemente eine Kugel ist. Dement­ sprechend sind sowohl die Grundplatte 1 als auch die Verstärkungsplatte sowie die Lamellen 3 kreisförmig und gegebenenfalls im Interesse der Vergrößerung der Oberfläche gewellt ausgebildet.

In der Grundplatte 1 ist eine Durchflußöffnung 4 vorgesehen, um die entsprechende Flüssigkeitsströmung und Filmbildung zu gewährleisten. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Durchflußöffnung 4 in Form einer Ellipse ausgebildet, deren größere Krümmungsradien unendlich sind, so daß die Durch­ flußöffnung 4 insgesamt die Form einer Rennbahn aufweist.

Das Füllungselement ist aus thermoplatischem Hart-PVC im Spritzgußverfahren hergestellt. Der Durchmesser der Grundplatte 1 und der Verstärkungsplatte 2 sowie der größten Lamelle 3 beträgt 30 mm. Die Wandstärke sämtlicher Platten und Lamellen beträgt 0,4 mm. Der gegenseitige Abstand der Lamellen voneinan­ der beträgt 5 mm.

Die spezifische Oberfläche der vorgenannten kugelförmigen Füllung beträgt 400 m²/m³, ihr spezifisches Gewicht 85 kg/m . In eine mit vorstehender Füllung versehene 2 m hohe und einen Durchmesser von 6 m aufweisende biologische Kläranlage wurde kommunales Abwasser mit einem Gehalt von 200 mg/l BOI₅ organischen Stoffen und einer hydraulischen Belastung von 2 m²/m³ zugeleitet und mit der Füllung ein Reinigungswirkungsgrad von 94% erreicht.

Die aus den Fig. 3 bis 5 ersichtliche Kunststoffüllung ist hohltorusförmig aus­ geführt und abwechselnd unten und oben mit kreissektorförmigen Ausschnitten 5 versehen. Die Ausschnitte sind daher entlang von Kreisringsegmente abgrenzen­ den Ebenen ausgebildet, wobei jedoch abwechselnd in der oberen und der unteren Torushälfte nur ein Teil des Kreisringsegmentmantels entfernt wurde, um die Kontinuität und Festigkeit des Manteis des Füllungselementes zu bewahren. Auf diese Weise bilden zwischen den Ausschnitten 5 die unteren Mantelteile 6 und die oberen Mantelteile 7 abwechselnd das Füllungselement.

In der Mitte des Füllungselementes ist aus der Torusform des Füllungselementes resultierend die Durchflußöffnung 4 vorzufinden, d.h. daß in dem Füllungselement keine gesonderte Durchflußöffnung ausgebildet werden muß.

Die auf diese Weise gewonnene Gestalt des Füllungselementes verfügt über eine außerordentlich große spezifische Oberfläche. Dies resultiert auch aus der Tat­ sache, daß die Oberfläche eines Kreisringes mehr als das 2-fache der Oberfläche eines in einem gleichen Volumen anzuordnenden Zylinders beträgt.

Bei der dargestellten Ausführung beträgt der Außendurchmesser des Kreisringes 30 mm, seine Höhe 10 mm. Die Wandstärke beträgt 0,4 mm und die dargestellten Ausschnitte vermindern die Oberfläche des gesamten Kreisringes um 48%. Die spezifische Oberfläche des so ausgebildeten Füllungselementes beträgt 350 m²/m³, ihre spezifische Masse 90 kg/m³.

Die vorstehend beschriebenen kreisringförmigen Füllungselemente wurden bei Versuchen in einem 2 m hohen und einen Durchmesser von 6 m aufweisenden bio­ logischen Filterturm als Füllung eingesetzt und in den Filterturm wurde Brauereiabwasser nach einer Vorreinigung mit Hilfe von aus vakuumgeformten Platten mit einer spezifischen Oberfläche von 220 m²/m³ ausgebildeten Kunst­ stoffblöcken in zerrieselter Form zugeleitet. Der Gehalt des Abwassers an organischen Stoffen BOI₅ betrug 250 mg/l, die hydraulische Belastung war 2 m³/Tag.

Mit der aus den erfindungsgemäßen Füllungselementen ausgebildeten ungeordneten Füllung konnte das vorgereinigte Abwasser mit einem Wirkungsgrad von 92% gereinigt werden.

Aus Vorstehendem geht klar hervor, daß die erfindungsgemäße Füllung in biolo­ gischen Anlagen in der Form von ungeordneten Füllungen mit gutem Erfolg eingesetzt werden kann. Die spezifische Oberfläche und Masse der Füllungs­ elemente zeigt außerordentlich günstige Werte, ihre Herstellung ist einfach und preiswert. Die Abmessungen, Proportionen der Füllungselemente und die Größe der ausgeschnitten Flächen kann entsprechend den jeweiligen Anforderungen ver­ ändert werden.

Claims (13)

1. Füllungselement aus Kunststoff für ungeordnete Füllungen von biologischen Tropfkörpern, das kugel- oder kreisringförmig ausgebildet und mit einer zentralen Durchflußöffnung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer kugelförmigen Gestalt des Füllungselementes, dieses eine kreisförmige Grundplatte (1), eine zu dieser senkrecht angeordnete ebenfalls kreisförmige Verstärkungsplatte (2) sowie kreisförmige parallel zueinander angeordnete Lamellen (3) aufweist, wobei die Durchflußöffnung (4) in der Grundplatte (1) ausgebildet ist, und die Lamellen (3) gegenseitig in Abständen von 1-10 mm angeordnet sind, bzw. im Falle eines torusförmigen Füllungselementes auf dem Ringmantel oberhalb und unterhalb der Halbierungsebene abwechselnd kreisringsegmentförmige Ausschnitte (5) vorgesehen sind.

2. Füllungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (3) zur Grundplatte (1) und zur Verstärkungsplatte (2) senkrecht angeordnet sind.

3. Füllungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab­ stände zwischen den Lamellen (3) 5 mm betragen.

4. Füllungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Platten (1), (2) und der Lamellen (3) 0,1-2 mm be­ trägt.

5. Füllungselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß seine Wand­ stärke 0,4 mm beträgt.

6. Füllungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sein Durchmesser 10-100 mm beträgt.

7. Füllungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (4) in gewellter Ausführung hergestellt sind.

8. Füllungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ schnitte (5) 30-70% der Kreisringoberfläche ausmachen.

9. Füllungselement nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe und/oder der Durchmesser des Kreisringes 10-100 mm beträgt.

10. Füllungselement nach einem der Ansprüche 1, 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß der Durchmesser des Kreisringes das 2- bis 4-fache der Höhe be­ trägt.

11. Füllungselement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreis­ ringdurchmeser den dreifachen Wert der Höhe beträgt.

12. Füllungselement nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß seine Wandstärke 0,1-1 mm beträgt.

13. Füllungselement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß seine Wand­ stärke 0,4 mm beträgt.