DE4240062C2

DE4240062C2 - Festbettreaktor zur biologischen Behandlung von Abwasser

Info

Publication number: DE4240062C2
Application number: DE19924240062
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Faber; Gerd W Felgener; Wolfgang Arnold Kemmerling
Original assignee: Individual
Current assignee: Felgener Gerd W Dipl-Ing 41515 Grevenbroich
Priority date: 1992-11-28
Filing date: 1992-11-28
Publication date: 2000-10-26
Anticipated expiration: 2012-11-29
Also published as: DE4240062C1

Description

Die Erfindung betrifft einen Festbettreaktor zur bio logischen Behandlung von Abwasser. Der Reaktor weist einen festen Reaktorbehälter auf, der eine nach oben von einem umlaufenden Rand begrenzte seitliche Wandung und einen Boden hat sowie einen Zulauf für das Abwasser. Innerhalb des Reaktorbehälters ist ein aus einer regellosen Schüttung von Füllkörpern gebil detes Festbett angeordnet, das den Reaktorbehälter bis auf eine Höhe unterhalb des umlaufenden Randes aus füllt, eine im wesentlichen plane Oberfläche hat und durch wenigstens eine Zwischenwand innerhalb des Re aktorbehälters in Teilvolumina aufgeteilt ist. Außerdem sind an dem Festbettreaktor eine Zuleitung für Luft im Bereich des Bodens unterhalb des Festbettes und ein Ablauf für das behandelte Abwasser vorgesehen. Die Füllkörper sind aus einem körnigen, kohlenstoffhaltigen Material gebildet.

Ein ähnlicher "Festbettreaktor für biochemische Pro zesse" ist beispielsweise aus der DE 35 36 349 A1 be kannt geworden. Dabei handelt es sich um einen Fest bettreaktor, der einen äußeren festen Reaktorbehälter, einen Substrateinlaß, einen Gasauslaß, einen Produkt auslaß und mindestens ein Festbett aufweist und da durch gekennzeichnet ist, daß das Festbett in mehrere voneinander durch Zwischenwände getrennte Teilvolu mina aufgeteilt ist. Der bekannte Reaktor dient dazu, einen Weg zu weisen, wie ausgehend von im Labormaß stab erprobten und optimierten chemischen oder bio chemischen Verfahren möglichst rationell zum indu striellen Einsatz dieser Verfahren übergegangen wer den kann (vgl. a. a. O. Sp. 3, Z. 30-35).

Somit dient der bekannte Reaktor einer vom Gegen stand der vorliegenden Erfindung völlig unterschiedli chen Zielsetzung. Im vorliegenden Falle besteht die Aufgabenstellung darin, einen Festbettreaktor zur bio logischen Behandlung von Abwasser anzugeben, wie er beispielsweise in kommunalen Kläranlagen anwendbar ist. Der Reaktor soll aber auch als Komponente für eine Anlage zur Klärung von "schwierigen" Abwässern, wie beispielsweise Textilabwässern, dienen, welche es erfor derlich machen, daß mehrere Reinigungsstufen hinter einander geschaltet werden. Im vorliegenden Falle soll der Reaktor eine einer adsorptiven Reinigungsstufe vorgeschaltete biologische Behandlungsstufe aufneh men. Daneben soll der Aufbau des Reaktors einfach und übersichtlich sein, sein Betrieb weitgehend wartungsfrei und mit einfachen Mitteln wirtschaftlich durchführbar sein. Außerdem soll das Austreten von Gerüchen bei der Behandlung des Abwassers unterbunden werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, wie es im Patenanspruch 1 angegeben ist.

Durch diese Anordnung des Festbetts des Zulaufs und des Ablaufs wird das biologisch zu behandelnde Abwasser dazu veranlaßt, einen großen Teil des Fest betts von oben nach unten zu durchströmen. In dem Festbett sind die Bakterien angesiedelt, welche zumin dest einen Teil der im Abwasser gelösten Schadstoffe fressen, verdauen, veratmen und in umgewandelter, d. h. mineralisierter Form (CO₂ + H₂O + N₂) wieder aus scheiden. Durch die erfindungsgemäße Anordnung ist die Verweilzeit, welche das Abwasser zum Durchströ men des Festbetts benötigt, in der Weise beeinflußbar, daß den Bakterien ausreichend Zeit gegeben ist, die Schadstoffe anzugreifen. Die übliche Verweilzeit be trägt zwischen 6 und 12 Stunden.

Als Füllkörper des Festbetts sind beispielsweise, wie an sich bekannt, Blähtonkugeln vorgesehen. Noch bes ser und wirtschaftlicher ist es allerdings, wenn man grobkörnigen Herdofenkoks aus Braunkohle verwen det, der durch die Verkokung von Braunkohle auf einem Herdofen hergestellt wurde. Diese Art der Herstellung von Herdofenkoks ist in der Fachwelt hinreichend be kannt. Die Verwendung von Herdofenkoks hat den be sonderen Vorteil, daß man ein Festbett von hoher Wirk samkeit erhält, welches auch zugleich adsorptiv wirkt und preiswürdig ist. Dabei ist im allgemeinen nur eine Einmalfüllung des Festbetts mit laufender Ergänzung des beim Rückspülen ausgetragenen Anteils vorgese hen.

Das Sammelrohr am Boden des Reaktorbehälters steht mit wenigstens einem Steigrohr in Verbindung, in welchem das Abwasser nach Durchfließen der Füllkör perschüttung aufsteigt, um in annähernd gleicher Höhe wie der Zulauf für das ungereinigte Abwasser wieder aus dem Festbettreaktor abzufließen. Es kann sowohl ein einzelnes als auch eine Mehrzahl von senkrechten Steigrohren vorgesehen sein. Jedes der Steigrohre weist ein seitliches Abflußrohr auf, welches in einem Sammel kanal oder Sammelbrunnen mündet. Durch die Höhe des Abflußrohres über dem Boden des Reaktorbehäl ters wird zugleich die Höhe des Wasserspiegels inner halb der Festbettschüttung bestimmt. Hierbei ist es wichtig, daß das Steigrohr oben offen ist, denn dadurch wird verhindert, daß der Reaktorbehälter leerlaufen kann, wenn beispielsweise der Zulauf von Abwasser un terbrochen wird oder zum Stillstand gekommen ist. Das Steigrohr und das Abflußrohr können sowohl innerhalb des Reaktorbehälters als auch außerhalb angeordnet sein.

Zusätzlich ist in jedem der Steigrohre eine Absperr klappe vorgesehen. Diese wird geschlossen, sobald das Festbett von dem Schlamm gereinigt werden muß, wel cher sich durch die Aktivität der Bakterien im Laufe der Zeit auf den Füllkörpern anlagen. Zu diesem Zwecke sind auf dem Boden des Reaktorbehälters Rückspülroh re vorgesehen, durch welche eine Flüssigkeit hindurch geschickt wird, um die Schüttung der Füllkörper frei zu spülen. Als Spülflüssigkeit kann Frischwasser verwen det werden, üblich und wirtschaftlich sinnvoll ist es je doch, dazu einfach das Abwasser zu verwenden, welches zuvor gereinigt wurde. Durch die Rückspülung werden die von den Füllkörpern gelösten Schlammteilchen bis zur Oberfläche der Festbettschüttung ausgetragen und können von dort beispielsweise abgeschöpft werden oder über die dafür vorgesehene Ablaufkante abfließen.

Zur Vermeidung des Rückfließens liegt die Ablaufkante in einer Höhe unterhalb des Überlaufs für das zuströ mende Abwasser.

Die Höhe des Abflußrohres in einem Abstand unter halb der an sich planen Oberfläche der Füllkörperschüt tung ist auch insofern bedeutsam, als daß beispielsweise bei der Verwendung von Herdofenkoks als Festbett schüttung die oberste Schicht der Schüttung gleichzeitig als Luftfilter dient und verhindert, daß Geruchsstoffe aus der Festbettschüttung austreten.

Da die aerobe biologische Reinigung des Abwassers die Zufuhr von Luft erfordert, mit der den Bakterien der für den Umsatz erforderliche Sauerstoff zugeführt wird, ist auf dem Boden des Reaktorbehälters eine Mehrzahl von Belüftungsrohren vorgesehen. Diese Belüftungs rohre werden von außen her mit Luft beaufschlagt. Sie sind unterhalb des Festbetts in Gruppen angeordnet, so daß durch wahlweise Beaufschlagung einzelner Grup pen Zonen des Festbetts durchlüftet werden können. Zusätzlich ist auch noch eine Schicht aus körnigem Ma terial, beispielsweise Kies, vorgesehen, womit der Bo den des Reaktorbehälters unterhalb der Schüttung der Füllkörper mit einer zusammenhängenden Schicht be deckt ist. Über die Kiesschicht können sowohl die Luft als auch das Spülmedium gleichmäßig über den Boden des Reaktorbehälters verteilt werden, so daß die beiden Medien an allen Stellen mit der gleichen Intensität in die Schüttung aus Herdofenkoks eindringen können.

Wichtig ist ferner, daß zwischen dem Zulauf des Ab wassers und der Sammlung des biologisch behandelten Abwassers innerhalb des Sammelrohres ein seitlicher Abstand besteht. Auf diese Weise wird das Abwasser dazu veranlaßt, möglichst den gesamten Querschnitt der Schüttung der Füllkörper zu durchfließen, bevor es ge sammelt und abgeleitet werden kann. Da sich das Was ser auf seinem Weg bekanntlich den geringsten Wider stand aussucht, ist nach einem weiteren Merkmal einer vorteilhaften Ausgestaltung des Festbettreaktors vor gesehen, diesem Reaktor einen runden Öffnungsquer schnitt zu geben. Einen runden Öffnungsquerschnitt weisen beispielsweise auch die Klärbecken zur Reini gung von Abwasser auf. In der Mitte eines rund ausge stalteten Festbettreaktors befindet sich sodann ein Brunnen, über den das biologisch behandelte Abwasser aus dem Festbettreaktor abgezogen werden kann. Durch den runden Aufbau aber verringert sich der Durchflußquerschnitt zum Abfluß hin. Die Folge ist, daß das Wasser auch Bereiche der Füllkörperschüttung durchfließen muß, welche es sonst bei einer rechtwinke ligen Ausgestaltung des Festbettreaktors nicht mit der gleichen Intensität erreichen würde.

Zusätzlich ist vorgesehen, das Festbett durch Zwi schenwandungen, welche in den Reaktorbehälter einge zogen sind und diesen auf seinem gesamten Wirkungs querschnitt unterteilen, in Teilvolumina aufzuteilen. Diese Aufteilung hat den Vorteil, daß einzelne Teilvolu mina des Festbettreaktors gespült werden können, wäh rend die übrigen Teile des Festbetts das Abwasser reini gen. Die Unterteilung in Teilvolumina hat sich sowohl bei rechtwinkeligen Reaktorbehältern als auch bei run den Reaktorbehältern gleichermaßen als vorteilhaft er wiesen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungs gemäßen Festbettreaktors folgen aus den einzelnen Un teransprüchen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Aus führungsbeispiels näher beschrieben. Die einzige Figur zeigt in nicht maßstäblicher und teilweise stark verein fachter Wiedergabe den Querschnitt durch einen Fest bettreaktor zur biologischen Behandlung von Abwasser.

Der Festbettreaktor besteht aus einem rechtwinke ligen Behälter 1 mit den beiden in ihrer jeweiligen Aus gestaltung gleichartigen Reaktorkammern 2, 3. Die bei den Reaktorkammern 2, 3 haben ebenfalls, wie das in der Figur erkennbar ist, einen überwiegend rechtwinke ligen, prismatischen Querschnitt. Sie sind symmetrisch beiderseits eines Sammelkanals 4 angeordnet, der den durchgehenden Boden 5 des Behälters 1 mittig unter teilt. Seitlich wird der Behälter 1 durch die beiden festen Wandungen 6 und 7 begrenzt.

Im vorliegenden Beispiel ist der Behälter 1 oben of fen. Er kann aber ebensogut oben durch einen Deckel oder irgendeine Abdeckung (nicht gezeigt) verschließ bar sein. Der Sammelkanal 4 wird von einer Wand 8 getragen, die sich in der Mitte zwischen den beiden seitlichen Wandungen 6 und 7 senkrecht vom Boden 5 aus nach oben erstreckt. Die Wand 8 dient zugleich als Stütze für den Sammelkanal 4. Innerhalb der Reaktor kammern 2 und 3 befindet sich jeweils eine lose Schüt tung 9 bzw. 10 aus Herdofenkoks aus Braunkohle. Die beiden Schüttungen 9 und 10 füllen die beiden Reaktor kammern 2, 3 annähernd vollständig aus und haben je weils eine plane Oberfläche 11 bzw. 12. Entlang der oberen Ränder 13, 14 der seitlichen Wandungen 6, 7 sind jeweils Zulaufrinnen 15, 16 für das biologisch zu behan delnde Abwasser 18 vorgesehen. Jede der Zulaufrinnen 15, 16 weist einen Überlauf 19 auf, der sich in einem Abstand 20 oberhalb der planen Oberflächen 11, 12 der Festbettschüttungen 9, 10 befindet.

Das zulaufende Abwasser 18 ergießt sich in einem Schleier über den jeweiligen Überlauf 19 und dringt unterhalb des Überlaufs 19 in die Festbettschüttung 9, 10 ein. Die Stelle des Eintritts in die rechtsseitige Fest bettschüttung 10 ist beispielsweise durch den Pfeil 21 markiert. Vom Eintritt 21 aus breitet sich das zufließen de Abwasser 18 entlang des durch unterbrochene Linien angedeuteten Strömungsprofils 22 innerhalb des Fest betts 10 aus, um dem Sammelrohr 23 zuzufließen. Das von den unterbrochenen Linien umschriebene Strö mungsprofil 22 gilt beispielsweise bevorzugt für einen Reaktorbehälter mit rechtwinkeligem Querschnitt. Demgegenüber könnte sich das Strömungsprofil 24 bei spielsweise entlang der strichpunktierten Linien einstel len, wenn die Reaktorkammern 3 einen runden Quer schnitt hätten. Damit sich die Strömungsprofile 22 und 24 innerhalb der Festbettschüttung 10 auch tatsächlich ausbilden können, ist es erforderlich, daß das Sammel rohr 23 vom Überlauf 19 einen seitlichen Abstand 25 hat.

Das Sammelrohr 23 hat längs seiner Wandung Öff nungen (nicht gezeigt), durch welche das behandelte Abwasser in das Sammelrohr 23 eintreten und in dem mit dem Sammelrohr 23 in Verbindung stehenden Steig rohr 26 aufsteigen kann. Die Steigrohre 26 sind mit den Sammelrohren 23 fest und dauerhaft verbunden. Für jedes Sammelrohr 23 ist wenigstens ein Steigrohr 26 vorgesehen. Jedes der Steigrohre 26 ist außerdem an seiner Oberseite 27 offen. Die Oberseiten 27 enden etwa in der gleichen Höhe wie die Überläufe 19 der Zulauf rinnen 15 und 16. Die Oberseiten 27 sind wiederum hö her angeordnet als die Überlaufkante 17 des Sammelka nals 4.

In einem Abstand 28 unterhalb der planen Oberflä chen 11, 12 der jeweiligen Festkörperschüttungen 9, 10 zweigt jeweils ein Abflußrohr 29 von jedem Steigrohr 26 ab und mündet in dem Sammelkanal 4, so daß sich dort der Spiegel 30 einstellen kann. Wie in der Figur leicht erkennbar, befindet sich der Spiegel 30 der größ ten pro Zeiteinheit abfließenden Wassermenge im Ab stand 28 unterhalb der planen Oberseiten 11 und 12. Innerhalb der Festbettschüttungen 9 und 10 stellt sich der Spiegel 30 geringfügig höher ein, wie das durch die Pfeile 31 angedeutet ist. Die obere Schicht 32 der Fest bettschüttungen 9 und 10 ist dementsprechend in der Figur auch farblich heller abgesetzt. Diese obere Schicht 32 befindet sich, mit Ausnahme der unterhalb der jeweiligen Überläufe 19 befindlichen Teile 21 nicht in ständiger Berührung mit dem zu reinigenden Abwas ser 18. Die obere Schicht 32 dient vielmehr als Ver schluß für etwaige aus den Festbettschüttungen 9 und 10 austretende Gerüche.

Solche Gerüche können abwasserspezifisch sein oder durch die biologische Umsetzung der in dem zufließen den Abwasser 18 enthaltenen Schadstoffe mit Hilfe von Bakterien entstehen, die sich innerhalb der Festbett schüttungen 9 und 10 im Laufe der Zeit ansiedeln. Für ihren Umsatz brauchen diese Bakterien Luft 33, die ih nen über Belüftungsrohre 34 zugeführt wird, welche über den Boden 5 der Reaktorkammern 2 und 3 gleich mäßig verteilt sind. Über die Belüftungsrohre 34 wird den Festbettschüttungen 9 und 10 ständig frische Luft 33 in der Weise zugeführt, daß möglichst sämtliche Be reiche der Festbettschüttungen 9 und 10 in gleichem Maße mit Frischluft versorgt werden.

Neben den Belüftungsrohren 34 sind auch noch Rück spülrohre 36 unterhalb der Belüftungsrohre 34 gleich mäßig über den Boden 5 verteilt in die Kiesschüttung 35 eingebettet. Je nach Bedarf wird über diese Rückspül rohre 36 von Zeit zu Zeit behandeltes Abwasser in die Festbettschüttungen 9 und 10 eingeleitet, so daß die auf dem Herdofenkoks abgelagerten Schlämme ausgespült werden können. Die ausgespülten Partikel durchdrin gen dabei auch die obere Schicht 32 und können sodann von den planen Oberflächen 11 und 12 über die Über laufkante 17 in den Sammelkanal 4 abfließen. Während des Rückspülens werden die Steigrohre 26 von Absperr klappen 37 geschlossen, die zu diesem Zwecke in den Steigrohren 26 angeordnet sind. Durch das Schließen der Absperrklappen 37 wird verhindert, daß die Rück spülflüssigkeit auf kürzestem Wege in die Sammelrohre 23 eindringt und dort über die Steigrohre 26 und die Abflußrohre 29 dem Sammelkanal 4 zufließt.

Ziffernverzeichnis

1

rechtwinkeliger Behälter

2

Reaktorkammer

3

Reaktorkammer

4

Sammelkanal

5

Boden

6

Wandung

7

Wandung

8

Wand

9

Schüttung

10

Schüttung

11

plane Oberfläche

12

plane Oberfläche

13

oberer Rand

14

oberer Rand

15

Zulaufrinne

16

Zulaufrinne

17

Überlaufrinne

18

Abwasser

19

Überlauf

20

Abstand

21

Eintritt des Abwassers

22

Strömungsprofil

23

Sammelrohr

24

Strömungsprofil

25

seitlicher Abstand

26

Steigrohr

27

Oberseite

28

Abstand

29

Abflußrohr

30

Spiegel

31

Spiegel

32

obere Schicht

33

Luft

34

Leitung zur Belüftung

35

Schicht aus körnigem Material

36

Rückspülrohre

37

Absperrklappe

Claims

1. Festbettreaktor zur biologischen Behandlung von Abwasser mit einem festen Reaktorbehälter, der eine nach oben von einem umlaufenden Rand begrenzte seitliche Wandung und einen Boden hat sowie einen Zulauf für das Abwasser, ein aus einer regellosen Schüttung von Füllkörpern gebildetes Festbett auf weist, das den Reaktorbehälter bis auf eine Höhe unterhalb des Randes aus füllt und eine im wesentlichen plane Oberfläche hat sowie durch wenigstens ei ne Zwischenwand in Teilvolumina aufgeteilt ist, und bei dem eine Zuleitung für Luft im Bereich des Bodens unterhalb des Festbetts und ein Ablauf für das be handelte Abwasser vorgesehen sind, und bei dem die Füllkörper aus einem körnigen kohlenstoffhaltigen Material gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass

- der Zulauf aus einer Rinne (15, 16) gebildet ist, die mit dem Rand (13, 14) verbunden ist und sich oberhalb der Oberfläche (11, 12) des Festbetts (9, 10) wenigstens über Teilabschnitte des Randes (13, 14) erstreckt und einen zum Festbett (9, 10) hinweisenden Oberlauf (19) für das zuströmende Abwasser (18) hat,
- der Ablauf ein Sammelrohr (23) aufweist, welches in einem seitlichen Ab stand (25) vom Überlauf (19) auf dem Boden (5) angeordnet ist und Ein trittsöffnungen für das behandelte Abwasser hat,
- wenigstens ein mit dem Sammelrohr (23) in Verbindung stehendes senk rechtes Steigrohr (26) vorgesehen ist, das sich bis oberhalb der Oberfläche (11, 12) des Festbetts (9, 10) erstreckt, oben (27) offen ist und mit einem Ab flussrohr (29) in Verbindung steht, das in einem Abstand (28) unterhalb der Oberfläche (11, 12) des Festbetts (9, 10) in einem Sammelkanal (4) mündet.

2. Festbettreaktor nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß auf dem Boden (5) unterhalb des Festbetts (9, 10) eine Schicht (35) aus körnigem Ma terial vorgesehen ist, das einen Durchmesser zwi schen 10 und 20 mm hat.

3. Festbettreaktor nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Zuleitung für Luft (33) aus einer Mehrzahl von Leitungen (34) besteht, die in gegenseitigen Abständen zueinander auf dem Bo den (5) verteilt sind und deren Wandungen elastisch sind sowie Perforationen zum Austritt der Luft (33) aufweisen.

4. Festbettreaktor nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (34) für die Zuleitung von Luft (33) in eine Schicht (35) aus Kies eingebettet sind.

5. Festbettreaktor nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß auf dem Boden unterhalb des Festbetts eine Mehrzahl von Rohren (36) für die Zuleitung einer Spülflüssigkeit vorgesehen ist, de ren Wandungen nungen zum Austritt der Spül flüssigkeit aufweisen.

6. Festbettreaktor nach den Ansprüchen 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (36) für die Zuleitung der Spülflüssigkeit in die Schicht (35) aus Kies eingebettet sind.

7. Festbettreaktor nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (34) für die Zuleitung von Luft (33) in Gruppen zusammen geschaltet sind und daß eine Umschalteinrichtung vorgesehen ist, über welche die Gruppen von Lei tungen (34) abwechselnd beaufschlagbar sind.

8. Festbettreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das kohlen stoffhaltige Material aus Herdofenkoks besteht, der durch die Verkokung von Braunkohle auf einem Herdofen erzeugt wird und zur Bildung des Festbetts (9, 10) eine Körnung zwischen 2 und 6 mm Durchmesser aufweist.

9. Festbettreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Stei grohr (26) ein öffenbarer Schieber (37) vorgesehen ist.

10. Festbettreaktor nach einem der vorgehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, dass der Reaktorbehälter (1) einen runden Öffnungsquerschnitt hat.