DE4333175A1 - Wirbelbettreaktor zur aeroben Reinigung von Abwasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wirbelbettreaktor zur aeroben Reinigung von Abwasser, in vertikaler, zylindrischer Bauart, der mit einem Zu- und Ablauf sowie einer Belüftungseinrichtung versehen ist und in dessen Innerem sich Trennwände und fluidisierbare Trägerkörper befinden.

Es ist bekannt, zur Intensivierung aerober und/oder anaerober Prozesse bei der biologischen Abwasserbehandlung Bakterien auf Trägerkörpern zu immobilisieren. Neben Festbettschüttungen hat sich insbesondere der Einsatz schwimmender oder fluidisierbarer Bewuchsträger bewährt, da die beweglichen Träger einen guten Nährstofftransport gewährleisten und außerdem zu dick aufgewachsener Bakterienrasen leichter abgestoßen werden kann. Schwimmende Bewuchsträger mit einem Dichteverhältnis zu Wasser von höchstens 1 haben jedoch den Nachteil, daß sie in einer sich bildenden Schaumschicht zum Aufrahmen neigen. Außerdem sind derartige Trägerkörper im Ablauf der Behandlungsanlage nicht problemlos von im Wasser suspendierten Feststoffen zu trennen. Darüber hinaus beeinflußt der aufwachsende Biorasen die Schwimmeigenschaften der Trägerkörper stark. Andererseits erfordert der Einsatz von Trägerkörpern mit einem Dichteverhältnis von über 2 (z. B. Sand) eine hohe Fluidisierungsenergie, wodurch eine sehr hohe Scherbeanspruchung des Biorasens bewirkt wird. Für suspendierte Feststoffe im Wasser hat das Festbett außerdem die Wirkung eines Filters, so daß die Trägerteilchen nach kurzen Standzeiten gereinigt werden müssen. Deshalb sind die Vorteile der Prozeßintensivierung durch die bekannten Verfahren insbesondere bei feststoffhaltigen Abwässern kaum nutzbar.

In der DD 3 00 362 A5 ist auch schon vorgeschlagen worden, zur gleichzeitigen biologischen Behandlung von Abwasser mit einer erhöhten Kohlenstoff-, Phosphor- und Stickstoff-Eleminierungsleistung Wirbelbettreaktoren einzusetzen, die durch Trennwände in unterschiedliche Zonen unterteilt sind. Aber auch derartige Reaktoren sind bei feststoffhaltigen Abwässern nur bedingt einsetzbar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wirbelbettreaktor der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß auch Abwässer mit suspendierten Feststoffen problemlos gereinigt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei Trennwände I und II achsparallel unter dem Flüssigkeitsspiegel angeordnet sind, wobei die Trennwand I bis zum Reaktorboden reicht und mit der Reaktorwandung eine kreissegmentartige Kammer bildet, in die der am Reaktorkopf vorhandene Ablauf mündet, und die Trennwand II, axial bis ca. zur Mitte der Reaktorhöhe reichend, so gehaltert ist, daß in Bodennähe eine Durchströmöffnung zwischen ihr und dem Boden verbleibt, der Boden einseitig, kreissegmentartig angeschrägt ist und in diese gebildete Schräge die Belüftungseinrichtung mündet.

Vorzugsweise ist als Belüftungseinrichtung ein Druckstrahler vorgesehen. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist als Belüftungseinrichtung ein Strahlstoßbegaser installiert.

Das Verhältnis von Reaktordurchmesser zu Reaktorhöhe beträgt vorteilhafterweise 1 : 3 bis 1 : 5.

Vorzugsweise sind Trägerkörper mit einem Dichteverhältnis zu Wasser von höchstens 1,3 vorgesehen.

Werden schäumende Medien behandelt, so ist zweckmäßigerweise am Reaktorkopf zentrisch ein Schaumzerstörer befestigt, so daß die Abluft über den Schaumzerstörer geführt werden kann.

Im folgenden soll die Wirkungsweise des Wirbelbettreaktors bei Verwendung eines Strahlstoßbegasers als Belüftungseinrichtung kurz erläutert werden:

Aus der kreissegmentartigen Kammer wird trägermaterialfreies Wasser von einer Umlaufpumpe angesaugt und einem Strahlbegasungsapparat zugeführt. Der Strahlbegasungsapparat saugt Umgebungsluft an, die in den Wirbelbettreaktor feinblasig eingetragen wird. Der vom Strahlbegasungsapparat gebildete Gas- Flüssigkeits-Zweiphasenfreistrahl wird in die sedimentierende Trägerschicht geblasen, die sich in dem von der Trennwand II und der Reaktorwand begrenzten Raum bildet. Der Gas-Flüssigkeits-Zweiphasenfreistrahl bewirkt eine Fluidisierung der Trägerkörper.

Da die Trennwand II nur bis ca. zur Mitte der Reaktorhöhe reicht, tritt im oberen Bereich des Reaktors eine Querschnittsvergrößerung auf, die eine Strömungsberuhigung bewirkt. Daher erfolgt trotz des Gasaufstieges eine Abscheidung der Trägerkörper. Im oberen Bereich des Reaktors tritt das Wasser mit einem Teil der Trägerkörper in den von der Trennwand II und der Trennwand I begrenzten Raum über und strömt in diesem nach unten. Der angeschrägte Boden des Reaktors dient zur Verbesserung der Trägerzirkulation durch die von der Trennwand II und dem Boden gebildeten Durchströmöffnung. Behandeltes Wasser wird über einen getauchten Überlauf aus der kreissegmentartigen Kammer abgezogen.

Mit dem erfindungsgemäßen Wirbelbettreaktor wird ein weitgehender Aufschluß der Feststoffe im zirkulierenden Trägerbett und eine sichere Trennung von Restfeststoffen von den Trägerkörpern erreicht. Durch die spezielle Reaktorkonstruktion ist beim Betrieb mit minimiertem Energieeintrag gewährleistet, daß die Trägerkörper mit den aufgewachsenen Bakterien durch Zirkulation im Reaktionsraum ständig optimal mit Nährstoffen versorgt werden. Außerdem erfolgt auf hydraulischem Wege eine gute Trennung von Trägermaterial und suspendierten Feststoffen. Darüber hinaus ermöglichen die zwei durch die Trennwände gebildeten Reaktionszonen eine intensive Vor- sowie anschließende Feinreinigung des Wassers in einem Reaktor.

Als Trägerkörper kommen insbesondere Schaumstoffwürfel in Betracht, deren Dichte durch Zuschlagstoffe eingestellt werden kann. Eine weitere Intensivierung der Abwasserreinigung ist durch eine gleichzeitige Enzymeinlagerung in das Trägermaterial möglich, wodurch ein zellexterner Substrataufschluß stattfinden kann.

Der Wirbelbettreaktor kann mit Vorteil bei allen feststoffhaltigen Abwässern verwendet werden, insbesondere eignet er sich für Abwässer der Nahrungsgüterindustrie.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden:

In einem zylindrischen Reaktor 1 mit 3 Meter Durchmesser und 12 Meter Höhe und einem Volumen von 85 m³ ist ein einseitig, kreissegmentartig angeschrägter Boden mit einem um 30° gegen die Horizontale geneigten Bodensegment 2 angeordnet, das in zwei Meter Abstand von der Reaktorwand ein horizontales Bodensegment 3 erreicht. In 0,5 Meter Abstand von der Reaktorwand ist dem geneigten Bodensegment 3 die Trennwand I aufgesetzt, die bis zu einer Höhe von 9 Meter reicht. Die Trennwand II ist achsparallel zur Trennwand I angeordnet und reicht von einer Höhe von 2 Meter bis zu einer Höhe von 6 Meter über den Reaktorboden.

Der Reaktor 1 ist bis zum Ablauf 4 in 11 Meter Höhe mit Abwasser gefüllt. Über den Ablauf 4 fließt so viel gereinigtes Abwasser ab, wie über den Zulauf 5 an unbehandeltem Abwasser in den Zwischenraum 11 zwischen den Trennwänden I und II zugeführt wird.

Im Abwasser befindet sich eine Schüttung aus Trägerkörpern 6, die 25 Vol.-% des Reaktorvolumens einnimmt. Die Schüttung besteht aus porösen Trägerkörpern mit einem ausgeglichenen Korngrößenspektrum von 3 bis 5 mm Durchmesser. Die Trägerkörper weisen ein Dichteverhältnis zu Wasser von 1,02 auf und sind nach einer Anfahrphase mit einem biologischen Rasen bewachsen.

Eine Kreiselpumpe 13 saugt aus der von der Reaktorwand und der Trennwand I gebildeten kreissegmentartigen Kammer 7 weitgehend trägermaterialfreie Flüssigkeit an. Diese wird in dem Strahlstoßbegaser 8 mit selbsttätig über Leitung 9 angesaugter Luft vermischt. Der gebildete Zweiphasenstrahl wird in den Raum 10 zwischen der Trennwand II und der Reaktorwand eingeblasen. In der Zeichnung sind die Gasblasen mit der Bezugsziffer 15 bezeichnet. Das im Wasser feindispergierte Gas gewährleistet einerseits einen guten Sauerstoffeintrag in die Flüssigkeit zur Versorgung der aeroben Bakterienflora. Andererseits erzeugt das Gas aufgrund seines Auftriebes eine Flüssigkeitszirkulation im Reaktor 1, der durch den abwärts gerichteten Zulauf auf der Gegenseite der Trennwand II im Zwischenraum 11 unterstützt wird. Die aufwärts gerichtete Flüssigkeitsströmung im Raum 10 mit einer Leerrohrgeschwindigkeit von ca. 5 m/h reicht aus, um die Trägerkörper 6 zu fluidisieren. Oberhalb der Trennwand II verringert sich die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsströmung aufgrund der Querschnittserweiterung und durch überlagerte abwärts gerichtete Strömungsanteile, so daß kaum noch Trägerkörper 6 mit der Flüssigkeitsströmung mitgeschleppt werden. Aus der fluidisierten Schüttung ausgetragene Trägerkörper 6 werden über eine gasarme Rückströmung im Zwischenraum 11 zwischen der Trennwand I und der Trennwand II wieder nach unten in die Trägerkörperschüttung zurückgeführt. Durch das geneigte Bodensegment 2 werden Ablagerungen in strömungsarmen Zonen verhindert.

Am oberen Ende des Reaktors ist ein Schaumzerstörer 12 angeordnet, der einen Schaumaustritt mit der Abluft verhindert.

Gereinigtes Abwasser tritt über die Trennwand I in die kreissegmentartige Kammer 7 über. Über die Trennwand I wird kein Trägermaterial ausgetragen. Über ein Tauchrohr 14 und den Ablauf 4 wird das gereinigte Abwasser schließlich aus dem Reaktor 1 abgezogen.

Die intensiven biologischen Abbaureaktionen durch die immobilisierten Bakterien gestatten eine hohe Schadstoffraumbelastung des Reaktors von 12 kg/m³/Tag und GSB bei Zulaufkonzentrationen von 1000 mg/l und 80%igem Umsatz. Mit dem Wirbelbettreaktor ist somit eine hocheffektive Betriebsweise ohne externe Bioschlammabtrennung und Bioschlammrückführung möglich. Der Abwasserdurchsatz beträgt 900 m³/Tag.

Da der Strahlstoßbegaser in das geneigte Bodensegment 2 mündet, wird eine Änderung der Strömungsrichtung von horizontal zu vertikal sowie eine Reflexion an der Reaktorwand erreicht, wodurch hohe Turbulenzen im Bodenbereich des Reaktors auftreten, die Totzonen mit Feststoffablagerungen sicher verhindern.

Zur Gewährleistung des für den vorstehend genannten CSB-Abbau benötigten Sauerstoffeintrages ist die Kreiselpumpe 13 so ausgelegt, daß sie den Strahlstoßbegaser mit 180 m³/h Flüssigkeit beaufschlagt und dabei 230 m³/h Umgebungsluft ansaugt. Die Sauerstoffausnutzung liegt bei 50% und hängt sowohl von der Reaktorgeometrie als auch vom Stoffübergang im speziellen Abwasser ab.

Claims (6)

1. Wirbelbettreaktor zur aeroben Reinigung von Abwasser, in vertikaler, zylindrischer Bauart, der mit einem Zu- und Ablauf sowie einer Belüftungseinrichtung versehen ist und in dessen Innerem sich Trennwände und fluidisierbare Trägerkörper befinden, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Trennwände I und II achsparallel unter dem Flüssigkeitsspiegel angeordnet sind, wobei die Trennwand I bis zum Reaktorboden reicht und mit der Reaktorwandung eine kreissegmentartige Kammer (7) bildet, in die der am Reaktorkopf vorhandene Ablauf (4) mündet, und die Trennwand II, axial bis ca. zur Mitte der Reaktorhöhe reichend, so gehaltert ist, daß in Bodennähe eine Durchströmöffnung zwischen ihr und dem Boden verbleibt, der Boden einseitig, kreissegmentartig angeschrägt ist und in diese gebildete Schräge die Belüftungseinrichtung (8) mündet.

2. Wirbelbettreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Belüftungseinrichtung (8) ein Druckstrahler vorgesehen ist.

3. Wirbelbettreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Belüftungseinrichtung (8) ein Strahlstoßbegaser vorgesehen ist.

4. Wirbelbettreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Reaktordurchmesser zu Reaktorhöhe 1 zu 3 bis 1 zu 5 beträgt.

5. Wirbelbettreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Trägerkörper (6) mit einem Dichteverhältnis zu Wasser von höchstens 1,3 vorgesehen sind.

6. Wirbelbettreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Reaktorkopf zentrisch ein Schaumzerstörer (12) befestigt ist.