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Die
Erfindung betrifft die biologische Abwasserbehandlung mit dem Ziel
ihrer Reinigung.
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Genauer
gesagt betrifft die Erfindung die biologische Behandlung von Abwässern mit
belebten Schlämmen.
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Bei
den Behandlungsverfahren für
industrielle und/oder städtische
Abwässer
mit belebten Schlämmen
kommen in klassischer Weise verschiedene Behandlungsphasen zum Einsatz,
wobei in ebenfalls klassischer Weise die Verwendung mehrerer Behandlungsbecken
erforderlich ist.
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Eine
besondere Form der im Rahmen der Abwasserbehandlung eingesetzten
Becken sind die sogenannten Kanalbecken.
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Derartige
Becken werden insbesondere im Dokument nach dem bisherigen Stand
der Technik „design
of municipal wastewater treatment plants" (Auslegung von Kläranlagen für Gemeindeabwässer), WEF
Praxishandbuch Nr. 8., 4. Ausgabe, Seiten 11–28 bis 11–36 (Band 2-1998) beschrieben.
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Solche
Kanalbecken weisen eine längliche Form
auf, ferner eine der Länge
nach verlaufende Mittelwand und eine oder zwei innere Korrekturwände, welche
das Abgrenzen zweier oder dreier Kanäle ermöglichen. Diese Becken verfügen andererseits über Mittel,
welche es ermöglichen,
das durch sie laufende Wasser zum Zirkulieren zu bringen, wobei dies
nach einem Kreislauf erfolgt, der Kurzschlüsse vermeidet und einen optimierten
Kontakt zwischen dem zu reinigenden Wasser und der im Becken vorhandenen
Biomasse begünstigt
(s.
EP-0526853A1 oder
EP-0474296A1 ).
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Die
vorliegende Erfindung betrifft genauer gesagt Abwasserbehandlungsanlagen,
bei denen diese Art von Becken zum Einsatz kommen.
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Wie
bereits oben erwähnt,
benötigen
viele Abwasserbehandlungsanlagen eine Mehrzahl von Becken.
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Die
Verwendung mehrerer Becken kann erforderlich sein, um mehrere Schritte
eines Abwasserbehandlungsverfahrens durchzuführen oder kann aufgrund der
Menge und/oder des Durchsatzes der zu behandelnden Abwässer benötigt werden.
Es wird je nach Fall eine Aufstellung der Becken in Serie oder in
paralleler Anordnung vorgesehen.
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Für die Ausführung solcher
Anlagen mit mehreren Becken ist es üblich, die entsprechenden Bauarbeiten
für jedes
Becken unabhängig
voneinander auszuführen
und hydraulische Verbindungen über
Kanalisationen zwischen den derart angelegten Becken zu realisieren.
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Diese
Konfiguration bietet mehrere Nachteile.
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Als
erstes geht die getrennte Aufstellung der Becken mit einem hohen
Bedarf an Bodenfläche
einher. In vielen Fällen
ist die Realisierung möglichst kompakter
Anlagen wünschenswert,
beispielsweise wegen der Grundstückskosten.
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Zweitens
verursacht die Anwendung von Kanalisationen zur hydraulischen Verbindung
der Becken untereinander, wobei diese Kanalisationen große Abmessungen
aufweisen können,
eine erhebliche Erhöhung
der Realisierungskosten für
die Anlagen sowie der entsprechenden Wartungskosten. In der Praxis
kann die Realisierung dieser hydraulischen Verbindungen bis zu 25%
der Ausgangskosten einer Anlage beanspruchen.
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Die
Verwendung solcher Kanalisationen erhöht darüber hinaus die Wahrscheinlichkeit
für das Eintreten
von Funktionsstörungen
in der Gesamtanlage.
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Es
ist nach dem Stand der Technik ebenfalls bekannt, mehrere Becken
einer selben Kläranlage
in einem einzigen Bauwerk, im Wesentlichen quadratischer oder rechteckiger
Form, miteinander in Verbindung zu setzen.
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In
diesem Falle kann der Überlauf
des Wassers von einem Becken zum anderen über einen Überlauf (Überläufe) bzw. über eine Ablaufrinne (Ablaufrinnen)
erfolgen, wodurch die oben erwähnten Kanalisationen überflüssig werden,
so dass die Realisierung kompakterer Anlagen ermöglicht wird.
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Beim
Bau von Becken, die in der Lage sind, Wasser bis zu einer Höhe von ca.
5 m aufzunehmen, erweisen sich die Kosten zum Errichten von quadratischen
oder rechteckigen Bauwerken als hoch, insbesondere dann, wenn diese
Anlagen Kanalbecken umfassen.
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Aus
dem Dokument
USA-A-3809
242 ist eine andere Anlage bekannt, deren Gestalt im Wesentlichen
kreisförmig
ist.
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Ein
Ziel dieser Erfindung ist das Bereitstellen einer neuen Art von
Anlagen, welche keine der oben erwähnten Nachteile nach dem bisherigen
Stand der Technik aufweisen.
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So
besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung im Bereitstellen einer
Art von Anlage mit geringerem Flächenbedarf,
mit einer zu den nach dem Stand der Technik bekannten Anlagen identischen Klärkapazität.
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Es
ist ebenfalls ein Ziel der Erfindung, eine neue Anlagenart bereitzustellen,
für welche
die Realisierung des Bauwerkes mit geringeren Kosten verbunden ist,
als dies nach dem Stand der Technik der Fall ist.
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Diese
verschiedenen Ziele sowie andere, die im Nachhinein ersichtlich
werden, erreicht man dank der Erfindung, deren Gegenstand eine Anlage
zur biologischen Abwasserbehandlung ist, wie sie in Anspruch 1 offenbart
wird.
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Das
Prinzip der Erfindung besteht somit darin, in einem im Wesentlichen
kreisförmigen
Bauwerk, gleichzeitig mindestens zwei Kanalbecken und ein stromaufwärts liegendes
Becken miteinander zu verbinden sowie dieses stromaufwärts liegende
Becken in der Mitte der Anlage nach der in dem kennzeichnenden Teil
des besagten Anspruch 1 definierten Art, anzubringen.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass im Rahmen der vorliegenden Beschreibung,
die Ausdrücke „stromaufwärts" und „stromabwärts" gemäß der üblichen
Praxis des Fachmannes mit Bezug auf die von dem zu klärenden Abwasser
abgelaufene Strecke verstanden werden. Nach dieser Definition läuft das zu
klärende
Abwasser zumindest teilweise zuerst durch das stromaufwärts liegende
Becken, bevor es in die Kanalbecken eintritt.
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Eine
derartige kreisförmige
Konfiguration ermöglicht
die Anfertigung des diese verschiedenen Becken umfassenden Bauwerkes
zu geringeren Kosten als die, welche durch die Realisierung von
Bauwerken für
Becken des gleichen Volumens nach dem bisherigen Stand der Technik
anfallen würden.
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In
der Tat lässt
sich die Realisierung der Bauwerke nach der von der Erfindung vorgeschlagenen kreisförmigen Konfiguration
einfacher durchführen. Es
ist nämlich
in der Architektur eine bekannte Tatsache, dass kreisförmige oder
kreisbogenförmige Strukturen
bei gleicher Wandstärke
einen höheren Widerstand
leisten, als dies bei quadratischen oder rechteckigen Strukturen
der Fall ist.
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Nach
einer ersten Ausführungsvariante
der Erfindung weist eine derartige Anlage zwei Kanalbecken und ein
in zentraler Position stromaufwärts
gelegenes, im Wesentlichen kreisförmiges, Becken auf.
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Eine
derartige kreisförmige
Konfiguration des in zentraler Position stromaufwärts liegenden Beckens,
ermöglicht
eine weitere Optimierung der Baukosten für die Anlage, da die Außenwand
dieses zentralen Beckens eine Innenwand der Kanäle bilden kann.
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Nach
einer zweiten Ausführungsvariante
der Erfindung weist eine derartige Anlage zwei Kanalbecken und zwei
in zentraler Position stromaufwärts
gelegene, im Wesentlichen halbkreisförmige, Becken auf.
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Die
Verwendung zweier in zentraler Position stromaufwärts gelegene,
halbkreisförmige,
Becken weist den Vorteil auf, dass jedes dieser stromaufwärts gelegenen
Becken in parallel, wie weiter unten erläutert, betrieben werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht ausdrücklich auf den Fall beschränkt, bei
dem die Anlage zwei Kanalbecken umfasst. So kann man mehr als zwei Kanalbecken
vorsehen, insbesondere drei derartige Kanalbecken oder, nach einer
weiteren interessanten Ausführungsvariante,
vier Kanalbecken, die alle eine gekrümmte Form aufweisen und innerhalb
eines Kreises liegen.
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So
weist nach einer dritten Ausführungsvariante
der Erfindung eine derartige Anlage vier Kanalbecken und ein in
zentraler Position stromaufwärts gelegenes,
im Wesentlichen kreisförmiges,
Becken auf.
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Nach
einer vierten Ausführungsvariante
der Erfindung weist eine derartige Anlage vier Kanalbecken und zwei
in zentraler Position stromaufwärts
gelegene, im Wesentlichen halbkreisförmige, Becken auf.
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Mit
Bezug auf die oben erwähnte
erste und zweite Ausführungsvariante,
weist die Anlage Mittel auf, die den parallelen Betrieb der besagten
zwei Kanalbecken ermöglichen.
Wenn zwei in zentraler Position stromaufwärts gelegene, halbkreisförmige Becken
vorgesehen sind, so kann man diese parallel zueinander betreiben.
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Mit
Bezug auf die oben erwähnte
dritte und vierte Ausführungsvariante,
weist die Anlage Mittel auf, welche den parallelen Betrieb der besagten
vier Kanalbecken ermöglichen.
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Nach
einem bevorzugten Aspekt der Erfindung weist das stromaufwärts gelegene
Becken bzw. jedes der stromaufwärts
gelegenen Becken Mittel auf, mit deren Hilfe sich dort zwei Bereiche
abgrenzen lassen.
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Diese
zwei Bereiche lassen sich, wie weiter unten detaillierter erläutert, zum
Begrenzen von Phasen des Verfahrens zur Abwasserklärung innerhalb der
Anlage verwenden.
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Es
lassen sich verschiedene Mittel zum Realisieren der bevorzugterweise
innerhalb des stromaufwärts
gelegenen Beckens bzw. innerhalb eines jeden der stro maufwärts gelegenen
Becken vorgesehenen Begrenzungsmittel in Betracht ziehen, die das Abgrenzen
der in Frage kommenden Bereiche ermöglichen.
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Nach
einer Ausführungsvariante
definieren die besagten Begrenzungsmittel innerhalb des in zentraler
Position stromaufwärts
gelegenen Beckens bzw. innerhalb eines jeden der in zentraler Position stromaufwärts gelegenen
Becken einen kreisbogenförmigen
peripheren Bereich.
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Nach
einer anderen Ausführungsvariante definieren
die besagten Begrenzungsmittel innerhalb des in zentraler Position
stromaufwärts
gelegenen Beckens bzw. innerhalb eines jeden der in zentraler Position
stromaufwärts
gelegenen Becken einen kreisbogenförmigen zentralen Bereich in
der Mitte der Anlage.
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Bevorzugterweise
werden die besagten Wasserzuleitungsmittel sowie die besagten Zuleitungsmittel
für die
rezyklierten Schlämme
auf der Höhe
des in zentraler Position stromaufwärts gelegenen Beckens angebracht.
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Nach
einer weiteren Ausführungsvariante werden
in der Anlage nebensächliche
Wasserzuleitungsmittel vorgesehen, welche das Einleiten nur eines
Teiles der zu behandelnden Abwässer
in die besagten Kanalbecken erlauben. In diesem Falle beträgt der besagte
Anteil des von den besagten nebensächlichen Wasserzuleitungsmitteln
in die besagten Kanalbecken eingeleiteten Wassers bevorzugterweise
etwa 0 bis 75% des gesamten zu behandelnden Abwasservolumens, wobei
100% bis 25% dieses Gesamtvolumens durch die besagten Wasserzuleitungsmittel
weiterhin zugeleitet werden.
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Diese
nebensächlichen
Wasserzuleitungsmittel können
in einigen Fällen,
abhängig
von den Anforderungen eines gegebenen Abwasserbehandlungsverfahrens,
verwendet werden.
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Nach
einer interessanten Ausführungsvariante
der Erfindung weist die Anlage Bereiche für den Übergang des Wassers zwischen
den Kanalbecken auf. Solche Bereiche lassen sich vorteilhafterweise zum Überleiten
des Wassers von einem Becken in das andere, zum Ableiten des zu
klärenden
Abwassers oder auch als Auswahlbereiche verwenden.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsvariante
können
die besagten Bereiche im Wesentlichen dreiecksförmige Querschnitte aufweisen
und jeweils zwischen zwei Kanalbecken angebracht sein.
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Es
sei ebenfalls darauf hingewiesen, dass es möglich ist, einen lamellenförmigen Schlammabsetzbereich
bzw. mehrere lamellenförmige
Schlammabsetzbereiche in den besagten Kanälen zu integrieren, um entweder
die Konzentration der gemischten Flüssigkeit in den besagten Kanälen zu erhöhen, um
deren Dimensionierung somit zu optimieren, oder aber um die Konzentration
der zur Klärung
geleiteten gemischten Flüssigkeit
zu verringern und somit eine Verringerung der Dimensionierung der
stromabwärts gelegenen
Klärvorrichtung
zu ermöglichen.
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Die
Anlage nach der vorliegenden Erfindung lässt sich für den Einsatz verschiedener,
nach dem bisherigen Stand der Technik bekannter biologischer Abwasserbehandlungsverfahren
verwenden, so beispielsweise die Verfahren BIODENITRO oder BIODENIPHO,
die insbesondere in der Patentschrift
DK 131297 beschrieben
sind oder das Verfahren AZENIT und seine Varianten, welche in den
Patentschriften
FR2725193 und
FR2760232 beschrieben sind.
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Die
Erfindung lässt
sich besser mit Hilfe der nachfolgenden Beschreibung einer nicht
einschränkenden
Ausführung
der Erfindung sowie mit Bezug auf die Figuren verstehen, wobei:
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1 eine
Draufsicht einer kreisförmigen
biologischen Kläranlage
nach der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 einen
Längsschnitt
entlang der Linie AA' der
in 1 dargestellten Anlage zeigt;
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3 einen
Längsschnitt
OB zeigt (wobei 0 der Anlagenmittelpunkt dieser selben Anlage ist).
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Mit
Bezug auf die 1 bis 3, umfasst die
Anlage Mittel 1 zum Heranleiten des zu behandelnden Abwassers,
die in der Mitte der Anlage münden.
Das zu behandelnde Abwasser kommt auf der Höhe dieser Mittel zum Heranleiten 1 durch
eine unter der Anlage vorgesehene Leitung 11 an.
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Im
Einklang mit der vorliegenden Erfindung umfasst die Anlage ein stromaufwärts gelegenes
Becken 3, welches im Rahmen der vorliegenden Ausführung eine
kreisförmige
Gestalt aufweist und über durch
eine Wand 6 gebildete Abgrenzungsmittel verfügt, wobei
diese Wand innerhalb dieses in zentraler Position stromaufwärts gelegenen
Beckens 3 einen ersten Bereich 3a und einen zweiten
Bereich 3b definiert. Dieses Becken 3 nimmt ebenfalls
Mittel zum Heranleiten der rezyklierten Klärschlämme 40 über eine
Kanalisation 40a einer (nicht dargestellten) stromaufwärts gelegenen
Klärvorrichtung
auf.
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Weiterhin
umfasst, in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung, die Anlage Kanalbecken, in diesem
Falle vier Becken 2a, 2b, 2c und 2d. Jedes
dieser Kanalbecken weist eine mittlere Wand 12 und vier
Korrekturwände 13, 14, 15 und 16 auf, was
die Verwirklichung der Kanäle
ermöglicht.
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Das
in zentraler Position stromaufwärts
gelegene Becken 3 und die Kanalbecken 2a, 2b, 2c, 2d sind
in einem kreisförmigen
Bauwerk eingebettet.
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Wie
in 3 ersichtlich, verfügen diese Kanalbecken über Belüftungsmittel 17.
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Das
in zentraler Position stromaufwärts
gelegene Becken 3 weist selbst Mittel zum Vermischen 18 auf,
die das Zirkulieren des dort laufenden zu behandelnden Abwassers
und der dort laufenden Schlämme
ermöglichen.
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Wie
deutlich in 1 zu sehen, weisen die Kanalbecken
eine gekrümmte
Form auf und sind kranzförmig
um das in zentraler Position stromaufwärts gelegene Becken 3 angeordnet.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass Bereiche 20, 21 und 5,
die einen im Wesentlich dreieckigen Querschnitt aufweisen, zwischen
den Kanalbecken vorgesehen sind.
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Die
Bereiche 21 sind über Überläufe mit
dem in zentraler Position stromaufwärts gelegenen Becken 3 und
den Bereichen 20 verbunden, an welche sie über Kanäle 22 angeschlossen
sind, die unterhalb der Anlage angebracht sind.
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Diese
Bereiche 20 sind selbst über Überläufe 23, 24, 25 und 26 mit
den Kanalbecken verbunden.
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Die
Kanalbecken sind über Überläufe 30, 31, 32 und 33 mit
den Bereichen 5 verbunden, welche einen Teil der Ablaufmittel
für die
gemischte Flüssigkeit darstellen.
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Es
sei ebenfalls darauf hingewiesen, dass die Mittel 1 zum
Heranleiten des Wassers mit nebensächlichen Mitteln 1a zum
Heranleiten des Wassers zusammenwirken, wobei diese nebensächlichen
Mittel aus einer Ablaufrinne gebildet werden, die das Heranleiten
eines Anteiles des Wassers zu den Kanalbecken ermöglicht,
ohne dass dieser Anteil durch das in zentraler Position stromaufwärts gelegene
Becken 3 fließt.
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Wie
bereits erläutert,
kann die Anlage nach der vorliegenden Erfindung nach Konfigurationen eingesetzt
werden, die verschiedene Nutzungen zulassen.
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So
kann man nach der vorliegenden Ausführung vorsehen, dass der Bereich 3a des
in zentraler Position stromaufwärts
gelegenen Beckens 3 unter Bedingungen der Anoxie eingestellt
wird, während der
Bereich 3b dieses in zentraler Position stromaufwärts gelegenen
Beckens 3 unter Bedingungen de Aerobinse eingestellt wird.
Parallel dazu können
die Belüftungsmittel 17 der
Kanalbecken in aufeinanderfolgender Weise aktiviert werden, um in
Ihnen Phasen der Aerobinse und Phasen der Anoxie zu bewirken.
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Der
mittlere Bereich 3a des in zentraler Position stromaufwärts gelegenen
Beckens 3 ist ein anoxischer Bereich, der das Eliminieren
der von dem aus der stromabwärts
gelegenen Klärvorrichtung
kommenden Schlamms mitgeführten
Nitrate sowie möglicherweise
der von dem im zu behandelnden Abwasser mitgeführten Nitrate ermöglicht.
Dieser Bereich 3a dient als Schutz für den anaeroben Bereich 3b, der
unbedingt unter Bedingungen der Anaerobiose verbleiben muss.
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Das
Vorhandensein von Bedingungen der Anaerobiose im zentralen Bereich 3b des
in zentraler Position stromaufwärts
gelegenen Beckens 3 ermöglicht
das Eliminieren der im zu behandelnden Abwasser enthaltenen phosphorhaltigen Verunreinigungen sowie
das Eliminieren der für
das biologische Reinigungsverfahren schädlichen Fadenbakterien, was die
Wahl der zu diesem Zweck benötigten
Biomasse ermöglicht.
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Die
Verwendung einer sequenziellen Belüftung in den Kanälen ermöglicht ihrerseits
den Abbau der kohlenstoff- und stickstoffhaltigen Verunreinigungen
im zu behandelnden Abwasser.
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Im
Rahmen dieser Konfiguration ist die Funktionsweise der in den 1 bis 3 dargestellten Anlage
die nachfolgend dargestellte.
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Das
zu behandelnde Abwasser läuft über die Leitung 11 bis
zu den Mitteln 1 zum Einleiten des Wassers in die Anlage,
wobei diese Mittel in der Mitte der Anlage angebracht sind. Von
diesem Abwasser werden dann 70% in das in zentraler Position stromaufwärts liegende
Becken 3 geleitet, um zuerst durch den unter Anoxie eingestellten
Bereich 3a und dann durch den unter anaerobischen Bedingungen
eingestellten Bereich 3b zu fließen.
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Die
Gesamtheit der aus der stromabwärts gelegenen
Klärvorrichtung
kommenden rezyklierten Schlämme
werden über
die Leitung 40a in den Bereich 3a geleitet.
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Die
Zirkulation und das Vermischen von Wasser und Schlamm in diesen
Becken werden mit Hilfe der vorhandenen Mischvorrichtungen 18 verbessert.
Wenn das Abwasser den durch den unter anaerobischen Bedingungen
eingestellten Bereich 3b durchläuft, wird der Abbauprozess
des Phosphors in Gang gesetzt und es werden die Fadenbakterien eliminiert.
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Nach
dem Durchlaufen des in zentraler Position stromaufwärts liegenden
Beckens 3 läuft
die gemischte Flüssigkeit über die
Abläufe,
welche dieses in zentraler Position stromaufwärts liegende Becken 3 mit
den Bereichen 21 verbinden. Das Wasser läuft dann
durch die Leitungen 22 in die Bereiche 20, von wo
es über
die Abläufe 23, 24, 25 und 26 jeweils
in die Kanalbecken 2c, 2d, 2a und 2b verteilt
wird.
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Es
ist somit verständlich,
dass nach dieser Konfiguration die Kanalbecken 2a, 2b, 2c und 2d parallel
zueinander betrieben werden.
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Dank
der sequenziellen Belüftung
wird beim Durchlaufen dieser Becken das Abwasser vom größten Teil
der stickstoff- und kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen befreit.
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Das
so gereinigte Abwasser und der Reinigungsschlamm, welche die gemischte
Flüssigkeit
bilden, laufen dann über
die Abläufe 30, 31, 32 und 33, um über die
Abflussmittel 5 für
die gemischte Flüssigkeit
zur (nicht dargestellten) stromabwärts gelegenen Klärvorrichtung
abgeleitet zu werden, wobei die Klärvorrichtung das Auftrennen
der gemischten Flüssigkeit
in gereinigtes Abwasser und in Schlämmen ermöglicht, wobei die Schlämme über die
Leitung 40a zum Bereich 3a des in zentraler Position
stromaufwärts
liegenden Beckens rezykliert werden.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass 30% des Wassers, das über die
Mittel zum Ableiten 1 ankommt, über die Ablaufrinne 1a läuft, in
die Bereiche 21 gelangt und in die Kanäle 2a, 2b, 2c und 2d geleitet
wird, ohne durch das stromaufwärts
liegende Becken 3 zu laufen. Dies ermöglicht das Optimieren des Betriebes
in dem anaerobischen Bereich.
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Die
hier beschriebene Ausführung
der Anlage sowie das Konfigurationsbeispiel nach dem sie betrieben
wird, haben überhaupt
keine einschränkende
Wirkung.
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Wie
bereits angegeben kann insbesondere nicht nur ein in zentraler Position
stromaufwärts
gelegenes Becken vorgesehen werden, sondern zwei derartige Becken,
die halbkreisförmig
gestaltet sind. Es können
ebenfalls weniger oder mehr als vier Kanalbecken, zum Beispiel zwei
solcher Becken, vorgesehen werden.
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Nach
dem vom Fachmann bekannten BIODENIPHO-Verfahren, läuft die
Ablaufflüssigkeit
(gemischte Flüssigkeit)
durch zwei in Serie angebrachte Kanäle, die abwechselnd unter Bedingungen
der Anoxie und der Aerobinse Bedingungen betrieben werden.