DE102005016080A1

DE102005016080A1 - Vorrichtung zum biologischen Reinigen von Abwasser

Info

Publication number: DE102005016080A1
Application number: DE200510016080
Authority: DE
Inventors: Alfons Prof. Dr.-Ing. Vogelpohl
Original assignee: Technocon GmbH
Current assignee: Technocon GmbH
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2005-04-08
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2025-04-09
Also published as: DE102005016080B4

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum biologischen Reinigen von Abwasser angegeben, bei welcher das Abwasser und Gas einem Mikroorganismen enthaltenden Reaktionsbehälter (1) über mindestens eine aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten Rohren bestehende Zweistoffdüse (2) zugeführt werden, die in den Reaktionsbehälter (1) bis in darin befindliches Abwasser hineinragt. Das innen liegende, das Gas führende Rohr der Zweistoffdüse (2) ist unter Einschluss eines freien Ringspalts von dem das Abwasser führenden, äußeren Rohr umschlossen und endet mit Abstand zur Austrittsöffnung des äußeren Rohres innerhalb desselben. Das Gemisch aus Abwasser und Gas wird in dem Reaktionsbehälter (1) in einem Kreislauf bewegt. Die Zweistoffdüse (2) ist mit einem von der Vertikalen abweichenden Verlauf derart im Reaktionsbehälter (1) angeordnet, dass ihre Achse (A) einen zwischen 80 DEG und 0 DEG liegenden Winkel (alpha) mit einer horizontal verlaufenden Linie (3) einschließt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum biologischen Reinigen von Abwasser, bei welcher das Abwasser und Gas einem Mikroorganismen enthaltenden Reaktionsbehälter über eine aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten Rohren bestehende Zweistoffdüse zugeführt werden, die in den Reaktionsbehälter bis in darin befindliches Abwasser hineinragt, bei welcher das innen liegende, das Gas führende Rohr der Zweistoffdüse unter Einschluss eines freien Ringspalts von dem das Abwasser führenden, äußeren Rohr umschlossen ist und mit Abstand zur Austrittsöffnung des äußeren Rohres innerhalb desselben endet und bei welcher das Gemisch aus Abwasser und Gas in dem Reaktionsbehälter in einem Kreislauf bewegt wird ( DE 102 45 466 A1 ).

Bei der biologischen Reinigung von Abwasser werden organische Schadstoffe von Mikroorganismen – im folgenden als "Biomasse" bezeichnet – unter Verwendung von Sauerstoff in unschädliche Stoffe umgewandelt. Das Abwasser wird durch Begasen eines Biomasse-Wasser-Gemisches in einem Reaktionsbehälter gereinigt, dem kontinuierlich Abwasser und Gas zugeführt und eine vergleichbare Menge an Biomasse-Wasser-Gemisch entnommen werden. Unter "Gas" sollen Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder auch reines Sauerstoffgas verstanden werden.

Im häuslichen Bereich, aber auch bei vielen industriellen Prozessen entstehen organisch belastete Abwässer. Für die Reinigung solcher Abwässer sind Verfahren zum Eliminieren der gelösten organischen Verbindungen auf aerobem Wege durch Mikroorganismen bekannt. Diese Verfahren werden meistens in flachen Belebungsbecken durchgeführt, wobei der erforderliche Sauerstoff dem Abwasser durch eine Begasung zugeführt wird. Zum Begasen sind sowohl sogenannte Oberflächenbelüfter in Form von Walzen, Kreiseln oder spezielle Begasungsaggregate, welche dem Abwasser die Luft über eine Oberfläche zuführen, als auch sogenannte Druckbelüfter bekannt, welche das Gas unter Druck mittels einer Düse, gelochter Rohre oder poröser Membranen in Form feiner Gasblasen im Abwasser dispergieren. Diese bekannten Vorrichtungen arbeiten in der Regel mit offenen Becken, so dass Aerosole austreten können. Eine Verstopfung von Dispergiergeräten, eine geringe Sauerstoffnutzung der zugeführten Luft sowie hohe Investitions- und Betriebskosten sind außerdem meist nicht zu vermeiden.

Bei der bekannten Vorrichtung nach der eingangs erwähnten DE 102 45 466 A1 werden Abwasser und Gas mindestens einer Zweistoffdüse räumlich getrennt voneinander über zwei konzentrische Rohre zugeführt, von denen das innere, das Gas führende Rohr gegenüber dem äußeren Rohr kürzer ist. Das Gas wird dadurch bereits in der Zweistoffdüse vordispergiert. Beim Austritt des Gemisches aus Abwasser und Gas aus der Zweistoffdüse in das im Reaktionsbehälter befindliche Abwasser entsteht eine Impulsübertragung von dem aus der Zweistoffdüse austretenden Gemisch an das im Reaktionsbehälter befindliche Abwasser. Dadurch wird das Gas zusätzlich sehr fein dispergiert und im Reaktionsbehälter nach unten transportiert. Durch die damit abwärts gerichtete Strömung des Gas-Abwassergemisches und die Umlenkung desselben am Boden des Reaktionsbehälters, entsteht in demselben eine Umlaufströmung, so dass das Gas sehr gleichmäßig im Reaktionsbehälter verteilt wird. Diese Vorrichtung hat sich in der Praxis bewährt. Eine Geruchsbelästigung kann ausgeschlossen werden. Gesonderte Dispergiergeräte werden nicht eingesetzt. Die Investitions- und Betriebskosten sind niedrig. Zudem wird durch die Umlaufströmung die Verweilzeit der Gasblasen im Abwasser verlängert, wodurch die Sauerstoffausnutzung deutlich verbessert wird. Bei relativ niedrigen Reaktionsbehältern kann die Arbeitsweise der Vorrichtung unter Umständen eingeschränkt sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Vorrichtung vorteilhaft weiterzubilden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass die Zweistoffdüse mit einem von der Vertikalen abweichenden Verlauf derart im Reaktionsbehälter angeordnet ist, dass ihre Achse einen zwischen 80° und 0° liegenden Winkel mit einer horizontal verlaufenden Linie einschließt.

Diese Vorrichtung wird mit Vorteil bei relativ niedrigen Reaktionsbehältern eingesetzt, deren Höhe und damit die Höhe des darin befindlichen Abwassers eine wirksame Ausbildung eines aus der Zweistoffdüse austretenden Gas-Flüssigkeitsstrahls nicht zuläßt, wenn die Zweistoffdüse mit vertikaler Achse angeordnet wird. Durch eine schräge bis horizontale Anordnung der Zweistoffdüse im Reaktionsbehälter kann der Abstand zwischen ihrer Austrittsöffnung und dem Boden bzw. einer gegenüber liegenden Seitenwand des Reaktionsbehälters so groß gemacht werden, dass sich ohne zusätzliche Maßnahmen eine wirksame Umlaufströmung ausbilden kann. Die erhöhte Verweilzeit der Gasblasen im Abwasser mit der damit verbundenen verbesserten Sauerstoffausnutzung ist so auf einfache Weise auch bei relativ niedrigen Reaktionsbehältern erreicht.

Zur Förderung des Abwassers kann als Pumpe eine Tauchpumpe verwendet werden, die mit der Zweistoffdüse zu einer kompakten Einheit verbunden werden kann. Eine solche Einheit kann autonom und flexibel eingesetzt und dem Reaktionsbehälter gegebenenfalls für eine Wartung entnommen werden, ohne dass dieser entleert werden muß.

Die Geometrie des Reaktionsbehälters ist im Hinblick auf eine wirtschaftliche Arbeitsweise besonders günstig, wenn sich die Länge des Reaktionsbehälters zu seiner Breite und zur Höhe des in demselben befindlichen Abwassers jeweils etwa wie 2 : 1 verhält. Um diese Vorgabe beispielsweise bei einem bereits vorhandenen Reaktionsbehälter einzuhalten, können auch zwei oder mehr Zweistoffdüsen mit schrägem bzw. horizontalem Verlauf eingesetzt werden.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen:
1 schematische Darstellung der Vorrichtung nach der Erfindung.
2 einen Querschnitt durch eine Zweistoffdüse in vergrößerter Darstellung.
3 schematisch eine gegenüber 1 andere Ausführungsform der Vorrichtung.
4 eine gegenüber 3 erweiterte Vorrichtung.
5 eine Draufsicht auf die Vorrichtung mit zwei Zweistoffdüsen.
Die Zweistoffdüse soll gemäß der Erfindung in einer von der Position mit vertikaler Achse abweichenden Position im Reaktionsbehälter angeordnet werden. Ihre Achse kann dabei einen spitzen Winkel von 10° und mehr mit einer horizontalen Linie einschließen und im Extremfall parallel zu dieser Linie verlaufen. Im folgenden wird die Erfindung für einen spitzen Winkel zwischen der Achse der Zweistoffdüse und der horizontalen Linie erläutert.
In einem Reaktionsbehälter 1 – im folgenden „Behälter 1" genannt – mit der Länge L und der Höhe H ist Abwasser bis zu einer Flüssigkeitshöhe F enthalten. In den Behälter 1 ragt seitlich, mit schräg nach unten gerichtetem Verlauf eine Zweistoffdüse 2 hinein, deren Achse A mit einer horizontalen Linie 3 einen spitzen Winkel α einschließt. Die Zweistoffdüse 2 wird – so wie in 1 dargestellt – beispielsweise durch eine Seitenwand 4 des Behälters 1 hindurchgeführt. Sie könnte aber auch – falls genügend Platz vorhanden ist – von oben in den Behälter 1 hineinragen. Der genauere Aufbau der Zweistoffdüse 2 geht aus 2 hervor.
Die Zweistoffdüse 2 ist vorzugsweise so aufgebaut, wie es in der DE 102 45 466 A1 beschrieben ist. Sie besteht aus zwei konzentrischen Rohren 5 und 6, von denen das innere Rohr 5 zur Führung des Gases und das äußere Rohr 6 zur Führung des Abwassers dient. Dabei umgibt das äußere Rohr 6 das innere, das Gas führende Rohr 5 mit Abstand, so dass rund um dasselbe ein freier Ringspalt vorhanden ist, durch den das Abwasser hindurchtreten kann. Das äußere Rohr 6 ist im Bereich seiner Austrittsöffnung 7, die gleichzeitig die Austrittsöffnung der Zweistoffdüse 2 ist, vorzugsweise verengt. Der Außendurchmesser des inneren Rohres 5 ist mit d_G bezeichnet, während der Innendurchmesser des äußeren Rohres 6 im Bereich seiner Austrittsöffnung 7 mit d_F bezeichnet ist. Das Verhältnis von d_G zu d_F kann etwa zwischen 0,9 und 1,5 liegen. Es beträgt vorzugsweise 1,2. Das innere Rohr 5 endet im äußeren Rohr 6 mit Abstand zu dessen Austrittsöffnung 7. Sein offenes Ende 8 soll von der Austrittsöffnung 7 des äußeren Rohres 6 einen Abstand l haben, der um mindestens den Faktor "5" größer als d_F ist.
Mittels der Zweistoffdüse 2 wird während des Betriebs der Vorrichtung ein Gas-Abwassergemisch in einem um den Winkel α zur Linie 3 geneigten Strahl 9 in das im Behälter 1 befindliche Abwasser eingetragen. Der Winkel α und damit die Neigung des Strahls 9 wird bevorzugt so gewählt, dass die Verlängerung der Achse A der Zweistoffdüse 2 im wesentlichen auf die Ecke gerichtet ist, in welcher der Boden 10 des Behälters 1 und die der Austrittsöffnung 7 der Zweistoffdüse 2 gegenüberliegende Seitenwand 11 desselben zusammentreffen.
Die Austrittsöffnung 7 der Zweistoffdüse 2 hat vom Boden 10 des Behälters 1 mit Vorteil einen Abstand h, der etwa zwei Drittel der Flüssigkeitshöhe F des im Behälter 1 befindlichen Abwassers beträgt. Das in Richtung des Strahles 9 aus der Zweistoffdüse 2 austretende Gas-Abwassergemisch wird im Behälter 1 schräg nach unten transportiert und hauptsächlich an der gegenüberliegenden Seitenwand 11 des Behälters 1 abgelenkt. Es ist auf diese Weise durch die schräge Anordnung der Zweistoffdüse 2 im Behälter 1 ein ausreichend großer Abstand zwischen deren Austrittsöffnung 7 und der ablenkenden Seitenwand 11 bzw. auch dem ablenkenden Boden 10 des Behälters 1 geschaffen, dass Umlaufströmungen 12 des Gas-Abwassergemischs entstehen können, die in 1 gestrichelt eingezeichnet sind.
Der gleiche Sachverhalt ergibt sich bei einem ausreichend langen Behälter 1, wenn die Zweistoffdüse 2 mit horizontalem Verlauf im Behälter 1 angeordnet ist. Das aus der Zweistoffdüse 2 austretende Gas-Abwassergemisch wird dann zur Bildung der Umlaufströmungen 12 an der Seitenwand 11 abgelenkt.
Das zu reinigende Abwasser wird der Zweistoffdüse 2 vorzugsweise mittels einer Pumpe 13 zugeführt. Das gereinigte Abwasser wird bei 14 abgeführt. Das Gas wird der Zweistoffdüse 2 vorzugsweise mittels eines Gebläses 15 aufgegeben. Pumpe 13 und Gebläse 15 stellen sicher, dass das Gemisch aus Gas und Abwasser mit ausreichend hoher Geschwindigkeit aus der Zweistoffdüse 2 austritt.
Die Vorrichtung nach der Erfindung gemäß 1 arbeitet beispielsweise wie folgt:
Die Pumpe 13 der Vorrichtung saugt Abwasser (Rohabwasser) über ein Rohr 16 sowie Abwasser aus dem Behälter 1 über ein Rohr 17 an und führt es der Zweistoffdüse 2 zu.
Gleichzeitig wird der Zweistoffdüse 2 über das innere Rohr 5 Gas zugeführt. Bei hinreichender Geschwindigkeit dieser beiden Medien, die mittels der Pumpe 13 einerseits und des Gebläses 15 andererseits eingestellt werden kann, wird das Gas in der Zweistoffdüse 2 vordispergiert. Beim Austritt des Gemisches aus Abwasser und Gas aus der Zweistoffdüse 2 in das im Behälter 1 befindliche Abwasser entsteht eine Impulsübertragung von dem austretenden Gemisch an das im Behälter 1 befindliche Abwasser, durch welche das Gas zusätzlich sehr fein dispergiert und im Behälter 1 schräg nach unten transportiert wird.
Durch die schräg abwärts gerichtete Strömung des Gas-Abwassergemisches und die Umlenkung desselben an der der Zweistoffdüse 2 gegenüberliegenden Seitenwand 11 bzw. auch am Boden 10 des Behälters 1 entstehen die Umlaufströmungen 12, so dass das Gas sehr gleichmäßig im Behälter 1 verteilt wird. Das gereinigte Abwasser kann den Behälter 1 gemeinsam mit Biomasse über eine Leitung bei 14 verlassen. In einer nachgeschalteten, hier nicht gezeigten Vorrichtung, können Abwasser und Biomasse voneinander getrennt werden. Die Biomasse kann zum größten Teil über eine Leitung 18 in den Behälter 1 zurückgeführt werden. Der Rest der Biomasse kann als Überschußschlamm entnommen werden.
Die Austrittsöffnung 7 der Zweistoffdüse 2 befindet sich – wie schon erwähnt – im oberen Bereich des Abwassers im Behälter 1, zweckmäßigerweise in etwa zwei Drittel der vom Boden 10 des Behälters 1 gerechneten Flüssigkeitshöhe F des Abwassers. Je nach Höhe der Austrittsöffnung 7 der Zweistoffdüse 2 im Behälter 1 wird das Gas mittels des Gebläses 14 mehr oder weniger verdichtet. Eine dem zugeführten Gas entsprechende Gasmenge verläßt den Behälter 1 über die Oberfläche des Abwassers (Pfeil 19).
Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung geht aus 3 hervor. Als Pumpe für das Abwasser ist hier eine Tauchpumpe 20 eingesetzt, die im Behälter 1 angeordnet ist. Die Zweistoffdüse 2 befindet sich bei dieser Ausführungsform ebenfalls vollständig im Behälter 1 bzw. im Abwasser. Das Gas kann mit einer Leitung 21 zur Zweistoffdüse 2 geleitet werden, die von oben in den Behälter 1 hineinragt. Die Leitung 21 könnte aber auch durch die Seitenwand 4 des Behälters 1 hindurchtreten. Die Tauchpumpe 20 kann über ein Rohr 22 mit der Zweistoffdüse 2 zu einer kompakten Einheit zusammengefaßt sein. Sie saugt Abwasser (Rohabwasser) über das Rohr 16 an. Das Abwasser wird der Zweistoffdüse 2 über das Rohr 22 zugeführt. Im Bedarfsfall, z.B. für eine Wartung, kann die Einheit von Tauchpumpe 20 und Zweistoffdüse 2 aus dem Behälter 1 entnommen werden, ohne dass derselbe entleert werden muß. Diese Ausführungsform der Vorrichtung ist insgesamt technisch relativ einfach zu realisieren. Die Arbeitsweise der Vorrichtung nach 3 ist grundsätzlich die gleiche, wie sie für die Vorrichtung nach 1 beschrieben ist.
Da das Verhältnis von Länge L zu Breite B (5) des Behälters 1 sowie von Länge L zu Flüssigkeitshöhe F des Abwassers im Behälter 1 – es soll mit Vorzug bei 2 : 1 liegen – und die Geschwindigkeiten des Abwassers und des Gases in der Zweistoffdüse 2 aus fluiddynamischen Gründen bestimmte Werte einhalten müssen, werden bei großen Abwassermengen zweckmäßig zwei oder mehr Zweistoffdüsen 2 mit entsprechenden Zuleitungen in einem Behälter 1 angeordnet. Das ist beispielsweise für zwei Zweistoffdüsen 2 in 4 gezeigt. Die zweckmäßige Anzahl der Zweistoffdüsen 2 kann in Abhängigkeit von der Breite B des Behälters 1 gewählt werden, insbesondere dann, wenn die Breite B deutlich größer als die Flüssigkeitshöhe F ist. Es können dann beispielsweise n Zweistoffdüsen 2 eingesetzt werden, wobei die Anzahl n der Zweistoffdüsen 2 sich als Quotient aus Breite B und Flüssigkeitshöhe F bestimmen läßt.
Die beiden Zweistoffdüsen 2 können gemäß 5 jeweils im Bereich einer der einander gegenüberliegenden Seitenwände 4 und 11 des Behälters 1 gegeneinander versetzt angeordnet sein, um möglichst gleichmäßige Strömungsverhältnisse im Abwasser des Behälters 1 zu erzielen. Je nach der Größe des Behälters 1 kann es zweckmäßig sein, die Zweistoffdüsen 2 entweder mit einer gemeinsamen Pumpe und einem gemeinsamen Gebläse auszurüsten oder entsprechend den Darstellungen in den 4 und 5 jede Zweistoffdüse 2 mit einer eigenen Tauchpumpe 20 und einem eigenen Gebläse 15 auszustatten.

Claims

Vorrichtung zum biologischen Reinigen von Abwasser, bei welcher das Abwasser und Gas einem Mikroorganismen enthaltenden Reaktionsbehälter über mindestens eine aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten Rohren bestehende Zweistoffdüse zugeführt werden, die in den Reaktionsbehälter bis in darin befindliches Abwasser hineinragt, bei welcher das innen liegende, das Gas führende Rohr der Zweistoffdüse unter Einschluß eines freien Ringspalts von dem das Abwasser führenden, äußeren Rohr umschlossen ist und mit Abstand zur Austrittsöffnung des äußeren Rohres innerhalb desselben endet und bei welcher das Gemisch aus Abwasser und Gas in dem Reaktionsbehälter in einem Kreislauf bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zweistoffdüse (2) mit einem von der Vertikalen abweichenden Verlauf derart im Reaktionsbehälter (1) angeordnet ist, dass ihre Achse (A) einen zwischen 80° und 0° liegenden Winkel (α) mit einer horizontal verlaufenden Linie (3) einschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zweistoffdüse (2) mit schräg nach unten gerichtetem Verlauf derart im Reaktionsbehälter (1) angeordnet ist, dass ihre Achse (A) einen spitzen Winkel (α) mit einer horizontal verlaufenden Linie (3) einschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweistoffdüse (2) mit horizontalem Verlauf im Reaktionsbehälter (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zweistoffdüse (2) durch eine Seitenwand (4) des Reaktionsbehälters (1) hindurch in denselben hineinragt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (A) der Zweistoffdüse (2) in Richtung der von einem Boden (10) des Reaktionsbehälters (1) und einer der Austrittsöffnung der Zweistoffdüse (2) gegenüberliegenden Seitenwand (11) desselben gebildeten Ecke verläuft.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Tauchpumpe (20), mittels derer dem äußeren Rohr (6) der Zweistoffdüse (2) Abwasser zugeführt wird, innerhalb des Reaktionsbehälters (1) angeordnet und mit der ebenfalls vollständig im Reaktionsbehälter (1) befindlichen Zweistoffdüse (2) zu einer kompakten Einheit zusammengefaßt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Reaktionsbehälter (1) zwei oder mehr Zweistoffdüsen (2) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweistoffdüsen (2) auf einander gegenüber liegenden Seiten des Reaktionsbehälters (1) angeordnet sind, vorzugsweise gegeneinander versetzt.