DE1283763B

DE1283763B - Verfahren und Vorrichtung zum biologischen Reinigen von Abwaessern

Info

Publication number: DE1283763B
Application number: DED49800A
Authority: DE
Original assignee: MARTIN DANJES DIPL ING
Current assignee: MARTIN DANJES DIPL ING
Priority date: 1965-09-14
Filing date: 1966-04-06
Publication date: 1968-11-21
Also published as: DE1584885A1; AT273833B; CH450307A; DE1584886A1; NL6612850A; US3439807A; ES331107A1

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C02c

Deutsche Kl.: 85 c-3/02

Nummer: 1283 763

Aktenzeichen: P 12 83 763.7-25 (D 49800)

Anmeldetag: 6. April 1966

Auslegetag: 21. November 1968

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zum biologischen Reinigen von Abwässern in einem Belüftungsbecken, in dem das Abwasser mechanisch umgewälzt und getrennt davon belüftet wird.

Aus der deutschen Patentschrift 1202227 ist es bekannt, bei einem derartigen Verfahren nur jeweils einen Teil des Abwassers fortschreitend über die Länge des Belüftungsbeckens aus dem Bereich der Beckensohle anzuheben und diesem Teilstrom eine horizontale Strömung in Wasserspiegelnähe aufzuzwingen, wobei das Abwasser im Bereich dieser horizontalen Strömung künstlich belüftet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Prinzip der partiellen Umwälzung und Belüftung bei einer Kläranlage mit zylindrischem Belüftungsbecken, das von einem ringförmigen Nachklärbecken umgeben und mit diesem zu einem kreisförmigen Baublock vereinigt ist, in der Weise anzuwenden, daß mit geringstem Aufwand an Baukosten und Energie eine besonders wirksame biologische Reinigung des Abwassers erreicht wird.

Gemäß der Erfindung wird in der Weise verfahren, daß der horizontale Teilstrom des Abwassers nach dem Belüften vertikal nach unten umgelenkt wird und eine Strömungsgeschwindigkeit erhält, die größer ist als die Steiggeschwindigkeit der in dem horizontalen Strömungsbereich eingeführten Luftblasen.

Da die Geschwindigkeit des zunächst in horizontaler und anschließend in vertikaler Richtung abwärts verlaufenden Teilstromes des Abwassers größer ist als die Steiggeschwindigkeit der in den horizontalen Strömungsbereich eingeführten Luftblasen, ergeben sich stets neue Grenzflächen zwischen diesen und dem Abwasser, wodurch ein erheblicher Sauerstoffeintrag in das Abwasser erzielt wird. Die Luftblasen werden dabei nur wenige Zentimeter unter der Wasseroberfläche in den horizontalen Teilstrom eingeführt werden, so daß eine geringst mögliche Einblastiefe erhalten wird.

Vorzugsweise wird die Abwärtsströmung des Abwassers in eine vertikale Aufwärtsströmung umgelenkt, in der die bei der Abwärtsströmung vom Abwasser mitgerissenen Luftblasen frei emporsteigen. Die Umlenkung der horizontalen Teilströmung in die vertikale Abwärtsströmung des Abwassers kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung unter Verwendung eines Rundbeckens dadurch bewirkt werden, daß der Teilstrom des Abwassers aus dem Bereich der Beckensohle in einem in der Mittelachse des Rundbeckens angeordneten Rohr angehoben wird, an dessen oberem Ende der Teilstrom unter gleichzeitiger

Verfahren und Vorrichtung

zum biologischen Reinigen von Abwässern

Anmelder:

Dipl.-Ing. Martin Danjes, 4930 Detmold

Als Erfinder benannt:
Antrag auf Nichtnennung

Belüftung zunächst horizontal und anschließend vertikal umgelenkt wird. Zweckmäßig ist dieses Rohr von einer konzentrischen, zylindrischen Leitfläche umschlossen, deren Durchmesser so groß gewählt wird, daß sie mit dem zentrischen Rohr einen Ringraum von solchem Querschnitt bildet, daß die vertikale Abwärtsströmung des Abwassers eine größere Geschwindigkeit erhält als die Steiggeschwindigkeit der in dem horizontalen Strömungsbereich eingeführten Luftblasen. Diese zylindrische, konzentrisch zur Mittelachse des Rundbeckens angeordnete Leiifläche taucht zweckmäßig bis dicht über der Beckensohle in das Belüftungsbecken ein, wodurch erreicht wird, daß die Luftblasen von dem vertikal nach unten abgelenkten Wasserstrom bis annähernd zur Beckensohle nach unten mitgerissen werden, wobei entsprechend der Länge der konzentrischen Leitfläche sich stets neue Grenzflächen zwischen den Luftblasen und dem Wasser bilden. Dies hat die gleiche Wirkung, als wenn die Luft am unteren Ende der konzentrischen Leitfläche, also mit großer Einblastiefe, in den Abwasserstrom eingeblasen würde.

Die mit dem vertikalen Teilstrom des Abwassers

heruntergeführten Luftblasen steigen anschließend wieder durch stehendes Wasser empor. Infolge der geringen Einblastiefe wird das Abwasser mit einem minimalen Aufwand an Energie belüftet, wobei ein Maximum an Grenzflächen zwischen Luftblasen und Abwasser erhalten wird, was für die Sauerstoffdiffusion wesentlich ist.

Diese überraschende Wirkung wird durch folgende Berechnung bewiesen.

Wenn man annimmt, daß die Luftblasen eine Steiggeschwindigkeit von etwa 30 cm/sec haben, so bleibt eine Luftblase bei einer Einblastiefe von 1 m etwa 3 Sekunden unterwegs. Beträgt die Geschwindigkeit des vertikal nach unten strömenden Wassers 35 cm/sec, so wandert die Luftblase mit einer Geschwindigkeit von 5 cm/sec unter ständiger Erneuerung

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der Grenzflächen zwischen Luft und Wasser bis an das untere Ende des von der 2 m langen zylindrischen Leitfläche gebildeten ringförmigen Kanals. Die Luftblase ist also 40 Sekunden unter ständiger Erneuerung ihrer Grenzflächen gegenüber dem Wasser unterwegs gewesen und gibt in diesen 40 Sekunden Sauerstoff an das Wasser wie eine Luftblase ab, die 40 Sekunden in stehendem Wasser emporsteigt. Wenn die Luftblase aus dem unteren Ende des Ringkanals austritt, so steigt sie in dem diesen Ringkanal umschließenden Wasser bis zur Oberfläche 2 m empor, so daß sich nochmals eine Strömungsdauer von 6 Sekunden ergibt. Die Luftblase ist also 46 Sekunden unter ständiger Erneuerung ihrer Grenzflächen gegenüber dem Wasser unterwegs. In dieser langen Zeit diffundiert sie ihren Sauerstoff in das Wasser. Da eine Luftblase in stehendem Wasser in 3 Sekunden 1 m emporsteigt, hat sie im vorliegenden Falle bei der Zeitspanne von 46 Sekunden den gleichen Effekt wie bei einer Einblastiefe von 15 m in stehendem Wasser.

Die durch die Erfindung gelehrte vertikale Abwärtsströmung des Abwassers im Anschluß an seine Belüftung im horizontalen Strömungsbereich ergibt infolgedessen bei niedrigster Einblastiefe und geringstem Energieaufwand eine äußerst wirksame Belüftung und damit einen hohen biologischen Reinigungseffekt für das Abwasser.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 4 bis 12.

Die Erfindung soll im einzelnen an Hand des in der Zeichnung in vereinfachter Darstellung veranschaulichten Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert werden.

In den Erdboden ist ein als Rundbecken ausgebildetes Belüftungsbecken 1 eingelassen, dessen Wandung 2 kegelförmig bis zu der horizontalen Beckensohle 3 verläuft. In der Mittelachse des Belüftungsbeckens 1 ist ein vertikales Rohr 4 eingebaut, dessen unteres Ende sich in einer Kegelfläche 5 fortsetzt. In dem unteren Ende des Rohres 4 ist eine Fördereinrichtung 6 in Form einer Umlaufpumpe gelagert, die von einem unmittelbar mit ihr gekuppelten elektrischen Unterwassermotor angetrieben sein kann oder, wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt ist, ihren Antrieb durch eine vertikale Welle 7 von einem nicht gezeichneten, über Tage angeordneten Elektromotor erhält. An dem oberen Ende des Rohres 4 ist eine horizontal verlaufende Leitfläche 8 angeordnet, die in den von einem Zylinder 9 begrenzten Ringkanal 10 ragt. Oberhalb der horizontalen Leitfläche 8 ist dicht unter der Wasseroberfläche 11 eine Belüftungseinrichtung 12 angeordnet, die aus horizontal verlaufenden und an ein nicht gezeichnetes Gebläse angeschlossenen Filterrohren besteht. In der Mittelachse des Rohres 4 ist oberhalb der horizontalen Leitfläche 8 eine Leitfläche 13 angeordnet, die gleichachsig zur Austrittsöffnung 14 einer Zuführungsleitung 15 für das Abwasser angeordnet ist.

Der Zylinder 9 ist von einer weiteren konzentrischen, zylindrischen Wand 16 umgeben, unterhalb welcher eine trichterartige Leitfläche 17 angeordnet ist, die auf ihr abgelagerten Schlamm u. dgl. in eine in der unteren Kegelfläche 5 angebrachte Sammelrinne 18 ableitet. Über dieser als Sandfang dienenden Sammelrinne 18 ist als Fördereinrichtung 20 ein nach Art einer Mammutpumpe ausgebildeter Druckluftflüssigkeitsheber angeordnet, durch den Ablagerungen aus der Sammelrinne 18 in eine Abführleitung 21 gefördert werden. Das Belüftungsbecken wird seitlich durch eine zylindrische Wand 22 begrenzt, die mit der Außenwand des Rundbeckens 1 ein Nachklärbecken 23 bildet, aus dem das gereinigte Wasser durch eine Rinne 24 abfließt.

Das durch die Zufuhrleitung 15 zufließende Abwasser gelangt aus der Mündung 14 auf die zu ihr gleichachsige Leitfläche 13, von wo es in den Ringkanal 10 gelangt und in diesem vertikal abwärts strömt, bis es durch die trichterartige Leitfläche 17 in den Ringraum 19 umgelenkt wird, wo es wieder emporsteigt. Ein Teil der Abwasserströmung wird durch die Umlaufpumpe aus dem Bereich der Beckensohle 3 in dem Rohr 4 nach oben gefördert und fließt dann über die horizontale Leitfläche 8 in den Ringkanal 10 wieder abwärts, wo es sich mit dem frisch zugeführten Abwasser vereinigt. Der aus dem Rohr 4 austretende, durch die Leitfläche 8 horizontal umgelenkte Teilstrom bestreicht die Filterrohre und wird hier belüftet. Die Luftblasen werden von dem im Ringkanal 10 abwärts strömenden Abwasser mitgerissen, dessen Strömungsgeschwindigkeit in dem Ringkanal 10 etwas größer ist als die Steiggeschwindigkeit der aus den Filterrohren austretenden Luftblasen. Beispielsweise strömt das Abwasser in dem Ringkanal 10 mit einer Geschwindigkeit von 30 bis 40 cm/sec vertikal nach unten, während die Luftblasen eine Steiggeschwindigkeit von 30 cm/sec haben. Zwischen den Luftblasen und dem Wasser bilden sich daher stets neue Grenzflächen in der oben beschriebenen Weise. In dem sich an den Ringkanal 10 anschließenden Ringraum 19 steigen die Luftblasen mit dem durch die Leitfläche 17 nach oben umgelenkten Abwasser frei empor und gelangen dann in die freie Atmosphäre.

Die für die Bildung neuer Grenzflächen erforderliche Geschwindigkeit der Abwärtsströmung kann durch entsprechende Bemessung des Durchtrittsquerschnittes des Ringkanals 10 erhalten werden. Das in dem anschließenden Ringraum 19 emporsteigende Abwasser ist weitgehend gereinigt. Der abgeschiedene Schlamm gelangt durch die trichterförmige Leitfläche 17 in die Sammelrinne 18, von wo der Schlamm durch die Mammutpumpe in die Abführleitung 21 gefördert wird. Auf der Beckensohle 3 entstehen keine Schlammablagerungen, da der untere Rand der Kegelfläche 5 einen so geringen Abstand von der Beckensohle 3 hat, daß sich hier keine Schlammablagerungen bilden können.

Die Richtungspfeile geben die Fließrichtung an.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum biologischen Reinigen von Abwässern in einem Belüftungsbecken mit mechanischer Umwälzung und mit getrennt davon erfolgender Belüftung des Abwassers, von dem jeweils ein Teil aus dem Bereich der Beckensohle angehoben und diesem Teilstrom eine horizontale Strömung in Wasserspiegelnähe aufgezwungen wird, wobei das Abwasser im Bereich dieser horizontalen Strömung künstlich belüftet wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem zylindrischen Belüftungsbecken, das von einem ringförmigen Nachklärbecken umgeben ist, der horizontale Teilstrom des Abwassers nach dem Belüften vertikal nach unten umgelenkt wird und

eine Strömungsgeschwindigkeit erhält, die größer ist als die Steiggeschwindigkeit der in den horizontalen Strömungsbereich eingeführten Luftblasen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwärtsströmung des Abwassers in eine vertikale Aufwärtsströmung umgelenkt wird, in der die bei der Abwärtsströmung vom Abwasser mitgerissenen Luftblasen frei emporsteigen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 unter Verwendung eines Rundbeckens, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrom des Abwassers aus dem Bereich der Beckensohle in einem in der Mittelachse des Rundbeckens angeordneten Rohr angehoben wird, an dessen oberem Ende der Teilstrom unter gleichzeitiger Belüftung zunächst horizontal und anschließend vertikal abwärts umgelenkt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vertikal abwärts gerichtete Teilstrom des Abwassers mit dem zugeführten Abwasser vereinigt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein in der Mittelachse des Belüftungsbeckens (1) angeordnetes, oberhalb der Beckensohle (3) endendes Rohr (4) mit einer konzentrischen Leitfläche (9) einen Ringkanal (10) bildet, mit dem das Rohr (4), das eine an seinem oberen Ende angeordnete horizontale Leitfläche (8) aufweist, hydraulisch verbunden ist und daß oberhalb der Leitfläche (8) eine Belüftungseinrichtung (12) dicht unterhalb des Wasserspiegels (11) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem unteren Ende des Rohres (4) eine Fördervorrichtung (6) zum Anheben eines Teilstromes des Abwassers aus dem Bereich der Beckensohle (3) in die Nähe des Wasserspiegels (11) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Ringkanals (10) so bemessen ist, daß das in ihm abwärts strömende Abwasser eine etwas größere Geschwindigkeit hat als die Steiggeschwindigkeit der aus der Belüftungseinrichtung (12) austretenden Luftblasen.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der konzentrischen Leitfläche (9) eine trichterartige Leitfläche (17) zum Umlenken der aus dem Ringkanal (10) austretenden Abwärtsströmung in eine hierzu parallele Aufwärtsströmung, in der die Luftblasen frei emporsteigen, vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem unteren Ende des Rohres (4) eine bis dicht über die Beckensohle (3) reichende Kegelfläche (5) angeordnet ist, deren Abstand von der Beckensohle (3) so gering ist, daß sich hier keine Schlammablagerungen bilden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kegelfläche (5) eine Sammelrinne (18) zur Aufnahme von Sand- und Schlammablagerungen vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Sammelrinne (18) eine Fördervorrichtung (20) zum Abführen der Schlammablagerungen angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zufuhrleitung (15) für das Abwasser über einer in der Mittelachse des Belüftungsbeckens (1) angeordneten kegelförmigen Leitfläche (13) mündet, die das zugeführte Abwasser in den Ringkanal (10) leitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen