DE2032528A1

DE2032528A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von Abwasser

Info

Publication number: DE2032528A1
Application number: DE19702032528
Authority: DE
Inventors: John Ruben Williamsville NY McWhirter (V St A ) C02c 1 06
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1969-07-02
Filing date: 1970-07-01
Publication date: 1971-01-07
Also published as: AT321832B; DE2032528B2; IL34945A0; GB1325325A; JPS4919583B1; FR2054074A5; USRE29782E; US3547811A; BE752085A; NL7009742A; BR7020197D0; ZA704502B; DE2032528C3

Description

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27. Juni I97O Gzy/goe

UNION CARBIDE CORPORATION

Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von Abwasser.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von biochemisch oxidierbares Material (BOD) enthaltendem Wasser durch zyklische Behandlung mit Sauerstoff in Berührung mit einer bakteriell aktiven Biomasse. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Erfindungsgemäß können verschiedene Abwasser behandelt werden, beispielsweise städtisches Abwasser, Abwasser aus petrochemischen oder Papierfabriken oder Abwasser von der Fermentation,

Bei der biochemischen Oxydation von Abwässern verwendet man mit wenigen Ausnahmen als Quelle für den Sauerstoff immer Luft· Da Luft nur etwa 20 % Sauerstoff enthalt, sind große Mengen erforderlich. Es werden typischerweise nur 5 bis 10 % des Sauerstoffs ausgenutzt» Trotzdem wird Luft viel verwendet, da sie kostenlos und in großen Mengen zu erhalten ist und die ihr mitgeteilte Energie gewöhnlich genügt, um die Flüssigkeit zu mischen und die aktive aus Bakterien bestehende Masse von Feststoffen in Suspension zu halten.

Es ist auch schon seit vielen Jahren vorgeschlagen worden, an stelle von Luft Sauerstoff zum Behandeln von städtischen und

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chemischen Abwässern zu verwenden, da hierdurch die Menge des Behandlungsgases verringert wird. Es ist'auch schon .angenom-^: ■■ ""■ men worden, daß die Geschwindigkeit und Vollständigkeit solcher biochemischen Umsetzungen verringert werden, wenn die Flüsigkeit nur geringe Mengen glösten Sauerstoffs enthält. Wegen der zusätzlichen Kosten für reinen Sauerstoff muß dieser sparsam und wirksam eingesetzt werden. Im Vergleich zum Behandeln mit Luft wird also ein geringes Volumverhältnis von Gas zur Flüssigkeit angestrebt. Der Partialdruck des Sauerstoffs in.dem Belüftungsgas muß hoch gehalten werden, um Anlagekosten und Betriebskosten bei der Belüftung zu ersparen und gleichzeitig einen hohen Anteil des Sauerstoffs auszunutzen. Bisher ist es noch nicht gelungen, ein Verfahren ausfindig zu machen, das einen hohen Partialdruck des Sauerstoffs in Gase und eine hohe Ausnutzung dieses Sauerstoffs miteinander verbindet. Die üblichen Verfahren zum Behandeln mit Luft entsprechen diesen Anforderungen nicht.

Weitere übliche Verfahren zum Inberuhrungebringen von Gasen und Flüssigkeiten, wie beispielsweise gepackte oder Tellerkolonnen, Sprühkolonnen, oder andere Kolonnen, die üblicherweise in der chemischen Technik verwendet werden, sind für diesen Zweck nicht geeignet. Man kann diese Systeme so ausbilden, daß ein hoher Anteil des Sauerstoffs absorbiert wird.

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Sie lassen sich aber schlecht anwenden beim Behandeln von Flüssigkeiten, die supendierte Feststoffe enthalten, wie z.B. von Abwasser mit aktiviertem Schlamm. Diese üblichen Systeme sind auch nicht geeignet, um große Mengen von Flüssigkeiten und kleine Mengen von Gas bei hoher Auflösungsgeschwindigkeit und niedrigen Energiekosten in Berührung zu bringen.

Die Forderung einer guten Ausnutzung des Sauerstoffs und gleichzeitig eines höhen Partialdruckes des Sauerstoffs bei der biohchemischen Oxydation wird noch weiter kompliziert durch die Entwicklung von verdünnenden Gasen aus der belüfteten Flüssigkeit. Üblicherweise ist das BOD enthaltende Abwasser durch die Berührung mit Luft mit Stickstoff gesättigt«, Die Förderung von Stickstoff ist bei der Behandlung mit Luft kein Problem, die Frage wird aber bedeutsam, wenn der Stickstoffgehalt des Belüftungsgases herabgesetzt und die Menge des Belüftungsgases klein ist. Der gelöste Stickstoff wird nämlich aus der Flüssigkeit in das Gas gespült und verringert den Partialdruck des Sauerstoffs in ihm. Auch andere inerte Gase wie beispielsweise Argon und Wasserdampf werden aus der Flüssigkeit frei. Kohlendioxyd als Oxydationsprodukt entsteht ebenfalls in erneblichen Mengen und setzt den Partialdruck des Sauerstoffs herab.

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Verwendet man ein an Sauerstoff ^angereichertes Belüftungsgas, dann ist sein Volumen im Vergleich zu Luft sehr gering, beispielsweise 1:90. Hierdurch können zwar Kosten für das Komprimiere'n gespart werden, es entstehen aber Schwirigkeiten beim Mischen und durch die Verdünnung des Sauerstoffs mit Verunreinigungen. Die Energie zum Fördern der geringen Gasmenge genügt häufig nicht, um die Feststoffe in der Flüssigkeit zu suspendieren und mit ihr zu mischen. Die aus der Flüssigkeit entstehenden inerten Gase verringern auch den Partialdruck des Sauerstoffs in weitaus größerem Maße als der Herabsetzung der Menge entspricht.

Ein Ziel der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zum Behandeln von BOD enthaltendem Wasser mit gasförmigem Sauerstoff durch biochemische Oxydation. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs in das BOD enthaltende Wasser je Einheit der aufgewendeten Energie. Gegenüber dem bekannten Verfahren zum Behandeln mit atmosphärischer Luft wird hierbei die Energie sehr viel wirksamer ausgenutzt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Verfahren» bei welchem mit einem hohen Partialdruck des Sauerstoffs eine hohe Ausnutzung des Sauerstoffs erreicht wird.

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Bisher war es noch nicht gelungen, quantitativ die komplexen Verhältnisse bei der Behandlung einer Flüssigkeit mit einem aus mehreren Bestandteilen bestehenden Gas aufzuklären, wie sie bei dem Belüften bon BOD enthaltendem Wasser auftreten» Es ist unzweifelhaft einer der Gründe, warum Sauerstoff bisher noch nicht in wirtschaftlicher Weise für die biochemische Oxydation von Abwasser verwendet worden ist. Jetzt sind diese Verhältnisse geklärt. Das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung verwendet die Löslichkeitsgieichgewichte der einzelnen Bestandteile und ihre Stöchiometrie zu einem sehr wirksam men System, bei welchem ein hoher Anteil des Sauerstoffs absorbiert wird, während gleichzeitig ein hoher Partialdruck des Sauerstoffs in dem Belüftungsgas herrscht«

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man in einem ersten Zyklus ein Gemisch aus dem BOD enthaltenden Wasser und der Biomasse mit einem wenigstens 50 VoI*-Jo Sauerstoff enthaltenden Gas bei einem Partialdruck des Sauerstoffs von wenigstens 37»8 ein Hg in einer Kammer wenigstens 10 Minuten lang mischt und hierbei soviel Energie aufwendet, daß wenigstens 6ö % des Sauerstoff-»-von .der ',Flüsigkeit aufgenommen werden und das Gas nur noch 10 bis 70 Vol.-% Sauerstoff aber weniger als das zugeführte Gas enthält, und der Partialdruck des Sauerstoffs in ihm bei wenigstens 7,6 cm Hg liegt;

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daß man das Gas aus der Kammer abzieht; daß man in die Kammer ein zweites Gas mit wenigstens 50 Vol.-% Sauerstoff und einem Partikaidruck des Sauerstoffs von, wenigstens 37,8 cm Hg und ein zweites Gasgemisch von BOD enthaltendem Wasser und Biomasse, das wenigstens zum Teil aus dem im ersten Verfahrenszyklus behandelten Gemisch besteht, einführt und dieses Gemisch von Gas und Flüssigkeit wenigstens 10 Minuten lang unter Aufwendung von soviel Energie mischt, daß wenigstens 60% des Sauerstoffs von der Flüssigkeit aufgenommen werden und das Gas nur noch 10 bis 70% Sauerstoff, aber weniger als das zugeführte Gas, enthält, und daß der Partikaidruck des Sauerstoffs in ihm bei wenigstens 7,6 cm Hg liegt; und daß man das den nicht verbrauchten Sauerstoff enthaltende Gas aus der Kammer abzieht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens besteht das Flüssigkeitsgemisch des zweiten Verfahrenszyklus wenigstens zum Teil aus dem im asten Zyklus behandelten Gemisch. Noch nicht behandelte Flüssigkeit sichert das Gleichgewicht zwischen dem zweiten BOD enthaltenden Wasser und der Biomasse. Gegebenenfalls können die Flüssigkeit und das Sauerstoff enthal- . tende Gas in jedem Verfahrenszyklus chargenweise gemischt werrden mit den schon vorhandenen, mit Sauerstoff behandelten Gemischen von Flüssigkeiten und Feststoffen. Diese können aus. der Kammer am Ende des ersten und des zweiten Verfahrenszyklus abgelassen werden. Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens kann während Jedes Zyklus zusätzliches Belüftungsgas

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eingeführt werden, und zwar in dem Maße, wie der Sauerstoff verbraucht wird, um beispielsweise einen konstanten Druck des Belüftungsgases aufrechtzuerhalten· Weiterhin können auch während jedes der beiden Verfahrenszyklen BOD enthaltendes Wasser und Biomasse in die Kammer eingeführt werden.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Biomasse der mit Sauerstoff behandelten Suspension, ζ·^Β· i*¹ einem Klärgefäß , konzentriert und in einer solchen Menge zurückgeführt, daß der. Gehalt an flüchtigen suspendierten Feststoffen (MLVSS) beim ersten und zweiten Verfahrenszyklus bei wenigstens 30°0 ppm liegt. Das Abwasser selbst enthält sehr wenig MLVSS im Vergleich zu dem Schlamm der aktiven Biomasse. Der Schlamm muß also sehr viel mehr MLVSS enthalten, um einen Wert von 3OOO ppm nach der Verdünnung mit dem Abwasser zu erreichen. Bei Systemen zum Behandeln von Abwasser beträgt der Gehalt an MLVSS wenigstens 0,55 der gesamten suspendierten Feststoffe (MLSS)· Beim Behandeln von Abwassern aus verschiedenen Gemeinden wurden Werte von 0,70 bis 0,75 für das Verhältnis MLVSS/ MLSS gemessen.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit einem Behälter für die Lagerung der zu behandelnden Flüssigkeit, einer Quelle für Sauerstoff ent-

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haltendes Gas, einer Behandlungskammer mit einer unter den Flüssigkeitsspiegel reichenden Wandung , unterhalb welcher die Flüssigkeit in Verbindung steht mit dem Behälter für die Lagerung der zu behandelnden Flüssigkeit, mit einem gasdichten Deckel, einer Zufuhrleitung zwischen der Quelle für das Sauerstoff enthaltende Gas und der Behandlungskammer, Mitteln zum Mischen des Sauerstoff enthaltenden Gases und der Flüssigkeit in der Behandlungskammer, und einer ι in Ventil enthaltenden Ablaßleitung für das Gasgemisch aus dem oberen Teil der Behandlungkammer. Die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch ein Regelventil in der Einlaßleitung für das Gasgemisch, durch welches ein bestimmter Gasdruck in der Behandlungskammer aufrechterhalten wird; ein Absperrventil in dieser Gasleitung; Mittel zum Feststellen des Gasdruckes ' in der Behandlungskammer; Mittel zur Übertragung von Signalen von diesen zum Regelventil; und Regelvorrichtungen zum gleichzeitigen Schließen des Absperrventils und Öffnen des Gasablaßventils und anschließendes gleichzeitiges Schließen des Gasablaßventils und Öffnen des Absperrventils.

Bei einer Ausführungsforin dieser Vorrichtung ist ein Verteiler für das Sauerstoff enthaltende Gas unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in der Belüftungskaminer angeordnet. Misclrvoi-richtungcn

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z.B. ein durch einen Motor angetriebener Propeller, sind ebenfalls unterhalb des Flüssigkeitsspiegels angeordnet. Ferner kann ein Gasgebläse vorgesehen sein, dessen Saugseite mit dein oberen Teil der Behandlungskammer und dessen Druckseite mit dem Gasverteiler in Verbindung stehen·

Die Regelvorrichtung zum Zuführen des Gases bei dieser Ausführungsforia enthält Mittel zum Feststellen des Flüssigkeitsspiegels in der Kammer und Mittel zum Übertragen von Signalen liier vorn, durch welche das Regelventil zum Einlassen des Sauerstoff enthaltenden Gases geschlossen wird, wenn das ein« gelassene Gas den Flüssigkeitsspiegel unter eine bestimmte Grenze herabgedrückt hat. Es können ebenfalls Mittel vorgesehen sein zum Feststellen des Sauerstoffgehaltes des in der Kammer vorhandenen Gasgemisches, und Mittel zum Übertragen von Signalen hiervon, so daß das Ablaßventil geöffnet wird, wenn der festgestellte Sauerstoffgehalt des Gases einen bestimmten unteren Wert erreicht hat. Ebenefalls können Mittel vorgesehen sein, um einen hohen !flüssigkeitsspiegel, festzustellen und hierbei durch Übertragung von Signalen das Ablaßventil zu schließen und das Regelventil für den Einlaß voü Sauerstoff enthaltendem Gas zu öffnen, wenn der Flüssigkeitsspiegel eine gewisse obere Grenze erreicht hat.

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Mittels des erfindungsgemäßen Verfallrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann BOD enthaltendes Wasser sehr viel wirksamer behandelt werden als bei den bekannten Verfahren unter Verwendung von Luft·

Fig. 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Anlage mit einer Belüftungskammer und einem Klärgefäß,

Fig. 2 ist ein schematischer Querschnitt durch eine andere Ausführungsform mit einer schwimmenden Belüftungskammer, einem untergetauchten Propeller und einem untergetauchten Gasverteiler zum Mischen,

Fig. 3 zeigt im Querschnitt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Regelvorrichtung zum Einstellen des Kreislaufes des Gases unter Verwendung eines Gebläses für das an Sauerstoff verarmte Gas,

Fig. 4 zeigt schematisch im Querschnitt eine Vorrichtung mit mehreren IJelüf tungskammern, durch welche die mit Sauerstoff behandelte Suspension stufenweise hilldurchströmt,

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Fig, 5 zeigt graphisch den Gehalt des Gases und der Flüssigkeit an Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendioxyd in Abhängigkeit von der Dauer eines Zyklus bei der Behandlung eines typischen städtischen Abwassers,

Fig. 6 zeigt graphisch die Änderungen der Zuführungsgeschwindigkeit von Sauerstoff,der Aufnahme von Sauerstoff durch die Flüssigkeit und das Gesamtgehaltes des ■ Sau eis st off es -während der Absorption nach einem Zyklus gemäß Fig. 5.

Nach Fig. 1 wird BOD enthaltendes Wasser, beispielsweise Abwasser, durch die Leitung 12 in den Behälter 12 eingeführt. Aktive Biomasse wird in diesen Behälter durch die Leitung I3 eingebracht. Sie kann aber «.auch gegebenenfalls vorher mit dem BOD enthaltenden Wasser gemischt und dann durch die Leitung 12 eingeführt werden. Die Biomasse wird vorzugsweise erhalten aus der Suspension aus dem Behälter 11 in der Leitung 14. Eine Konzentration der Feststoffe kann im Klärgefäß I5 vorgenommen werden, wo die mit Sauerstoff behandelte Suspension zu gereinigtem Wasser und einer konzentrierten Biomasse getrennt wird. Die an sich gut bekannten Klärgefäße können beispielsweise an ihrem unteren Ende einen rotierenden Rechen aufweisen, um ein kegelförmiges Absitzen der konzentrierten

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Biomasse zu vermeiden. Die let23tere wird aus dem Klärgefäß durch die Leitung 17 abgezogen. Wenigstens ein Teil von ihr wird mittels der Pumpe l8 durch die Leitung 13 in den Dehälter 11 zurückgeführt. Das gereinigte Wasser wird aus dem Klärgefäß 15 durch die Leitung 19 abgezogen. Wenn Abwasser behandelt wird, so werden die zurückgeführten Feststoffe in der Regel als aktivierter Schlamm bezeichnet.

Die Belüftungskammer 20 ist fest angeordnet in dem Behälter 11 unter dem Flüssigkeitsspiegel, und zwar durch die Teile 21. Über der Kante des Ablaßwehrs 23 befindet sich der gasdichte Deckel 22. Das untere Ende 24 der Belüftungskammer 20 steht in Verbindung mit dem Behälter 11. Das System enthält ferner eine Quelle 25 für sauerstoffhaltiges Gas, z.B. einen Druckbehälter oder einen thermisch isolierten Behälter für verflüssig tes Gas mit Verdampfungsmitteln. Die Gasleitung 26 verbindet die Gasquelle 25 und die Belüflungskammer 20. Ein Regelventil 27 für den Gaseinlaß und ein Abschlußventil 28 sind in der Leitung 26 angeordnet. Das Abschlußtoentil 28 befindet sich vorzugsweise stromabwärts von dem Regelventil 27·'Ein Druck schalter 29 kann ebenfalls in der Gasleitung 26 angeordnet sein, ist aber nicht wesentlich.

Das zugeführt^ Gas enthält wenigstens 50 VoI·-% Sauerstoff, so daß die Zeit zum Mischen des Gases mit der Flüssigkeit

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beim Erreichen eines wenigstens 6O ^igen Verbrauchs des einführten Sauerstoffs nicht zu kurz wird, d.h. nicht weniger als 10 Minuten beträgt. Die Umstellzeit am Ende jedes Zyklus zum Ablassen des Abgases, wieder füllen der Belüftungskammer mit Sauerstoff enthaltendem Gas und wieder Anlassen des Mischers beträgt üblicherweise 2 bis 3 inuten. Wenn also entsprechend die Zeit für das Mischen weniger als 10 Minuten beträgt, so wird die Umstellzeit verhältnismäßig lang und nimmt ein__en großen Teil der Gasmtzeit in Anspruch, und zwar tfcotz der geringeren Kosten für Sauerstoff geringerer Reinheit. Es wird soviel Sauerstoff enthaltendes Gas eingeführt, daß der Partialdruck des Sauerstoffes bei wenigstens 3718 cm Hg liegt, und daß das Mischen wenigstens unter atmosphärischem Druck geschieht. Unteratmosphärische Drücke sollen vermieden werden, um die Umstellzeit nicht zu erhöhen, die übertragene Menge von Sauerstoff nicht zu verringern und um keine atmosphärische Luft in die Belüftungskammer einzulassen.

Nachstehend wird das Gemisch aus BOD enthaltendem Wasser und der BlOmasse in dem Behälter 11 als flüssigkeit bezeichnet. Die Flüssigkeit und das Sauerstoff enthaltende Gas werden in der Belüftungskamraer 20 gemischt, beispielsweise mittels eines rotierenden Oberflächenmischers 30, der von dem Elektromotor

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31 angetrieben wird. Diese beiden sind durch eine Welle miteinander verbunden, die bei 32 dichtend durch eine mittige Öffnung in dem Deckel 22 geführt ist, um ein Austreten von Gas zu vermeiden.

Die Ablaßleitung 33 steht in Verbindung mit dem oberen Teil der Belüftungskammer 20 und dient zum Ablassen von Abgas mit nichtverbrauchtem Sauerstoff. Die Leitung 33 weist ein Ventil 34 auf. Stromaufwärts oberhalb des Ventils34 kann ein'Druckschalter 35 angeordnet sein. <

Das erfindungsgemäße Verfahren soll nun unter Verwendung einer Anlage nach Fig. 1 beschrieben werden. Es sei angenommen, daß der Zyklus in der Belüf tungskammer 20 beginnt, wenn diese praktisch vollständig mit der Flüssigkeit gefüllt und der Mischer 30 abgestellt ist. Hierbei ist das Ablaßventil 34 geschlossen und das Ventil 28 wird durch Regelvorrichtungen geöffnet. Dadurch tritt wenigstens 50 Vol.-?6 Sauerstoff enthaltendes Gas mit einem Partialdruck des Sauerstoffs von wenigstens 37,8 cm Hg in die Kammer 20 ein und verdrängt abwärts einen Teil der Flüssigkeit aus dem oberen Teil des Be- .-lüftungsgefäßes in den Behälter 11, Ein Druckschalter 29 mißt den steigenden Druck des eingeführten Gases in der Leitung 26_e ein bestimmter Wert erreicht ist, wird ein Signal durch

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die Mittel 36 weitergegeben, durch welche der Motor 31 in Gang gesetzt wird und das Mischen von Gas und Flüssigkeit beginnt· Man kann aber auch den Mischer 30 kontinuierlich laufen lassen, selbst beim Ablassen des Gases während jedes Zyklus. In diesem Falle ist ein Druckschalter 29 nicht erforderlich. Der Vorteil dieser Regelung besteht darin, daß Energie zum Betreiben der Mischvorrichtung nur dann verbraucht wird, wenn gemischt werden soll.

Das Regelventil 27 für den Gaseinlaß ist ein Bestandteil der gesamten Regelvorrichtung. Durch dieses Ventil soll der Gasdruck in der Belüftungskammer bei einem vorbestimmten Wert gehalten werden. Dieser Wert liegt über Atmosphärendruck, vorzugsweise bei'. 77 »5 bis 129>0 cm Hg. Wenn der Druckschalter 29 verwendet wird, so kann der vorbestimmte Gasdruck der gleiche oder größer sein, als der Gasdruck, bei welchem der Motor 31 die Mischvorrichtung in Gang setzt. Während des Mischens bei jedem Zyklus wird nur soviel Sauerstoff enthaltendes Gas durch die Leitung zugeführt, daß die von der Flüssigkeit aufgenommene Gasmenge ersetzt wird. Da Stickstoff und Kohlendioxyd aus der Flüssigkeit in den Gasraum darüber gelangen, nimmt der Sauerstoffgehalt stufenweise ab. Das Mischen während jedes Zyklus wird wenigstens IO Minuten lang fortgesetzt.

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Hierbei wird soviel Energie zum Mischen und zum Inberührungbringen des Gases mit der Flüssigkeit aufgewendet, daß wenigstens 6O % des Sauerstoffs yerbruacht werden.

Die Art, in welcher Energie verwendet wird, ist ein wesentlicher Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Energie hat hierbei zwei Aufgaben zu erfüllen. Die Feststoffe müssen in der Flüssigkeit in Suspension gehalten werden und das Sauerstoff enthaltende Gas und die Flüssigkeit müssen in innige Berührung miteinander gebracht werden. Bei bekannten Belüftungssystemen unter Verwendung von Luft werden diese beiden Aufgaben nur von der Luft allein erfüllt. Die Luftmenge war groß, um die notwendige Sauerstoffmenge zuzuführen, und die Rührwirkung des Gases genügte, um die Feststoffe in Suspension zu haitun.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Gasinenge zur Lieferung des erforderlichen Sauerstoffs sehr viel geringer und genügt nicht, um die Flüssigkeit mit den Feststoffen zu mischen, insbesondere wenn der Gehalt an Feststoffen hoch ist. Die Energie zum Rühren der Flüssigkeit itfird daher vorzugsweise durch einen mechanischen Rührer oder einen Propeller geliefert, die sehr viel wirksamer arbeiten, als das A\ifsteigen von Gasblasen. Der Rührer kann verschiedene Ausführungsformen

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haben, er kann beispielsweise ein untergetauchter Propeller in Verbindung mit einem Gasverteiler sein. Gegebenenfalls , können diese beiden Funktionen durch dieselbe Vorrichtung erfüllt werden. Die Vorrichtung muß aber immer die Ausbildung eines hohen Druekunterschiedes des Partialdruckes an der Phasengrenzfläche zwischen dem Gas und der Flüssigkeit gestatten»

Die Eiergie zum Inberührungbringen des Gases mit der Flüssigkeit ist erheblich geringer, als die Energie zum Suspendieren der Feststoffe in der Flüssigkeit. Trotzdem ist diese erste Energie bedeutsam. Wenn keine geeigneten Verfahren zum Inberührungbringen des Gases mit der Flüssigkeit gewählt werden, so kann der Kraftbedarf auch hierfür hoch werden. Ferner können die Konzentration an gelöstem Sauerstoff und die Ausnutzung des Sauerstoffs leiden. Man sollte eine Vorrichtung wählen, die große Phasengrenzflächen zwischen Gas und Flüssigkeit schafft, aber gleichzeitig die Flüssigkeit nicht fein dispergiert. Um solche feine Dispersionen von Flüssigkeiten zu erhalten, werden erhebliche Energiemengen gebraucht, und Flüssigkeitströpfchen sind für die Massenübertragung gemäß der Erfindung nicht geeignet. Geeignete Mischvorrichtüngen erzeugen große Berührungsflächen in einer großen Masse einer Flüssigkeit , so daß die Flüssigkeit in der Nachbarschaft der Phasen-

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grenzflachen niäit gesättigt oder annähernd gesättigt ist. Die Kräfte zur Erreichung einer schnellen Lösung des Sauerstoffs, der Partialdruck des Sauerstoffs «rden daher aufrecht-

erhalten, und Mischverluste werden vermieden, wenn die Flüssigkeit in der Berührungszone zu der Hauptmasse zurückkommt. Zu geeigneten Mischvorrichtungen gehören Gasverteiler, die · feine Gasblasen in der Flüssigkeitsmasse entstehen lassen, und Oberflächenbelüfter, die verhältnismäßig massive Scheiben dsr Flüssig&Bit in das Gas schleudern. Die Wirksamkeit"dieser geeigneten Vorrichtungen wird üblicherweise bezeichnet als "air standard transfer efficiency". Gemessen wird die Geschwindigkeit der Lösung von Sauerstoff aus Luft von Atmosphärendruck in kein gelösten Sauerstoff enthaltendes.Leitungs~ wasser bei 20°C je aufgewendete Energieeinheit. Die Werte geeigneter Vorrichtungen liegen bei wenigstens 0,9 Kg 0 je Kilowatt-Stunde.

Ein Kennzeichen des eiflndungs gemäßen Verfahrens ist das Gleichgewicht zwischen dem Verbrauch des Sauerstoffs in der Flüssigkeit und der aufgewendeten Energie. Sehr große Anteile des Sauerstoffs können absorbiert werden, wenn man das Mischen solange fortsetzt, bis der gesamte Sauerstoff im Gas verbraucht ist. Die Energiekosten werden hierbei aber unzulässig hoch, liegen, und auch die Anlagekosten werden erhöht werden. Diese

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einander entgegengesetzten Kennzeichen können ins Gleichgewicht gebracht werden durch das erfindungsgemäße, den Bekannten überlegene Verfahren. Man mischt das Gas und die Flüssigkeit wenigstens 10 Minuten lang solange, daß wenigstens 60 % des Sauerstoffs unier Entstehung der ersten Flüssigkeit und des ersten Abgases verbraucht werden. Das Abgas enthält 10 bis 70 % Sauerstoff, aber weniger, als das zugeführte Gas, und hat einen Partialdruck des Sauerstoffs von wenigstens 7|6 cm Hg. Wenn also das nach dem Mischen aus der Kammer abgelassene Gas nur 10 % Sauerstoff enthält, läßt man es in die Atmosphäre ab. Ein unteratmosphärischer Druck ist aus dem oben erwähnten Gründen zu vermeiden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet man ein Belüftungsgas mit einem Gehalt von wenigstens 90 % Sauerstoff, setzt das Mischen wenigstens 20 Minuten lang fort, verbraucht wenigstens 75 % des Sauerstoffs und erhält ein Abgas mit 4o bis 60 % Sauerstoff.

Vorzugsweise führt man den Sauerstoff in einer Menge von 0,06 bis 0,30 kg Mol je Kilowatt-Stunde der gesamten aufgewendeten Energie während jedes Zyklus ein. Bei kleineren Zuführungsgeschwindigkeiten nimmt die Auflösungsgeschwindigkeit des Sauerstoffes in der Flüssigkeit ab, und bei höheren Zuführungsgeschwindigkeiten wird mehr Sauerstoff zugeführt, als bei dem gegebenen Energieaufwand wirksam gemischt werden kann.

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Vorzugsweise führt man den Sauerstoff in einer Menge von 0,08

bis 2,0 1 pro Liter Flüssigkeit zu. Niedrigere Zuführungsgeschwindigkeiten begrenzen die Geschwindigkeit der biochemischen Oxydation, und bei höheren Zuführungsgeschwindigkeiten wird mehr Sauerstoff geliefert, als in der Zeiteinheit in der Flüssigkeit gelöst werden kann«

Am Ende jedes Zyklus werden durch die Regelvorrichtungen gleichzeitig das Absperrventil 28 geschlossen und das Ablaßventil 3^ geöffnet. Der Motor 31 der Mischvorrichtung kann ebenfalls mittels der Signalvorrichtungen 36 zu diesem Zeitpunkt stillgesetzt werden. Hierfür können verschiedene, an sich gut bekannte Vorrichtungen verwendet werden, die in der Zeichnung schematisch mit 37 bezeichnet sind. Es kann beispielsweise ein automatischer Zeitgeber verwendet werden, der mit den Ventilen 28 und 34 über die Vorrichtungen 38 und 39 verbunden ist. Ein Zeitgeber ist gut geeignet für verhältnismäßig gleichmäßige Arbeits-^x bedingungen und lange Zyklen. Die Zeiteinstellung eines solchen Zeitgebers kann aber bei geeigneter Regelung geändert werden, um Änderungen in der Menge und der Zusammensetzung des BOD enthaltenden Wassers zu entsprechen. Es können auch Kompensationen geschaffen werden für Änderungen im Gehalt der gemischten Flüssigkeit an gelöstem Sauerstoff, indem man beispielsiieise die Energie für den Motor 3I erhöht oder herabsetzt und die liotationsgeschwimü ^keit der Mischvorrichtung ändert.

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Wenn die Arbeitsbedingungen oder der Sauerstoffbedarf erheblich schwanken,, kann es notwendig sein, Mittel vorzusehen, um kontinuierlich die Reinheit des Sauerstoffs in der Belüflungskammer 20 zu messen. Die Änderungen in der Einstellung der Ventile können dann bewirkt werden durch ein Signal von einer nicht abgebildeten Analysenvorrichtung, welches anzeigt, daß der Sauerstoffgehalt des Gases in der Belüftungskammer eine bestimmte untere Grenze erreicht hat. Diese Grenze ist abhängig von der Zusammensetzung des Belüftungsgases und den Kosten für Sauerstoff, die Anlage und den Kraftbedarf. Wenn das zugeführte Gas wenigstens 90 % Sauerstoff enthält, so wird das Abgas vorzugsweise dann abgelassen, wenn es 4fcO bis 60 % Sauerstoff enthält.

Das Abgas wird unter hydrostatischem Druck durch die Leitung 33 abgelassen. Der hydrostatische Druck entsteht, wenn der Flüssigkeitsspiegel in der Kammer steigt und das Gas verdrängt. Hierfür muß die Kammer fest angeordnet sein unterhalb des FlüssLgkeitsspiegels, d.h. die Kante des Wehrs 2} muß über dem Kammerdeckel 22 liegen. Die Regelvorrichtungen stellen das Ende des Gasablasses fest , wobei gleichzeitig das Ablaßventil jk geschlossen und das Ventil 28 geöffnet werden. Das kann beispielsweise geschehen durch einen zweiten Druckschalter 35« ^er wirksam wird, wenn der Flüssigkeitsspiegel den Deckel 22 fast erreicht. Ein Signal von der Vorrichtung 40 verbindet den zweiten

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Druckschalter 35 mit dem Regler 37. Dieser letztere; steht in ..,". Verbindung mit dem Abschlußventil 28 des .Gaseinlasses und dem Ablaßventil Jk durch Signale übermittelnde: Vorrichtungen 38 und 39.

Der vorgeschriebene Zyklus wird danach wenigstens ein weiteres Mal wiederholt. Hierbei wird ein zweites Gasgemisch mit wenigstens 50 Vol.-9i Sauerstoff und einem Partialdruck des Sauerstoffs von wenigstens 37»8 cm Hg"durch die Leitung 26 in die Kammer eingelassen, wo es mit einem zweiten BOD enthaltendem Wasser und einer zweiten Biomasse gemischt wird. Das Flüssigkeitsgemisch enthält wenigstens zum Teil die beim ersten Zyklus erhaltene Suspension von Feststoffen in einer Flüssigkeit. Der Anteil dieser vorbehandelten Flüssigkeit hängt von verschiedenen Umständen ab, zu denen auch die relativen Abmessungen der Belüftungskammer 20 und des Vorratsbehälters 11 für die Flüssigkeit gehören, die Strömungsgeschwindigkeiten der Flüssigkeit und des Gases, der Gehalt des Gases an Sauerstoff, die aufgewendete Energie, die Mischzeit, und der gewünschte Gehalt des abfließenden Wassers an BOD. In einigen Fällen mag es erwünscht sein, am Ende des ersten Verfahrenszyklus die mit Sauerstoff behandelte Suspension durch die Leitung Ik abzulassen, und darauf das zweite BOD enthaltende Wasser und eine zweite Biomasse durch die Leitungen 12 und 13 einzuführen, bevpr das Einlassen des zweiten Belüftungsgases durch die Leitung 26 in die Kammer 20 beginnt.

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Der zweite und gegebenenfalls weitere Verfahrenszyklen werden in analoger Weise durchgeführt. Hierbei wird das BOD enthaltende Wasser chargenweise erfindungsgemäß behandelt«

Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens können zusätzliches BOD enthaltendes Wasser und zusätzliche Biomasse während jedes der Verfahrenszyklen in den Behälter 11 eingeführt werden.

Die Vorrichtung nach Fig. 2 weicht in manchen Beziehungen von der Vorrichtung nach Fig. 1 ab. Der Vorratsbehälter 11 für die Flüssigkeit ist ein natürlich vorkommendes Reservoir, z.B, ein. Teich. Die aktive Biomasse ist ein Schlamm, der innerhalb des Teiches auf natürlich» Weise und mittels eines versenkten Propellers 30 im Kreislauf bewegt wird. Ein Teil dieses Schlammes setzt durch Schwerkraft an dem Boden des Teiches ab und kann periodisch von dort entfernt werden. In Abhängigkeit von der Stellung der Leitung 12 für das BOD enthaltende Wasser und den Belüfter 20 kann man die Flüssigkeit und den Schlamm mischen. In der Regel geschieht hierbei das Mischen, bevor die Mischung im Belüftungsgefäß 20 in Berührung mit dem Sauerstoff enthaltenden Gas gebracht wird.

Zu den Mischvorrichtungen nach Fig, 2 gehören ein untergetauchter Gasverteiler k5 unterhalb des Propellers 3Oo Die vom Gas-'

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verteiler 45 aufsteigenden Gasblasen werden in der Kammer 20 in inniger Berührung mit der Flüssigkeit verteilt und steigen zur Oberfläche auf, von wo sie in den Gasraum mit den entwickelten Reaktionsgasen gelangen. Um die erforderliche Druckenergie für den kontinuierlichen Umlauf des Gases in der Kammer 20 zu erhalten, steht die Saugseite eines Kompressors oder eines Gebläses 46 in Verbindung mit dem Gasraum der Kammer durch die Leitung 47i und die Druckseite steht durch die Leitung 48 mit dem Gasverteiler 45 in Verbindung.

Wenn nach Fig. 2 ein untergetauchter Propeller und Gasverteiler verwendet werden, sollte das System unter solchen Bedingungen betrieben werden, daß die Abwärtsgeschwindigkeit der Flüssigkeit die Gasblasen nicht unter die Unterkante der Kammer und von dort auswärts schwemmt. Das Gas, muß im wesentlichen innerhalb der Kammer gehalten werden und umlaufen. Die Abwärtsgeschwindigkeit der Flüssigkeit sollte geringer sein als die Aufstiegsgeschwindigkeit der Gasblasen, so daß diese zur Oberfläche gelangen.

Die Belüftungskamnier 20 und die anderen Teile können in einem Teich fest angeordnet sein. Nach Figo 2 schwimmen aber diese Teile darin und werden durch einen schwimmenden Kragen 49 an der Oberfläche gehalten» Ein besonderes Klärgefäß wird nicht

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verwendet. Das gereinigte Wasser wird durch die Leitung 50 mit einem Regelventil 51 abgezogen. ,

Das Verfahren mit der in Fig, 2 beschriebenen Vorrichtung wird nachstehend beschrieben. Man beginnt mit der Einführung eines ersten Sauerstoff enthaltenden Gases durch die Leitung 26 und das Regelventil 27» wobei das Ablaßventil 34 in der Ablaßleitung 33 geschlossen ist. Der Flüssigkeitsspiegel im Belüftungsgefäß 20 sinkt daher und Flüssigkeit wird in den umgebenden Teich 11 verdrängt.Hierbei kann der Propeller 30 gewünschtenfalls kontinuierlich arbeiten. Das Gebläse 46 für das Umwälzen des Gases kann durch Regelvorrichtungen in Betrieb gesetzt werden, wenn die gewünschte Menge Gas in die Kammer eingefüllt ist und der Flüssigkeitsspiegel eine bestimmte Entfernung von dem Deckel 22 der Kammer 20 erreicht hat. Hierfür kann beispielsweise ein Fühler 51a verwendet werden. Signale übertragende Vorrichtungen 52 verbinden den Fühler 51a mit dem Regler 53» der seinerseits durch die Vorrichtungen 54 Signale übermittelt, um das Zufuhrventil 27 zu schließen. Gleichzeitig setzt der Regler mittels der Signale übertragenden Vorrichtungen 54 das Gebläse 46 in Gang.

Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens wird das Sauerstoff enthaltende Gas nicht kontinuierlich in die Kammer 20 eingeführt,

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so daß die Menge des darin enthaltenden Gases ebenso wie sein Sauerstoffgehalt kontinuierlich abnehmen. Zu den Regelvorrichtungen gehört auch eine Vorrichtung zum Feststellen der Zusammensetzung des Gases in der Kammer, z.B. die Vorrichtung 55 zum Messen der Reinheit des Sauerstoffs. Nach Erreichen einer bestimmten unteren Grenze für den Gehalt an Sauerstoff wird ein Signal durch die Vorrichtungen 56 zu einem zweiten Regler 57 geleitet, der seinerseits eine Änderung des Zyklus in Gang setzt durch Abstellen des Gebläses mittels der Ubermittlungsvörrichtungen 58 und durch Offnen des Ablaßventils» 3k in der Ablaßleitung 33 mittels der Vorrichtungen 59» Das den. nicht verbrauchten Sauerstoff enthaltende Gas wird durch die Flüssigkeit verdrängt, die in der Kammer 20 aufsteigt. Wenn der Flüssigkeitsspiegel beinahe den Deckel 22 erreicht, wird der Flutschalter 60 betätigt, und übermittelt durch die Vorrichtung 6l ein Signal zum Regler 63· Dieser öffnet mittels eines Signals durch die Vorrichtungen 5^ das Zufuhrventil für das Gas und mittels Signalen durch die Vorrichtung 62 schließt er gleichzeitig das Ventil 34. Damit beginnt der zweite Belüftungszyklus. Sauerstoffhaltiges Gas strömt in die Kammer 20, bis der Flüssigkeitsspiegel den Fühler 51a erreicht hat, worauf die Verfahrensschritte in gleicher Weise fortgesetzt werden.

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Die Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform. Hierbei', wird' ein Gebläse 46 zum Umwälzen des Gases verwendet, um das Abgas mit dem nichtverbrauchten Sauerstoff am Ende jedes Zyklus aus der Belüftungskainmer 20 abzuziehen. Hierdurch sind mehr Anpassungsmöglichkeiten gegeben, um die Belüf tungskainmer 20 in dem Vorratsbehälter 11 für die Flüssigkeit unterzubringen, da der steigende Flüssigkeitsspiegel nicht benötigt wird, um das Abgas zu verdrängen. Das Regelsystem für den Gasfluß enthält einen Zyklusregler 37t der beispielsweise ein Zeitgeber oder ein Messer für die Reinheit des Gases zusammenmit einem Zeitgeber sein kann. Der legier 37 ist verbunden mit dem Abschlußventil 28 für die Gaszuführung und zwar durch Signalvorrichtungen 38, und ebenso mit dem Ablaßventil 34 in der Gasauslaß .33 durch Signalvorrichtungen 39· Die Gasableitungen 33 sind verbunden mit der Druckseite des Gebläses 46.

Während des Ablassens des Gases ist das Ventil 63 in der Umwälzleitung 48 für das Gas geschlossen, und das den nicht verbrauchten Sauerstoff enthaltende Gas wird mittels des Gebläses durch das Ventil 34 in der Leitung 33 i-ⁿ die Atmopphäre gefördert. Nach Abschluß dieses Verfahrensschrittes schließt die Regelvorrichtung 37 das Ablaßventil "}k mittels der Vorrichtungen 39 und öffnet gleichzeitig das Abschlußventil 28 mittels der Vorrichtungen 38 und das Ventil 63 zum Umwälzen des Gnses mittels tier

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Vorrichtung 64. Man kann einen bestimmten Gasdruck in dar Kammer 20 während des Mischens aufrechterhalten, wenn man das Regelventil 27 so verwendet, wie es bei der Vorrichtung nach Fig. beschrieben ist.

In den Fig. 1 bis 3 sind nur einzelne Belüftungskammern dargestellt und beschrieben. Es können aber auch in einem Vorratsbehälter mehrere Belütungskammern angeordnet sein. Diese können entweder in Parallelschaltung mit der gleichen Quelle für das Sauerstoff enthaltende Gas einzeln verbunden sein, odur sie
können an verschiedene Gasquellen angeschlossen sein. Alle Belüftungskammern können gleichmäßig betrieben werden. Man kann aber auch jede einzelne unabhängig von den anderen betreiben, z.B. mit verschiedenen Zeit für die Zyklen, mit verschiedenen Gehalten des Gases an Verunreinigungen, mit verschiedenen Umwälzgeschwindigkeiten der Gase, wenn man ein Gebläse 46 verwendet, und mit verschiedenen Energiezuführungen zu den einzelnen Mischvorrichtungen.

Eine solche Einstellvorrichtung kann besonders vorteilhaft
sein, wenn der Flüssigkeitsbehälter groß ist, da der Gehalt an BOD üblicherweise höher ist dort, wo das Abwasser eingelassen wird, und dementsprechend in dieser Zone auch der Sauerstoffbedarf höher ist.

_M1 / _t _ll

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203252s

Die Fig, 4 zeigt einen Flüssigkeitsbehälter 11 mit senkrechten Teilwänden 551 die vom Boden bis über den Flüssigkeitsspiegel reichen. Diese Teilwände bilden eine Reihe von Abteilungen, die durch Offnungen 66 miteinander verbunden sind.·* In jeder dieser Abteilungen können eine oder mehrere Belüftungskammern 20 angeordnet sein, die Oberflächenmischer 30 aufweisen, welche nach Fig, 1 von einem Elektromotor 31 angetrieben werden. Das Sauerstoff enthaltende Gas gelangt durch die Zweigleitungen aus einem Verteiler 67 in die beispielsweise vier Belüftungskammern, Die Zweigleitungen enthalten Regelventile 27» Abschluß— ventile 28 und Ablaßventile 34. Der Gasstrom vollzieht sich so, wie es in den Fig* 1 bis 3 dargestellt ist. Hierbei können natürlich auch an sich bekannte Änderungen vorgenommen werden. Das Abgas wird aus jeder Belüftungskammer durch das besondere Ablaßventil Jk abgelassen· Die mit Sauerstoff behandelte Suspension von Feststoffen in der Flüssigkeit fließt stufenweise von dem Abteil mit der Einlaßleitung 12 für das BOD enthaltende Wasser durch die Öffnungen 66 von einem Abteil zum anderen, und zwar über das Wehr 23 und die Leitung 14_o Beim Strömen der Flüssigkeit von einem Abteil zum anderen nimmt der Gehalt an BOD stufenweise ab» ·

Nachstehend soll die Behandlung von Abwasser in einer Vorrichtung entsprechend der Fig, 1 beschrieben werden. Hierbei wird ein städtisches Abwasser von 30 C in einem einstufigen Verfahren

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mit einem 99»5 Vol.-% Sauerstoff enthaltenden Gasgemisch bei konstantem Gasdruck behandelt. Ein einziger Oberflächenbelüfter, der mit 75 kW betrieben wird dient dazu, um 1,8 kg O je Kilowatt-Stunde zu verbrauchen. Ein besonderes Klärgefäß wird nicht verwendet, aber die aktive Biomasse läßt man als aktivierten Schlamm zwangsläufig nach Fig. 2 umlaufen. Der Alpha-Faktor, das Verhältnis der Fähigkeit der Belüftungsmasse zur Übertragung in gemischten Flüssigkeiten zu der Übertragung in reinem Leitungswasser wurd zu 0,90 angenommen. Der Beta-Faktor, das Verhältnis der Gleichgewichtskonzentration von gelöstem. Sauerstoff in der Flüssigkeit zu der in reinem Leitungsniwasser wurd zu 0,95 ange- , nommen. Der Belüfter ist in einer zylindrischen Kammer mit einem Durchmesser von 9»1 m und einer Höhe von 1,2 m, einschließlich des Gasraumes von 1,1 m Höhe, angeordnet. Der Inhalt der Kammer betrug 80 m . Diese Kammer war angeordnet in einem Vorratsbehälter für die Flüssigkeit von zylindrischer Form mit einem Durchmesser von 20 m, einer Höhe von 6,1 m und einem Fassungsvermögen von l4000 m .

Die Parameter für die biochemisches Oxydation gemäß dieses Beispiels sind in der Tabelle I zusammengefaßt. Sie sind typisch für ein Verfahren zur Behandlung von städtischem Abwasser mit großen Mengen von aktiviertem Schlamm.

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Zugeführtes BOD Abgeführtes BOD Durchgeführte Menge

Sauerstoffνerbrauch Gesclivrindxglceit

kg Verbrauch ;es O ■/■ kg entferntes BOD

Zugeführte Flüssigkeiten Konzentrationen

°2

^N2

^C02

Zufuhrzeit für die zu behandelnde Flüssigkeit

Gesamtdauer des Zyklus (Belüftung + Ablassen)

Belastung mit BOD

Tabelle I

24O ppm 25 ppm 6Ο5ΟΟ in"³ täglich

200 ppm/Std. 0,70

0 ,0 ppm 13,2 ppm 0,39 ppm

Minuten

6,8 kg BOD/ täglich 1000

Die Fig. 5 und 6 zeigen die Beziehungen zwischen verschiedenen Variablen des Verfahrens und des Verhaltens in der Zeit für eine 58 %lge Absorption des Sauerstoffs und eine Mischzeit des Zyklus von 50 Minuten. Fig. 5 zeigt den molaren Anteil der Gasphase (linke Ordinate) und der flüssigen Phse (rechte Ordinate) an Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendioxyd. Man sieht, daß der Partialdruck des Sauerstoffs während der ersten wenigen Minuten der Belüftung schnei]- abnimmt, wobei der Partialdruck det; Kohlen.— '

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IZ

dioxyds schnell zunimmt. Da aber glücklicherweise Kohlendioxyd etwa 35-mal mehr löslich ist, in der BOD enthaltendem Wasser und Biomasser enthaltenden Flüssigkeit als Sauerstoff, sq^ird schnell ein Gleichgewicht erreicht, und zwar bei dem verhältnismäßig niedrigen Partialdruck des Kohlendioxyds von etwa O,lA. Das bedeutet, daß ungeachtet der laufenden Bildung von zusätzlichem Kohlendioxyd durch die biochemische Umsetzung, die Konzentration des Belüftungsgases an Kohlendioxyd nach den ersten wenigen Minuten praktisch konstant bleibt. Sein Einfluß auf den Partialdruck des Sauerstoffs wird daher verringert. In Gegensatz zum Kohlendioxyd nimmt der Gehalt des Belüftungsgases an Stickstoff stufenweise in dem Maße zu, wie der Gehalt an Sauerstoff abnimmt. Der Zyklusschritt wird beendet, wenn der Partialdruck des Sauerstoffs soweit herabgesunken ist, daß er nicht mehr wirksam von der Flüssigkeit verbraucht wird. Bei diesem Beispiel liegt der Partialdruck des Sauerstoffs nach Beendigung des 50-minütigen Zyklus bei 0,58 oder kk cm Hg bei Atmosphärendruck. Innerhalb von etwa 3 Minuten wird zur Beendigung jedes Zyklus das unverbrauchte Sauerstoff enthaltende Gas abgelassen·

Der Gehalt der flüssigen Phase an Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendioxyd ändert sich ebenfalls erheblich während jedes Zyklus. Der Gehalt an gelöstem Sauerstoff nimmt bei Beginn

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3?

des Zyklus sehr schnell zu, ντο auch der Partialdruck des Sauerstoffs und daher seine Übertragungsgeschwindigkeit auf die Flüssigkeit hoch sind. Der Gehalt an gelöstem Sauerstoff erreicht ein Maximum von etwa 5»9 ppm nach etwa IQ Minuten. Dann nimmt er allmählich ab, bis zu etwa dem ursprünglichen Gehalt an gelöstem Sauerstoff am Ende des Mischens. Die Gehalte an gelöstem Stickstoff und gelöstem Kohlendioxyd ändern sich in umgekehrter Art wie der Gehalt an gelöstem Sauerstoff,weil diese beiden ersteren Gase anfangs in sehr großen Mengen aus der Flüssigkeit desorbiert werden, und zwar wegen der hohen Absorption von Sauerstoff, und später in notwendiger Weise kleineren Geschwindigkeiten während der restlichen Zeit des Zyklus. Da in diesem Beispiel periodische gleichmäßige Bedingungen dargestellt sind, sin.d die Konzentrationen der flüssigen Phase und der Gasphase beim Beginn und der Beendigung jedes Zyklus gleich.

Die Fig. 6 zeigt die gleichzeitigen Änderungen der Zuführungsgeschwindigkeit von Sauerstoff (Kurve A) der Übertragung des Sauerstoffs in die Flüssigkeit (Kurve D) und den Anteil der Absorption des Sauerstoffs während des'Mischens (Kurve C), Die -Zuführungsgeschwindigkeit von Sauerstoff liegt anfänglich bei Null und steigt schnell bis zu einem Maximum auf, worauf sie schnell und allmählich abnimmt. Die Zuführungsgeschwindig-

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keit des Sauerstoffs ist anfänglich beim Beginn des Zyklus Null, weil sehr große Mengen von CO desorbiert werden. Hierbei sei auf die Fig. 5 verwiesen. Diese Bedingungen herrschen aber nur während etwa 30 Sekunden, der Druck in der Belüftungskammer nimmt zu und die Änderungen des Flüssigkeitsspiegels können vernachlässigt werden.

Die Tabelle II beschreibt die Parameter bei der Oxydation und vergleicht sie mit dem Belüften mit Luft bei einem gleichen Gehalt der gemischten Flüssigkeit an gelöstem Sauerstoff.

Tabelle II

Absorption des Sauerstoffs % 85

Dauer des Mischens im Zyklus (Min.) 5°

kg 0 je Kilowatt/Stdo 5,27

Zusammensetzung der flüssigen Phase

Sauerstoff ppm ^,00

Stickstoff ppm 3,87

Kohlendioxyd ppm 19ο"

Energieausbeute beim Behandeln

mit Luft bei derselben Zusammensetzung

der Flüssigkeit und demselben Gehalt

an gelöstem Sauerstoff

kg O_n je Kilowatt/Std. 0,9

Energieausnutzung beim Belüften mit Luft bei derselben Zusammensetzung der Flüssigkeit und einem Gehalt von 2,0 ppm an gelöstem Sauerstoff

0 je Kilowatt/Std. 1,2.

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3?

Die Tabelle II zeigt, daß wenigstens 85 % des Sauerstoffs absorbiert werden, während im Vergleich zur Luft unter sonst gleichen Bedingungen die zugeführte Energie etwa 5-¹¹¹^l besser ausgenutzt wird. Bezüglich eines Gehaltes von 2,0 ppm an gelöstem Sauerstoff, der charakteristisch ist für das Behandeln mit Luft, wird eine viermal bessere Ausnutzung der Energie erreicht. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird also eine wesentlich höhere Absorption des Sauerstoffs ermöglicht, und beim Behandeln von beispielsweise städtischem Abwasser wird die Energie weitaus besser ausgenutzt.

Bei Verwendung mehrerer einzeln betriebener Belüftungsgefäße in einem einzigen Behälter für die Flüssigkeit werden Schwankungen der Konzentrationen der flüssigen Phase an Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendioxyd gemäß Fig. 5 wesentlich gedämpft, und es wird eine gleichmäßigere Zusammensetzung der Flüssigkeit erhalten. Die Tabelle II zeigt auch, welche Zusammensetzungen der Flüssigkeit in einem System mit mehreren Belüftungsgefäßen erhalten wird. Die Angaben der Tabelle II über die Ausnutzung der Energie sind ebenfalls gültig für Anlagen mit mehreren Belüftungsgefäßen.

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Claims

Patentansprüche

1.) Verfahren zum Behandeln von biochemisch oxydierbares Material (BOD) enthaltendem Wasser durch zyklische Behandlung mit Sauerstoff in Berührung mit einer bakteriell aktiven Biomasse, dadurch gekennzeichnet, daß man in einem ersten Zyklus ein erstes Gemisch aus dem BOD enthaltenden Wasser .und der Biomasse mit einem ersten wenigstens 50 Volumprozent Sauerstoff enthaltenden Gas bei einem Partikaidruck des Sauerstoffs von wenigstens 37,8 cm Hg in einer Kammer wenigstens 10 Minuten lang mischt und hierbei soviel Energie aufwendet, daß wenigstens 6090 des Sauerstoffs von der Flüssigkeit aufgenommen werden und das Gas nur noch 10 bis 70 Volumprozent Sauerstoff, aber weniger als das zugeführte Gas, enthält, und der Partikaldruck des Sauerstoffs in ihm bei wenigstens 7,6 cm Hg liegt; daß man das Gas aus der Kammer abzieht; daß man in die Kammer ein zweites Gas mit wenigstens 50 Volumprozent Sauerstoff und einem Partikaidruck des Sauerstoffs von wenigstens 37,8 cm Hg und ein zweites Gemisch von BOD enthaltendem Wasser und Biomasse, das wenigstens zum Teil aus dem im ersten Verfahrenszyklus behandelten Gemisch besteht, einführt und dieses Gemisch von Gas und Flüssigkeit wenigstens 10 Minuten lang unter Aufwendung von soviel Energie mischt, daß wenigstens 60% des Sauerstoffs von der Flüssigkeit

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aufgenommen werden und das Gas nur noch 10 bis 70 Volumprozent Sauerstoff, aber weniger als das zugeführte Gas, enthält, und daß der Partikaidruck des Sauerstoffs in ihm bei wenigstens 7,6 cm Hg liegt und daß man das den nicht verbrauchten Sauerstoff enthaltende Gas aus der Kammer abzieht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ze i c h η e t, daß man nach jedem Verfahrenszyklus das Gemisch von Flüssigkeit und Feststoffen aus der Kammer abzieht. ,

3. Verfahren nach Anspruch 1 ο d e r 2, d a d u r c h

g e k e η η ζ e i c h η e t, daß man während jedes Verfahrenszyklus zusätzlich BOD enthaltendes Wasser und Biomasse in die Kammer einführt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3₍ dadurch

ge k e η η ζ e i c h η e t, daß man die Biomasse konzentriert und in einer solchen Menge in den ersten Verfahrenszyklus zurückführt, daß das Flüssigkeitsgemisch wenigstens 3000 ppm suspendierte flüchtige Feststoffe (MLVSS) enthält.

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5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4> d a d u r c h gekennzeichnet, daß man nach Vollendung eines Verfahrenszyklus beim Ablassen des Gases die Kammer praktisch vollständig mit der Flüssigkeit füllt, durch Einführen des ersten Behandlungsgases die Flüssigkeit aus dem oberen Teil der Kammer verdrängt und das Mischen erst dann beginnt, wenn der Flüssigkeitsspiegel in der Kammer eine bestimmte Höhe erreicht hat.

D. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d ad u r ch gekennzeichnet, daß man einen Teil des ersten Behandlungsgases erst während des Mischens beim ersten Verfahrenszyklus einführt.

7. Verfahren nach Anspruch 6,dadurch geken nzeichnet, daß man während des Mischens beim ersten Verfahrenszyklus nur soviel des ersten Behandlungsgases zusätzlich einführt, daß ein konstanter Druck und ein konstantes Volumen des Gases in der Kammer aufrechterhalten werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7 t d a d u -r c h gekennzeichnet, daß man das untere Ende der Kammer in Verbindung mit einem Flüssigkeitsbehälter hält und das Ablassen des Gases aus der Kammer durch Erhöhung des hydrostatischen Druckes bewirkt.

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9· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8i dadurch

g e k en η ζ e i c h η et, daß φβη das aus der Flüssigkeit entwickelte Gas kontinuierlich umlaufen läßt und in die
Flüssigkeit zurückführt. ·

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 , d a d u r c h
g e k e η η ζ e i c h η e t, daß man das Sauerstoff enthaltende Gasgemisch in einer Menge von 0,06 bis 0,30 kgMol O
je Kilowattstunde der zum Mischen aufgewendeten Energie
zuführt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis, lO, d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t, daß man das Sauerstoff enthaltende Gasgemisch in einer Menge von 0,08 bis 2,0 1 0 je
Liter Flüssigkeit zuführt_o

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h
g e ken η ζ ei c h η et, daß man ein Gasgemisch mit wenigstens 90 Vol,-% Sauerstoff verwendet, das Mischen wenigstens 20 Minuten lang fortsetzt, wenigstens 75 % des Sauerstoffs verbraucht und ein Abgas mit ^tO bis 60 VoI ·-%
Sauerstoff abzieht.

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Ho

13· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einem Behälter für die Lagerung der zu behandelnden Flüssigkeit, einer Quelle für Sauerstoff enthaltendes Gas, einer Behandlungskammer mit einer bis unter den Flüssigkeitsspie_öel reichenden Wandung, unterhalb welcher die Flüssigkeit in Verbindung steht mit dem Behälter für die Lagerung der zu behandelnden Flüssigkeit, mit einem gasdichten Deckel, einer Zufuhrleitung zwischen der Quelle für das Sauerstoff enthaltende Gas und der Behandlungs kammer, Mitteln zum Mischen des Sauerstoff enthaltenden Gases und der Flüssigkeit in der Behandlungslcainmer, und einer ein Ventil enthaltenden Ablaßleitung für das Gasgemisch, aus dem oberen Teil der Behandlungskammer, gekennzeichnet durch ein Regelventil in der Einlaßleitung für das Gasgemisch, durch welche ein bestimmter Gasdruck in der Behandlungslcainmer aufrechterhalten wird, ein Absperrventil in dieser Gasleitung, Mittel zur Feststellung des Gasdruckes in der Behandlungskammer, Mittel zur Übertragung von Signalen von diesen zum Regelventil,

und Regelvorr ichtungen zum gleichzeitigen Schließen des

Absperrventils und Öffnen des Gasablaßventils und anschließendes gleichzeitiges Schließen des Gasablaßventils und Öffnen des Absperrventils.

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l4. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen unter der Flüssigkeitsoberfläche angeordneten Gasverteiler und ein mit der Saugseite mit dem oberen Teil der Behandlungskammer und mit der Druckseite mit dem Gasverteiler in Verbindung stehendes Gebläse.

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