DE2210293A1

DE2210293A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Klärung von Abwässern

Info

Publication number: DE2210293A1
Application number: DE19722210293
Authority: DE
Inventors: Mikkel G. Neenah Wis. Mandt (V.SLA.)
Original assignee: Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Corp
Priority date: 1971-03-01
Filing date: 1972-02-29
Publication date: 1972-09-14
Also published as: ZA721345B; US3733263A; FR2128480A1; CA968890A

Description

EIKENBERG & BRÜMMERSTEDT PATENTANWÄLTE IN HANNOVER KimberIy-Clark Corporation 240/534 Verfahren und Vorrichtung zur Klärung von Abwässern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Abfallstoffe enthaltenden Flüssigkeiten zwecke Verminderung des biochemischen Sauerstoffbedarfs (B.0.Di) und schwebender Feststoffe.

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In letzter Zelt sind erhöhte Anstrengungen hinsichtlich der Entwicklung von Verfahren und Vorrichtungen zur Behandlung häuslicher und/oder industrieller, verunreinigende Stoffe enthaltender Abfälle, die nachfolgend allgemein als Abwässer bezeichnet werden, unternommen worden. Sa die Mengen dieser erzeugten Verunreinigungen ständig ansteigen, hat man erkannt, daß es absolut notwendig ist, die Wasserlaufe rein zu halten und die Verunreinigungen aus den in die Seen und Plusse geleiteten Abflüssen zu entfernen.

Die beiden am meisten verwendeten Kennwerte für die Wasserqualität sind der biochemische Sauerstoffbedarf (B.O.D.) und schwebende Feststoffe. Im Idealfall sind bei dem behandelten Abfluß beide Faktoren auf ein Maß verringert, das nicht höher ist als beim zuströmenden Wasser. B.O.D. betrifft den für den biologischen Abbau erforderlichen Sauerstoff, während die · schwebenden Feststoffe ein Maß für die im Abwasser enthaltene, in Partikeln auftretende Materie ist.

Allgemein gesprochen kann zwischen einer anaeroben und aeroben Abwasserbehandlung unterschieden werden. Sie anaerobe Behandlung erstreckt sich über einen langen Zeitraum und erfordert eine Abwicklung in einem geschlossenen biochemischen System, bei der übelriechende Gase wie H₂S erzeugt werden. Eine solche Behandlung ist daher hauptsächlich nur In Systemen mit kleiner Kapazität, beispielsweise in Booten, Wohnwagen, Faulbehältern usw. brauohbar. Andererseits erfordert die aerobe Behandlung eine höh· Oxydatlonsrate des Abwassere, während dieses lebenden

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aeroben Mikroorganismen mit einer günstigen Umgebung für den Abbau des B.O.D. ausgesetzt wird. Aerobe biologische Behandlungen erfolgen prinzipiell entweder nach, dem Rieselfilterprinzij oder unter Verwendung aktivierten Schlammes. Beim Rieselfilterverfahren rieselt das Abwasser durch ein Bett aus Bruchsteinen, Schlacke, Schiefer oder synthetischen Kunststoffen, die auf ihrer Oberfläche biologischen Schlamm enthalten, der den organischen Gehalt in gewissem Ausmaß oxydiert. Bei dem Verfahren mit aktiviertem Schlamm wird das Abwasser üblicherweise in Anwesenheit von luft in Bewegung versetzt, so daß sich das bioligische Leben entwickelt und sich allmählich zu größeren Flocken suspendierter feststoffe und Mikrobenzellen, die als aktivierter Schlamm bekannt sind, aufbaut. In beiden Fällen wirken aerobe Mikroorganismen auf organische Abfallstoffe und zersetzen diese, wobei als Endprodukt CO₂₉ H₂O und biologisches Zellmaterial entsteht.

Ein Nachteil der aeroben Systeme liegt in der benötigten hohen Luftmenge· Wenn nicht eine fortwährende Mischung und Bewegung bei Vorhandensein von Sauerstoff erfolgt, werden die Mikroorganismen inaktiv, und es entwickeln sich unter Umständen anaerobe Bedingungen mit den zuvorerwähnten übelriechenden, und die Oxydation verzögernden Wirkungen. Saher werden je nach der Menge der zu behandelnden Abwässer und des dabei verwendeten Oxydationsverfahrens für einen ausreichenden Luftkontakt sehr große Oberflächen benötigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren

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und eine Vorrichtung zur aeroben biologischen Behandlung von Abwässern mittels Schlamm zu schaffen, das bzw. die nur eine geringen Raumbedarf erfordert und trotzdem für hohe Kapazitäten "beaeeaen werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurcr. gelöst, daß die die Abfallstoffe enthaltende Flüssigkeit auf

gekrümmten Bahnen bewegt wird, da£ in iie

sich bewegende Flüssigkeit ein sauerstoffreiches Gas und aktivierter Schlamm eingeleitet wird, daß ein Teil der Abwäsrer in eine mittlere Klärzone geleitet wird, in der sich der Sc lamm setzen kann, so daß oberhalb des Schlamms eine von schwebenden Feststoffen weitgehend freie Flüssigkeit verbleibt, daß dann die geklärte Flüssigkeit oberhalb des Schlamms abgeführt wird und das wenigstens ein Teil des abgesetzten Schlammes wieder der eich bewegenden Flüssigkeit zugeführt wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens darin, daß ein ringförmiger Kanal zur Aufnahme der Flüssigkeit und Mittel zur Erzeugung einer Bewegung der Flüssigkeit auf gekrümmten Bahnen in dem ringförmigen Kanal sowie Mittel zur Eiultung eines sauerstoffreichen Gases in den Kanal vorgesehen sind, daß im mitteren Teil des von dem ringförmigen Kanal gebildeten Kreises ein ringförmiger Klärbehälter angeordnet 1st, der eine Wand mit dem ringförmigen Kanal gemeinsam hat, und dafi die gemeinsame Wand am Boden eine öffnung für den gegenseitigen Ober-

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gang von Abfallstoffen vom Kanal zur Klärzone und von Sohlt d von der Klär zone zum Kanal besitzt.

Durch die Erfindung läßt sich, eine Verringerung des B.O.D. und der schwebenden Feststoffe in einem Bereich zwischen 70 i» bis 98 i> erreichen.

Übliche Systeme mit aktiviertem Schlamm bestehen aus einem Absetztank, einer Belüftungeinheit, einer Kläranordnung und einem Schlaramumlauf. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind diese !Delle zu einer einzigen, sehr wirksamen Einhei* integriert. Ferner besteht bei den bekannten Systemen die r;iih~ same Aufgabe, in periodischen Abständen angesammelten Schlaue aus schlecht vermischten oder mit zu niedriger leistung betriebenen Belüftungsbecken zu entfernen. Dieser Schlamm baut sich auf dem Boden des Beckens oder Behälters auf, und seine Entfernung erfordert häufig die völlige Außerbetriebsetzung des Systems. Aus diesem Grunde ist ein Auffangbehälter notwer^'g, oder der abfallerzeugende Prozeß muß gestqptwerden, wenn nicht eine andere Behandlungsmöglichkeit zur Verfügung steht. Im Gegensatz dazu erlaubt die erfindungßgemäße Vorrichtung, die Feststoffe vollständig bei einer sehr geringen Eingangsleistung in der Schwebe zu halten, in^dem der Boden des Belüftungetanks mit Hilfe von einer oder mehreren rotierenden Ejektorreihen periodisch durchfahren und damit gereinigt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung bedeuten}

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Fig. 1 eine perspektivische Barstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur aeroben Behandlung von Abwässern;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine geschnittene Teilansicht des in Betrieb befindlichen Systems mit Darstellung der Verteilung der Feststoffe;

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine ähnliche Vorrichtung mit mehreren Ejektorreihen und

Fig. 5 eine für die erfindungegemäßte Vorrichtung verwendbare Ejektoranordnung.

Bei dem AusfUhrungsbeispiel gemäß Fig. 1 enthält die allgemein mit 13 bezeichnete Vorrichtung einen ringförmigen¹ Kanal, der mit einer Kläranordnung in Verbindung steht, die sich innerhalb des durch den Kanal gebildeten Ringes befindet* Aus Fig. 2 und 3 ist ersiohtlich, daß die Abwässer 11 zunäohst in den ringförmigen Kanal 10 am Punkt 12 eintreten. Von einem Kompressor 46 erzeugte Durckluft wird über eine Leitung 14 durch Ejektoren 16 mit einem Druck eingeleitet) der etwa gleich der Wassersäule auf den eingetauchten Ejektoren 16 ist. Die Ejektoren 16 sind über eine Leitung 15 an eine Pumpe 44 angeschlossen und innerhalb des Kanäle 10 mittels einer geeigneten Vorrichtung, zum Beispiel an einem Arm oder an einer Brüoke 18

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gelagert, die auch die Leitung H trägt.

Der Arm ist drehbar an einem Drehkopf 20 gelagert und läuft mittels eines Rades 23, das von einer üblichen Kraftquelle, beispielsweise einem Motor 21 angetrieben werden kann, auf einem Rand 19. Stattdessen kann aber die Leistung zur Drehung der Brücke 18 um den Drehkopf 20 ganz oder teilweise aus der Reaktionskraft der Luft und des Wassers von den Ejektoren 16 abgeleitet werden, die ebenfalls ein Moment auf die Abwässer 11 innerhalb dee Kanals ausüben. Der Kanal 10 umgibt vollständig eine Kläranordnung 22, die kegelstumpfförmig ausgebildet ist und an beiden Enden offen ist, wobei die kleine Öffnung 24 Iß der Nähe des Bodens des Kanals 10 liegt. Die komische Wand 26 trennt den Kanal 10 vom Inneren der Kläranordtmiüg 22 und iet auf einer Reihe von Zwischenwänden 28 gelagert, Auf diese Weisa wird die Strömung zur Kläranordnung in geeignetem Weise verteilt.

Ein Klärrechen 30 und Abstreifer 32 eind drehbar am Drehkopf 20 gelagert und dienen zum Abstreifen und Abführen von Ansammlungen an der Oberfläche des Schlammes· Eine Leitung 34 dient zur Entfernung des von übt Oberfläche der Kläranordnung entfernten Abhubes und Rückgabe ±τα den Kreislauf zum Kanal 10, während die Leitung 36 an eine nicht dargestellte Pumpe angeschlossen ist, um Schlamm void Boden der Oäranorüuung 22 zu entfernen. Die überwiegende Menge des Schlamms wird jedoch - wie in Pig. 3 zu erkennst ist - Te^ des Kläsaaosdnutsg 22 duroh die Öffnung 24 zum Kanal 1C att^ll^gsfiäarl^ τωύ swar ale Folge des Dlohtegradienten, der öuroh äes Ei¹Sb. ia übt Kläsanordoung

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anhäufenden Schlamm entsteht und den Schlamm in den Kanal
zwingt, wo er durch den kreis- und spiral- bzw. wendeiförmigen
Strom der Flüssigkeit aufgenommen wird.

In Figur 2 ist Ymr eine Reihe von Ejektoren 16 darge- ! stellt, jedoch hängt die Gesamtzahl der benötigten Ejektoren
von der Menge und der Eigenschaft des zu behandelnden Abwassers ab. Vorzugsweise haben die Ejektoren eine Doppelfunktionι Einmal führen sie Luft zu, die als.Sauerstoffquelle für den
zuvor erläuterten Oxydationsprozeß dient. Zweitens erzeugen , sie eine Bewegungskraft, um die Abwässerflüssigkeit in Bewegung : zu halten, damit die Schwebeteilchen daran gehindert werden,
sich im Kanal 10 abzusetzen. Sa die Flüssigkeit im Kanal 10 bei
der Rotation der Ejektoren 16 einer periodischen Bewegung unter-! worfen wird, kann die Gesamtgesohwindigkeit der Flüssigkeit ; in dem Kanal sehr gering sein und beispielsweise unter 30 cm ι pro Sekunde liegen.

Während des Betriebes setzt sich der Inhalt des Kanals
fortwährend in einen runden, spiral- bzw. wendeiförmigen Strom ' um, der auf sekundären Strömen beruht^ die infolge von Änderungen des FlüssigkeitsiEomentes induziert werden, wenn sich der
Strom in dem runden Kanal bewegt und an der äußeren Wand des
Kanals aufhäuft. Gemischte Flüssigkeit fließt unter der konischen Wand 28 hindurch und aufwärts durch eine Schlammdecke 38 (Fig.3)» die in der Kläratjordnursg 22 gebildet wird, während abgesetzter j Schlamm duroh die kombinierte Wirkung des Diohtegradienten und
des spiral- bzw. wendeiförmigen Strömungssohemas in den Kanal
10 zurüokgezwungen wird.

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Ein großer rotierender Räumer 33 üblicher Bemessung dient zur Verhinderung eines Aufbaus von Schlamm» Die Schlammdecke 38 entfernt schwebende Teilchen, die mit der Biomasse zusammenwirken und ein Teil von dieser werden. Der auf dem Boden der Kläranordnung abgesetzte Schlamm wird unterhalb der Zwischenwand 26 in den Kreislauf zurückgegeben oder zum Teil mit Hilfe eines Paddelräumers 35 aus einem mittleren Kanal 37 über eine Leitung 36 abgeführt. Im allgemeinen ist die Menge des abgeführten Schlammes sehr klein, und die überwiegende Mehrheit verbleibt im System. Hierdurch wird sichergestellt, daß das Maß des Wachstums der Mikroorganismen ausreichend bleibt, um die zugeführten Abwasser zu behandeln.

Die geklärte flüssigkeit wird vorzugsweise durch mehrere radiale Entwässerungsvorrichtungen 25- abgeführt» Diese Vorrichtungen bestehen aus Leitungen mit kleinen Öffnungen, die etwas oberhalb der Schlaramdecke 58 eingetaucht sind. Diese Leitungen saugen die Flüssigkeit in einen zentralen Ring 29, von dem sie durch ein Rohr 31 ausströmt.

Die genaue Lage der Ejektoren 16 hängt von zwei primären Bedingungen ab. Pur maximale Blasenkontaktselt und maximalen Oxydationseffekt sollten die Ejektoren so tief wie möglich im Kanal 10 angeordnet eein. Jedoch kann die Wirtschaftlichkeit hinsichtlich der Kompressorleistung eine Anordnung in größerer Nähe der Mitte erfordern. Wenn man tatsächlich die Ejektoren in der Nähe der Flüsaigkeitsoberfläohe anordnet und ale des Atmosphäre öffnet, können Gebläse vollständig entfallet· In

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diesem Falle wird beim Pumpen von Flüssigkeit durch die Ejektoren¹ ein Vakuum erzeugt, das Luft in eine innige Mischung mit der Flüssigkeit in den Ejektoren bringt. Gegebenenfalls kann die Blasenkontaktzeit dadurch erhöht werden, daß die Ejektoren in einem nach unten gerichteten Winkel verkantet werden.

In Fig. 2 sind die Ejektoren an einer Brücke 18 angebracht. Es können jedoch auch andere Vorrichtungen verwendet werden, beispielsweise Schwimmkörper, Pontons usw. Wenn mehrere Ejektorreihen 16 verwendet werden, wie beispielsweise in Fig. 4 dargestellt, wird vorzugsweise jede Reihe im gleichen Winkel zu den anderen Reihen in bezug auf den Mittelpunkt des durch den Kanal 10 gebildeten Kreises angeordnet, um eine gleichmässige Behandlung des Inhalts 11 des Kanals zu gewährleisten. Eine äußere Schiene oder ein Rand 19 dient zur Führung der Träger 42 und der Räder 23 bei der Drehbewegung. Aus Zweckmäßigkeitsgründen können die Pumpe 44 und das Gebläse 46 in der dargestellten Weise zentral angeordnet werden, um die Rohrleitungskosten und den Druckverlust zu verringern. Bei Verwendung dieser Anordnung wird vorzugsweise auch ein zentraler Sumpf (in Fig. 4 mit 56 bezeichnet) benutzt, um den Zustrom aufzunehmen, der dann in üblicher Weise durch Ejektoren zum Kanal 10 gepumpt wird.

Das Beispiel eines Ejektorβ ist schematisch in Fig. 5 dargestellt. Diese Ejektoren sind übliche Vorrichtungen, die auoh allgemein als Lufteduktoren oder Belüftungsdüsen bezeiohnet werden und im allgemeinen aus einem Einlaß 43 zu einer inneren Mischkammer 50, einem Lufteinlaß 14 und einer Auslaß- düse 54 bestehen. Ein Sohirm 55 verhindert, daß größere Feet-

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körperteile das System verstopfen. Die Luft wird mit der Abwasserflüssigkeit in der Mischkammer gemischt, wo ein kleinerer Teil des Sauerstofftranfers stattfindet. Das Gleichgewicht tritt im wesentlichen ein, wenn die von der Düse entlassenen kleinen Blasen 25 in dem Belüftungskanal zirkulieren.

Übliche Niederdruckwasserpumpen und Kompressoren sind verfüg! ii' und können je nach den Bemessungsbedingungen wie zum Beispiel llerdestärke und Luftkapazität ausgewählt werden. Vorzugsweise wird die Rohrausrüstung aus festen Kunststoffen hergestellt, "beispielsweise aus hoohdichtem Polyäthylen, Glasfaserverstärkten ■ Rohren oder Polyvinylchlorid. Jeäooli kömjsia auch andere Werkstoffe..einschließlich Sdeletaiil odes 3öliTHiedseise?3 verwendet werden, je nach^dem ob Korrosionswisfeag der au "b&<°> handelnden Abwässer oder andere Gesichtspunkts berücksichtig'!; werden müssen.

Es ist zwar oben insbesondere die Verwendung von Luft als oxydierendes Gas genannt worden, jedoch, können auch andere sauerstoffreich^ Gase wie auoh reiner Sauerstoff verwendet werden. Luft hat sich jedoch aus wirtschaftliches GritoöeB als besondere zweckmäßig erwiesen,

Die beschriebene Erfindung macht Gebrauch von einem hoch wirksamen Mischkacal bei geringes Ese?:giekosten_e Zuglelok stellt sie sicher, daß Pestiitoffa eich iletrfe irgeiiwo in dem Belüftungsbehälter absetzet», In l^tl^^miw sit äes InBeseii Eläs«»

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anordnung wird eine gleichmäßige Strömungeverteilung zur Sohlanodecke erreicht, wobei kein Schlamm außer dem abzuführenden Teil gepumpt werden muß. Im Ergebnis kann damit eine Abwasserbehandlung mit hoher Kapazität erfolgen, die äußeret raumsparend ist und trotzdem Verminderungen des B.O.D. und der schwebenden Festkörper bis zu 90 $> oder darüber ermöglicht.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1yVerfahren zur Behandlung von Abfallstoffe enthaltenden lüssigkeiten zwecks Verminderung des biochemischen Sauerstoffbedarfs (B.Ö.D.) und schwebender Feststoffe, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit auf gekrümmten Bahnen bewegt wird," daß in die sich bewegende Flüssigkeit ein sauerstoffreiches Gas und aktivierter I Schlamm eingeleitet wird, daß ein Teil der Abwässer in eine

I mittlere Klärzone geleitet wird, in der sich der Schlamm ! setzen kann, so daß oberhalb des Schlammes eine von schwe- ! benden Feststoffen weitgehend freie Flüssigkeit verbliebt, j daß dann die geklärte Flüssigkeit oberhalb des Schlammes ; abgeführt wird und daß wenigstens ein Teil des abgesetzten l Schlammes wieder der sich bewegenden Flüssigkeit zugeführt ! wird.

2. Verfahren naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet« daß ale

! Sauerstoffreiches Gas Luft verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Seil dee abgesetzten Schlammes abgeführt wird·

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eingegangen nm /O jz

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-+. Vorrichtung zur Behandlung von Abfallstoffe enthaltenden flüssigkeiten zwecks Verminderung des biochemischen Sauerstoffbedarfs (B.O.D.) und schwebender Feststoffe, dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiger Kanal (10) zur Aufnahme der Flüssigkeit und Mittel zur Erzeugung einer Bewegung der Flüssigkeit auf gekrümmten Bahnen in dem ringförmigen Kanal so wie Mittel zur Einleitung eines sauerstoffreichen Gases in den Kanal vorgesehen sind, daß im mittleren Jeil des von dem ringförmigen Kanal gebildeten Kreises ein ringförmiger Klärbehälter (22) angeordnet ist, der eine n&uä (2o) mit dem ringförmigen Kanal gemeinsam hat, und daß die gemeinsame Wand am Boden eine Öffnung (24) für den gegenseitigen Übergang von Abfallstoffen vom Kanal zur Klärzone und von Schlamm von der Klärzone zum Kanal besitzt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, dais der Klärbehälter (22) kegelstumpfförmig ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Abführen und Vernichten von Schlamm vom Boden der Klärzone vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet« daß die Graseinleitungsmittel aus mehreren drehbar gelagerten Ejektoren (16) bestehen, die zugleich der Flüssigkeit in dem Kanal eine Bewegung erteilen.

8. Vorrichtung nach Anspruoh 7, dadurch gekennzeichnet, aaß die Ejektoren (16) in Form mehrerer drehbarer Reihen angeordnet sind.

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