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Verfahren und Einrichtung zum Sauerstoffeintragin
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Langzei t-Abwas ser-Reinigungs anlagen Die Erfindung betrifft ein
Verfahren und eine Einrichtung zum Sauerstoffeintrag bei Iangzeit-Abwasser-Reinigungsanlagen
mit belebtem Schlamm und Denitrifikation, wobei das zu reinigende Abwasser mit dem
Belebtschlaem in einem Belüftungsbecken mit kreis- oder kreisringförmigem Horizontalquerschnitt
vermischt belüftet wird und das gereinigte Abwasser anschließend über ein Nachklärbecken
einem Vorfluter zugeleitet wird.
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Bei solchen Anlagen wird das Abwasser belüftet, um eine Nitratbildung
zu erreichen und damit wesentliche Verschmutzungsanteile zu binden. Die Nitrate
müssen anschließend aus dem Abwasser entfernt werden, da sie andernfalls als Dünger
wirken und im Vorfluter zu unerwünschter Verschlammung führen würden, Um dem zu
begegnen, wurden bereits in Umlaufbecken durch Steuerung der Belüftung sauerstoffarme
Zonen geschaffen, in denen das Nitrat in Stickstoff und Sauerstoffionen zerlegt
wird, da die Mikroben ihren Sauerstrombedarf in solchen Zonen aus der Zerlegung
der #Nitrate decken. Es wird also auf diese Weise eine Denitrifikation erreicht
und ein ttbertritt der Nitrate in den Vorfluter verhindert.
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Bei den bekannten Verfahren kann es vorkommen, daß die zugeführte
Luftmenge leicht in unwirtschaftlicher Weise über das n#otwendige Maß hinausgeht,
so daß die Denitrifikation unvollständig wird. Infolgedessen können noch erhebliche
Nitratmengen in den Vorfluter gelangen und dort die genannten Schäden verursachen.
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Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst
die Aufgabe, ein Verfahren und eine Einrichtung der eingangs genannten Art anzugeben,
durch das bzw. durch die es ermöglicht wird, den Sauerstoffeintrag so ZU steuern,
daß dieser dem wirtschaftlichen Optimum entspricht und trotzdem eine weitestgehende
Beseitigung der Nitrate erreicht wird, wobei die waßserlöslichen Stickstoffverbindungen,
die sich aus dem Abbau der organischen Substanzen des Abwassers ergeben, soweit
weiter abgebaut werden sollen, daß neben einer guten Reinigung der Stickstoff aus
dem gereinigten Abwasser in die Atmosphäre austritt und dabei noch der Sauerstoff
der abgebauten Stickstoffverbindungen für die Reinigung nutzbar gemacht wird.
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Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin
zu sehen, daß nur soviel Sauerstoff eingetragen wird, der gerade ausreicht, um die
Stickstoffverbindungen des zu reinigenden Abwassers zu nitrifizieren und unter Ausnutzung
des Sauerstoffs aus den Nitraten einen weiteren Abbau und eine Ausscheidung des
Stickstoffs aus dem Abwasser zu erreichen, wodurch eine weitgehende, gute Reinigung
des Abwassers in wirtschaftlichster Weise erreicht wird.
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Der Zyklus Nitrifisierung in der belüfteten Zone und Denitrifizierung
in einer sauerstoffarmen nachfolgenden Zone wiederholt sich bei jedem Umlauf des
Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches. Dabei wird ein Ansammeln des Nitratgehalts vermieden
und in vielen, sich hintereinander wiederholenden Reinigungsstufen erreicht, daß
das abfließende gereinigte Abwasser noch einen gewissen Sauerstoffgehalt, jedoch
nur Spuren von Ammonium und Nitrat aufweist.
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In jedem Umlauf des Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches wird der Nitratgehalt
also einmal geringfügig erhöht, Jedoch das Nitrat bei jedem Umlauf auch wieder durch
den Belebtschlamm zersetzt. Das Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch wird daher durch
viele Umläufe immer mehr in seinen Schmutzstoffen abgebaut, gereinigt und verdünnt,
so daß ein gereinigtes Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch entsteht, was in Bezug auf
den Zulauf eine sehr weitgehende Verdünnung darstellt, und der Abfluß aus dem Belüftungabecken,
der weitgehend gereinigt ist, wenig Nitrate, wenig Sauerstoff und fast kein Ammonium
enthält.
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Da aber eine solche Anlage durch die laufenden Änderungen des schmutz-
und mengenmäßig wechselnden Zulaufs im Betrieb nicht störungsfrei betrieben werden
kann, wird zusätzlich zu einer ersten Sonde (Minimal-Sonde), eine zweite Sonde (Kontroll-Sonde)
innerhalb des Belftungsbeckens eingesetzt, die mit der Beckenwand fest verbunden
ist. Diese mißt den Sauerstoffgehalt und zeigt an, daß ein - wenn auch sehr niedriger
- Sauerstoffgehalt vorhanden ist. Die genannte Sonde wird am zweckmäßigsten nach
mindestens etwa dem halben Beckenumfang gerechnet von der Belüftung im Sinne des
umlaufenden Abwasser-Belebt-
schlamm-Gemisches fest eingebaut. ist
der Sauerstoffgehalt bei dieser zweiten Sonde (Kontroll-Sonde) zu lange Zeit auf
Null abgesunken, dann steuert die Sonde den Antrieb der Drucklufterzeuger stufenlos
höher, bis diese Sonde (Kontroll-Sonde) wieder Sauerstoff anzeigt.
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Die zweite Sonde (Kontroll-Sonde) kann aber auch die Antriebseinrichtungen
für die umlaufende Bewegung des Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches zu einer geringeren
oder größeren Umlaufgeschwindigkeit stufenlos steuern. Durch das Zusammenspiel dieser
beiden Sonden, wobei die zweite Sonde (Kontroll-Sonde) bei zeitweiliger Überhöhung
der Wassermenge und Verschmutzung die erste Sonde (Minimalsonde) vorübergehend überlagert,
wird erreicht, daß der für die vollständige Nitrifikation erforderliche Sauerstoff
optimal eingetragen und der somit entsXhende Nitratsauerstoff durch die Schlammatmung
anschließend optimal verbraucht wird.
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Dieses Verfahren kann für Belebungsbecken von kreis-oder kreisringförmigem
Horizontalquerschnitt, und zwar sowohl mit feststehender als auch mit umlaufender
Belüftung verwendet werden, wobei ein zweiter Antrieb für den Umlauf des Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches
vorgesehen ist.
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Dieses Verfahren läßt sich jedoch in der Praxis vorzugsweise am wirtschaftlichsten
und betriebssichersten bei Belebungsbecken mit einer umlaufenden Belüftungsbrücke,
von welcher aus die Belüfter gemäß den DE-AS 17 84 469 und 26 47 920 bis kurz oberhalb
der Beckensohle michen, gut durchführen. Der Unterschied in bezug auf die Sonden
ist jedoch beim Belebungsbecken mit umlaufender Brückenbelüftung der, daß
die
erste Sonde (Minimalsonde) am Ende der Belüftungsfläche hinter der Belüftungsbrücke,
bezogen auf die Umlaufrichtung, oder unmittelbar hinter der Belüftungsbrücke vorgesehen
sein muß. Sie kann hierzu an der Brücke befestigt sein und mit der Brücke umlaufen.
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Die zweite Sonde (Kontroll-Sonde) kann bei Brückenbelüfti#ng, mit
der auch das Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch gleichzeitig in Umlauf versetzt wird,
in jedem beliebigen Teil des Belüftungsbeckens, vorzugsweise an der Außenwand in
der zweiten Beckenhälfte hinter dem Zulauf befestigt werden.
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Die Sonden haben den Zweck, mit dem möglichst niedrigsten Sauerstoffgehalt
das Abwasser reinigen zu können, wodurch eine Stromeinsparung für die Belüftung
und darüber hinaus auch der im Nitrat gebundene Sauerstoff dafür nutzbar gemacht
und der Vorfluter von einer nachteiligen Düngung verschont wird.
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Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen
und der nachstehenden Erläuterung der Zeichnung.
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In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise
dargestellt: Es zeigen: Fig. 1 ein kreisringförmiges Belüftungsbecken in Ansicht
von oben und Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 abgeänderte Ausführungsform.
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Das in dem kreisringförmigen Belüftungsbecken 1, dessen Zulauf mit
Z und dessen Ablauf mit A bezeichnet ist, befindliche Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch
wird durch eine von einem oder mehreren nicht dargestellten Luftförderern gespeiste
Belüftungseinrichtung B belüftet.
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Das im Becken 1 enthaltene Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch wird des
weiteren durch eine Förderenrichtung P in eine durch zwei Pfeile veranschaulichte
umlaufende Bewegung versetzt. Sowohl die Fördereinrichtung P als auch die Luftfö.rderer
sind stufenlos regelbar, wobei zwei vorzugsweise als Elektrosonden ausgebildete
Sauerstoffmeßsonden SI und SII zur Steuerung der Antriebsmotore bzw. der Leistung
der Fördereinrichtung P und der Luftförderer, d.h. zur Steuerung der Umlaufgeschwindigkeit
des Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches und der in das Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch
eingetragenen Luftmenge pro Zeiteinheit vorgesehen sind.
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Bei der Ausfübrungsform nach Fig. 1 besteht die Belüftungseinrichtung
B aus auf der Sohle des Beckens 1 angeordneten ortsfesten Belüftern. Dabei sind
getrennt davon als Fördereinrichtung P an einer feststehenden Brücke 2 od.dgl. angeordnete
Propeller od.dgl. vorgesehen. Statt dessen kann als Fördereinrichtung auch aine
um den Mittelpunkt M des Beckens umlaufende Brücke vorgesehen sein, an der ein nicht
dargestelltes, in das Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch tauchendes, sich quer zur Umlaufrichtung
erstreckendes Stausdtld od.dgl. angeordnet ist.
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Weiterhin ist bei der Ausführungsform nach Fig. 1 die erste Meßsonde
SI am Ende der Belüftungszone oder kurz dahinter bezogen auf die Strömungsrichtung
des Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches und die zweite
Sonde SII im
anschließenden sauerstoffarmen Bereich angeordnet. Die zweite Sonde S II befindet
sich dabei in einem Abstand von mindestens etwa dem halben Beckenuifang vnn der
Belüftungseinrichtung B. Beide Sonden SI und SII sind ortsfest im Belüftungsbecken
1 angeordnet, und zwar durch Verbindung mit der Außenwand 4 des Beckens.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 besteht die Belüftungseinrichtung
B aus an einer in Pfeilrichtung um den Beckenmittelpunkt M umlaufenden Brücke 3
angeordneten, mit geringem Abstand über der Beckensohle befindlichen Belüftern,
wodurch gleichzeitig die Wirkung einer hier überflüssigen besonderen Fördereinrichtung
P ausgeübt, d.h. das Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch in umlaufende Bewegung versetzt
wird. Die erste Sonde SI ist dabei Jedoch nicht fest mit der Becken-Außenwand 4
verbunden, sondern an der umlaufenden Brücke 3,und zwar#bezogen auf die Umlaufrichtung
der letzteren kurz hinter den Belüftern der Belüftungseinrichtung B angeordnet.
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Die Sonde SI läuft also mit der Brücke 3 um.
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Die zweite Sonde SII ist wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 fest
im Becken # und zwar bezogen auf die Strömungsrichtung des Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches
vor dem Ablauf A des Belüftungsbeckens 1 angeordnet.
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Den Sonden SI und SII sind noch nicht dargestellte geeignete Schalt-
und Schreibgeräte zugeordnet.
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In Fig. 1 ist die Sonde SI (Minimalsonde) bezogen auf die Umlaufrichtung
des Abwasser#Belebtschlamm-Gemisches hinter den feststehenden Belüftern der Belüftungseinrichtung
B vorgesehen, wobei die Sonde g einen vorbestimmten niedrigsten Sauerstoffgehalt
aufrechterhält, wie er sich nach Erfahrungen im umlaufenden Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch
hinter den
Belüftern im Sinne der umlaufenden Bewegung einstellt.
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Bei vom Sollwert abweichenden Sauerstoffwerten veranlaßt die Sonde
SI inderungen der Belüfterleistung.
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Die SondeSI steuert dabei einen stufenlos regelbaren Antriebsmotor
eines den Luftförderer der Belüftungseinrichtung B bildenden nicht dargestellten
Kompressor für die Drucklufterzeugung. Dabei wird bei zu geringem oder zu hohem
Sauerstoffgehalt die Tourenzahl des Kompressors stufenlos verringert oder erhöht.
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Die Luftmenge wird auf ein Minimum eingeste2)t, und zwar so, daß der
Sauerstoffgehalt auf einer bestimmten Länge des Umlaufes zur NitrifikatioL ausreicht,
aber im anschließenden Umlauf sich Eehr erniedrigt oder bis zur Sauerstofflosigkeit,
d.h. auf Null absinkt. Dann wird der Sauerstoffbedarf der Mikroben durch Denitrifikation
der entstandenen Nitrate gedeckt. Bei jedem Umlauf tritt deswegen eine Nitrifikation
bei ausreichendem Sauerstoff und eine Denitrifikation bei geringem oder fehlendem
Sauerstoffgehalt in einer sauerstoffarmen oder -losen Zone ein.
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Die Sonde SI (Minimalsonde) ist auf ein mengen- und verschmutzungsmäßiges
Minimum an Sauerstoff eingestellt und steuert dementsprechend die dafür notwendige
Leistung des Kompressors sowie die Leistung für die vorbestimmte Umlaufgeschwindigkeit
des Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches. Sie wirkt über ein Schaltgerät au! dei stufenlos
regelbaren Kompressor, der die Fördermenge der Luft erhöht oder erniedrigt, so daß
der eingestellte Minimal-Sauerstoffgehalt während des Betriebes trotz Verringerung
oder Erhöhung der Abwassermenge oder der mit dem Abwasser
zugeführten
Schmutzmengen unverändert aufrechterhalten wird Die Sonde SI kann aber auch gleichzeitig
oder allein auf den Antrieb des umlaufenden Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches, d.h.
auf den Antrieb der die Fördereinrichtung P bildenden Propeller bzw.
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der umlaufenden Brücke 2 mit Stauschild einwirken.
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Um die Schwankungen des Sauerstoffgehalts infolge des durch den Zulauf
Z erilgenden Eintretens unterschiedlicher Wassermengen und Verschmutzungen weiter
zu steuern, ist die Sonde SII bei der Durchführung des Verfahrens mit feststehender
Belüftungseinrichtung B nach Fig. 1 als Kontrollsonde an einer beliebigen Stelle,
vorzugsweise kurz vor dem Ablauf A, fest mit der Beckenwand verbunden, vorgesehen.
Diese Sonde SII mißt den ständig schwankenden Sauerstoffgehalt vom Zeitpunkt einer
Belüftung bis zum Zeitpunkt der folgenden Wiederbelüftung. Tritt während eines Umlaufes
des Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches ein zu langer Sauerstoffmangel oder Sauerstofflosigkeit
ein, dann wird durch uberlagerung der Sonde SI der Antrieb für den Luftförderer
der Belüftungseinrichtung B und der Antrieb für die Erzeugung der Umlaufgeschwindigkeit
des Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches stufenlos erhöht.
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Diese Uberlagerung währt so lange, bis durch einen geringeren Zulauf
und/oder eine geringere Verschmutzung des Abwassers der erforderliche Sauerstoffgehalt
auf die normale Einstellung der Sonde SI zurückgeht. Dann wird die vermehrte Luftversorgung
der BelUftungseinrichtung B und die erhöhte Umlaufgeschwindigkeit des Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches
durch Rücknahme der Überlagerung der Sonde SI wieder verringert.
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Bei nicht genügender Anzeige von Sauerstoffmangel oder Sauerstofflosigkeit
der Sonde II (Kontrollsonde) innerhalb eines Umlaufes muß die Belüftungsmenge verringert
und die Brücke langsamer bewegt werden.
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Fig. 2 stellt die Durchführung des Verfahrens in der Ausführungsart
eines Belüftungsbeckens mit umlaufender Belüftung dar. Die Sonde SI ist hier Jedoch
nicht fest mit der Beckenwand verbunden, sondern sie ist im Sinne des Beckenumlaufes
hinter der Belüftung vorgesehen und läuft mit der Brücke um.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 steuert die Sonde S I wie bei
der Ausführungsform nach Fig. 1 in der oben angegebenen Weise die Minimalbelüftung
und die minimale Umlaufgeschwindigkeit nach einem vorgegebenen Sauerstoffminiinalwert.
Die Sonde SII, die an beliebiger Stelle, möglichst Jedoch vor dem Ablauf A des gereinigten
Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches vorgesehen sein kann, überlagert wieder bei zu
langer Sauerstofflosigkeit eines Beckenabschnittes einen stufenlos regelbaren, den
Luftförderer der Belüftungseinrichtung B bildenden Kompressor zur Vergrößerung der
Luftmenge pro Zeiteinheit.
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Sie kann aber auch die Umlaufgeschwindigkeit des Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches
durch eine Erhöhung der Umlaufgeschwindigkeit der Brücke 3 erhöhen, da die Brücke
durch einen von ihr gesteuerten stufenlos regelbaren Motor angetrieben wird.
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Mißt jedoch die Sonde SII einen zu lang anhaltenden und zu hohen Sauerstoffgehalt
während eines Umlaufes, dann kann die Fördermenge des Kompressors verringert und
die Brückengeschwindigkeit und damit die e Umlaufgeschwindigkeit de 8 des Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches
verringert werden.
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Bei der Durchführung des Verfahrens nach Fig. 2 kann noch ein sich
quer zur Umlaufströmung des Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches erstreckendes Stautor
T innerhalb des Belüftungsbeckens 1 vorgesehen sein. Das Stautor T weist Öffnungen
O für den Durchgang der von der Brücke 3 nach unten zu den Belüftern der Belüftungseinrichtung
B führenden, nicht dargestellten Luftzufiihrungsrohre auf und ist vorzugsweise in
Umlaufrichtung kurz hinter dem Auslaß A angeordnet, so daß sich die Sonde SII vor
dem Stautor T befindet. Die Öffnungen 0 sind in ihrer lichten Weite verstellbar.
Außerdem können die über der Beckensohle vorgesehenen, umlaufenden Belüfter vergrößert
bzw. vermehrt oder verkleinert bzw. verringert werden.
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Somit kann das Abwasser mit optimaler Wirtschaftlichkeit bei verhältnismäßig
geringem Sauerstoffeintrag Je m3/h einschließlich Denitrifikation gut gereinigt
und das entstandene Nitrat, das im Vorfluter durch Verschlammung nachteilig wirken
würde, ausgeschieden werden.
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