Die Erfindung betrifft ein als Kreis- oder Polygonbecken mit senkrechter Achse ausgebildetes Belüftungsbecken für eine Kläranlage mit einer zwecks mechanischer Umwälzung in das Schlamm-Wasser-Gemisch eintauchenden und dabei eine Strömung erzeugenden Förderschraube und mit einer von der Umwälzung unabhängigen Druckluftbelüftung zur Sauerstoffversorgung der Belebtschlammflocke.
Ein bekanntes kreisrund ausgebildetes Belüftungsbecken dieser Art weist ein konzentrisches Nachklärbecken auf. Beide Becken werden von einem die Förderschraube tragenden Dreharm überragt. Die Förderschraube, die durch ein etwa parallel zur Achse der beiden Becken verlaufendes Paddelwerk gebildet ist, liegt etwa in halber Breite des Belüftungsbeckens und erzeugt während des Betriebes im Belüftungsbecken eine horizontale Kreisströmung. Die Druckluftbelüftung ist durch mehrere nebeneinander auf dem Beckenboden angeordnete und in Beckenumfangsrichtung verlaufende, mit Düsenöffnungen versehene Rohre gebildet.
Dieses Belüftungsbecken hat zwar eine kompakte Bauweise, die aber mit erheblichen Herstellungskosten und Einbauaufwand verbunden ist. Ein weiterer Nachteil ergibt sich daraus, dass die durch die Druckluftbelüfter zugeführte Luft in Strömungsrichtung austritt, so dass die Luftblasen relativ schnell im Becken emporsteigen können und deshalb die Kontaktzeit zwischen der Luft und der Belebtschlammflüssigkeit zur Erzielung guter Sauerstoffertragswerte zu kurz ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Belüftungsbecken der oben erwähnten Art so auszubilden, dass bei geringem konstruktivem Aufwand eine für Langzeitbelüftungsanlagen günstige Energiebilanz ermöglicht wird.
Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass die Förderschraube zur Erzeugung einer Kreisströmung in der Nähe des Beckenbodens und der Beckenwand mit tangential zu dieser liegender Drehachse angeordnet ist, dass die Druckluftbelüftung durch mindestens zwei in der Nähe des Beckenbodens gleichmässig über den Beckenumfang verteilte und radial zum Becken verlaufende Gruppen von Druckluftbelüftern gebildet ist, dass weiter zur Umlenkung einer durch die Rotation der K reisströmung hervorgerufenen, sich dieser überlagernden Querströmung im Zentrum des ebenen Bekkenbodens ein zur Beckenachse koaxialer, nach oben sich verjüngender, kegelförmiger Umlenkkörper vorgesehen ist.
Infolge der erfindungsgemässen Anordnung des Kegels in Verbindung mit der Lage der Förderschraube entsteht im Becken ein Potentialgefälle, so dass sich innerhalb des Bekkens eine Querströmung ausbildet, die sich der Kreisströmung überlagert, wodurch eine walzenförmige Bewegung der Flüssigkeit hervorgerufen wird, durch die die Durchmischung des Schlamm-Wasser-Gemisches wesentlich verbessert wird. Infolge dieser walzenförmigen Bewegung der Beckenflüssigkeit und der quer zur Kreisströmung liegenden Druckluftbelüfter können die austretenden Luftblasen im Schlamm-Wasser Gemisch nur langsam nach oben steigen, so dass die Kontaktzeit zwischen der Luft und der Beckenflüssigkeit erheblich verlängert wird und dadurch optimale Sauerstoffertragwerte erreicht werden können.
Durch den kegelförmigen Umlenkkörper, durch den die am Beckenboden entlang strömende Querströmung in eine aufsteigende Strömung umgelenkt wird, sind die gegen die B eckenwandung gerichteten Schubkräfte vernachlässigbar klein, so dass Energieverluste der Querströmung vermieden werden können. Da die Achse der Fördersch:aube tangential zur Beckenwand verläuft und so als Leitfläche für die Strömung dient, sind die Energieverluste nur sehr klein. Die Lage der Förderschraube hat ferner den Vorteil, dass Schlammblagerungen schnell und vollständig durch die Strömung aufgewirbelt werden und dadurch eine vollständige Durchmischung des Schlamm-Wasser-Gemisches erreicht wird.
Zur Anpassung an das in radialer Richtung des Beckens zunehmende Flüssigkeitsvolumen können die Druckluftaustrittsquerschnitte des Druckluftbelüfters von der Achse des Beckens gegen die Beckenwand zunehmen. Dadurch wird über den gesamten Beckenquerschnitt eine gleichmässige Luft- bzw. Sauerstoffzufuhr je Volumeneinheit gewährleistet.
Vorteilhaft kann dabei die Zahl der zu einer Gruppe gehörenden Druckluftbelüfter mit zunehmendem Abstand von der Achse des Beckens zunehmen.
Eine sofortige und intensive Durchmischung des Rohabwassers mit dem im Belüftungsbecken befindlichen Schlamm Wasser-Gemisch wird erreicht, wenn die Austrittsöffnung der Rohabwasser in das Becken zuführenden Leitung, in Strömungsrichtung der Kreisströmung gesehen, vor der Förderschraube angeordnet ist. Bei einer derartigen Durchmischung treten keine Totzeiten auf, so dass ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird.
Damit die Ausbildung des die Querströmung hervorrufenden Potentialgefälles in Richtung auf die Beckenachse nicht beeinträchtigt wird, kann der kegelförmige Umlenkkörper etwa bis zur Mitte der Höhe des Beckens reichen.
Ferner können in Strömungsrichtung der Kreisströmung hinter der Förderschraube zur Vermeidung von Wirbelbildung in radialem Abstand voneinander Leitwände vorgesehen sein.
Wenn die Rohabwasserzulaufleitung und die Entnahmeleitung am Beckenumfang liegen und in Strömungsrichtung gesehen einen Zentriwinkel von etwa 3000 einschliessen, erfolgt die Durchmischung nahezu über den gesamten Umfang des Belüftungsbeckens.
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles, eines Kreisstrom Belüftungsbeckens, näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Belüftungsbecken in einem vertikal geführten Diametralschnitt und
Fig. 2 in der Draufsicht von oben.
Das dargestellte Kreisstrom-Belüftungsbecken dient zum Betrieb einer im übrigen nicht näher dargestellten Kläranlage und arbeitet mit mechanischer Umwälzung des Schlamm Wasser-Gemisches, das zur Klärung in den Rundbehälter 1 eingebracht ist. Dieser weist eine zylindrische B eckenwand 2 und einen ebenen, horizontal verlaufenden Behälterboden 3 auf. Um eine zur vertikal stehenden Achse A des Beckens konzentrische Kreisströmung des eingebrachten, zu klärenden Schlamm-Wasser-Gemisches 4 zu erzeugen und über längere Zeitdauer aufrechtzuerhalten, ist in unmittelbarer Nähe der Beckenwand 2 eine Rohrturbine 5 angeordnet, deren Propel ler 6 elektromotorisch angetrieben wird und in ein zylindrisches Rohrstück 7 eingebaut ist. Dieses Rohrstück weist einen Durchmesser von etwa 3 m auf.
Die konzentrisch zum Rohrstück 7 anliegende Drehachse 8 des Propellers 6 verläuft in der dargestellten Weise tangential zur Beckenwand 2. Die Rohrturbine 5 läuft mit einer sehr niedrigen Drehzahl von etwa 15 bis 35 U/min. Das Rohabwasser wird über eine Dükerleitung 27 in Fliessrichtung dem Belebungsbecken zugeführt, welche vor der Rohrturbine endet. Hierdurch wird kurzfristig innerhalb der Turbinenstrecke eine weitestgehend vollständige Durchmischung des Rohabwassers mit dem Schlamm-Wasser Gemisch erreicht. Nach Durchströmung eines Zentriwinkels von etwa 3000 kann das biologisch aufbereitete Abwasser über eine Überlaufschwelle 28 dem Belebungsbecken entnommen und dem weiteren Verfahrensprozess zugeleitet werden.
Hinter der Rohrturbine befinden sich - in Schubrichtung gesehen - - Leitwände 11, 12, 13 und 14, welche die Ausbildung der durch Pfeile 15 angedeuteten Kreisströmung begünstigen und gleichzeitig der Ausbildung von Wirbeln hinter der Propellernabe entgegenwirken. Gleichzeitig setzen sie die Strömungs verluste herab. Da ausserdem durch das Rohrstück 7 die an den Propellerblättern 6 entstehenden Wirbelverluste weitgehend abgebaut werden, kann die Kreisströmung mit einem sehr geringen Energieaufwand aufrechterhalten werden.
Infolge der Kreisströmung entsteht an der der Beckenwand 2 unmittelbar benachbarten Ringzone ein geringfügig grösserer Massendruck als in der Nähe der Beckenachse A. Dieser Überdruck hat zur Folge, dass sich eine entlang dem Beckenboden 3 verlaufende und gegen die Beckenachse A gerichtete Querströmung ausbildet. Diese wird durch einen konzentrisch zur Beckenachse A angeordneten Strömungsumlenkkegel 16 zu einer aufsteigenden Strömung umgelenkt, wie dies durch die Pfeile 17 angedeutet ist. Hierdurch bildet sich eine durch den Pfeil 18 angedeutete walzenförmige Bewegung aus, welche der Kreisströmung 15 überlagert ist und die Eintragung von Sauerstoff begünstigt.
Für die Sauerstoffeintragung in das Schlamm-Wasser Gemisch sind über den Umgang des Beckens gleichmässig verteilt vier Gruppen 21 bis 24 von im wesentlichen radial gerichteten Druckluftbelüftern vorgesehen. Jede dieser Rohrund Belüftergruppen umfasst ein von dem Umlenkkegel 16 bis nahe an den Beckenrand reichendes Druckluftrohr 25, dem mehrere parallel verlaufende und ebenfalls dicht über dem Beckenboden 3 angeordnete Druckluftbelüfter 26 zugeordnet sind. Während in unmittelbarer Nähe des Umlenkkegels 16 nur ein solcher Druckluftbelüfter 26 einem Drucklufttrohr 25 zugeordnet und mit diesem durch ein gemeinsames Verbindungsstück an eine nicht dargestellte Versorgungsleitung angeschlossen ist, sind in der mittleren Ringzone des Beckens zwei Druckluftbelüfter 26 und an der Randzone des Beckens sogar drei Druckluftbelüfter 26 vorgesehen.
Jeder der Druckluftbelüfter 26 hat eine Anzahl von über die Rohrlänge gleichmässig verteilten Austrittsöffnungen für die Druckluft. Hierdurch ergibt sich ein Luftmengeneintrag, welcher ebenso wie die Strömungsgeschwindigkeit des Belebtschlammes von der Achse A gegen den Beckenrand zunimmt.
Aufgrund der erzwungenen Kreisströmung 15 und der dieser überlagerten Umwälzbewegung 18 ergeben sich sehr günstige Sauerstoffertragswerte, wobei die Belüftung in optimaler Weise wirtschaftlich dem schwankenden Sauerstoffbedarf der Belebtschlammflocke angepasst werden kann.
Die Wirtschaftlichkeit der Belüftung kann darüber hinaus noch dadurch gesteigert werden, dass die Druckluft den Belüftungsrohren 25, 26 und 27 mit unterschiedlicher Beaufschlagung zugeführt wird oder dass die Druckluftzufuhr nur intermittierend erfolgt.
Darüber hinaus kann durch geeignete Mess- und Regeleinrichtungen der Sauerstoffeintrag sowohl bei kontinuierlichem Betrieb, als auch bei intermittierendem Betrieb an der unteren Grenze gesteuert gehalten werden, wobei der Sauerstoffeintrag stets dem Bedarf optimal angepasst werden kann.
Eine solche Möglichkeit der Anpassung des Sauerstoffeintrages mit Hilfe von Mess- und Regeleinrichtungen hat für die ersten Betriebsjahre einer kommunalen Kläranlage eine besondere Bedeutung, da in der Regel entsprechend den für die Zukunft angenommenen Bemessungsgrundlagen derartige Anlagen am Anfang Ihrer Benutzung überdimensioniert und somit unterbelastet sind.
Durch den gesteuerten Sauerstoffeintrag an der unteren B edarfsgrenze ergeben sich weitere betriebliche Vorteile, wie - bessere Schlammeigenschaften, d.h. günstigeres Sedimentationsverhalten, - Nitrifikation und D enitrifikation der B elebtschlammflocke wodurch Effekte einer dritten Reinigungsstufe erzielt werden können, - durch die periodisch vergrösserte anaerobe Zone in der Belebtschlammflocke - besonders bei intermittierender Belüftung - kann ein periodisches Auftreten von kurzzeitig anaerob aufgeschlossenem Material auftreten,
welches bei ausschliesslicher aerober Behandlung nicht aufgeschlossen werden kann, - im ersteren Teil der verstärkten Belüftungsphase - beson dersjedoch bei intermittierender Belüftung - ergibt sich eine bessere Ausnutzung des Sauerstoffes aus der in das Schlamm Wasser-Gemisch eingetragenen Luft, wodurch sich insgesamt eine über den Werten von PASVEER und SWEERIS liegende Wirtschaftlichkeit ergibt. Durch das erfindungsgemässe Verfahren und das erfindungsgemäss ausgebildete Belüftungsbecken wird nicht nur ein optimaler Sauerstoffeintrag, sondern auch eine intensive Durchmischung des Schlamm-Wasser-Gemisches erzielt, wodurch eine optimale Pufferung von Giftstössen oder hoher BSB5-Zulaufkonzentration und ein biochemischer Sauerstoffbedarf innerhalb 5 Tagen erreicht werden.
The invention relates to an aeration basin designed as a circular or polygonal basin with a vertical axis for a sewage treatment plant with a conveying screw dipping into the sludge-water mixture for the purpose of mechanical circulation and thereby generating a flow and with compressed air ventilation independent of the circulation for supplying oxygen to the activated sludge flake.
A known circular aeration basin of this type has a concentric secondary clarifier. Both basins are surmounted by a rotating arm that carries the conveyor screw. The feed screw, which is formed by a paddle system running approximately parallel to the axis of the two basins, is approximately half the width of the aeration basin and generates a horizontal circular flow in the aeration basin during operation. The compressed air ventilation is formed by a plurality of tubes arranged next to one another on the pool floor and running in the circumferential direction of the pool and provided with nozzle openings.
Although this aeration basin has a compact design, it is associated with considerable manufacturing costs and installation effort. Another disadvantage arises from the fact that the air supplied by the compressed air ventilator emerges in the direction of flow, so that the air bubbles can rise relatively quickly in the basin and therefore the contact time between the air and the activated sludge liquid is too short to achieve good oxygen yield values.
The invention is based on the object of designing an aeration basin of the type mentioned above in such a way that an energy balance that is favorable for long-term ventilation systems is made possible with little structural effort.
According to the invention, this is achieved in that the feed screw for generating a circular flow is arranged in the vicinity of the pool floor and the pool wall with a tangential axis of rotation, so that the compressed air ventilation is evenly distributed over the pool circumference and radially by at least two in the vicinity of the pool floor Groups of compressed air ventilators running towards the basin are formed so that a cone-shaped deflector coaxial with the basin axis, tapering upwards and coaxial with the basin axis, is provided for deflecting a cross-flow that is superimposed on this caused by the rotation of the circular flow and in the center of the flat basin floor.
As a result of the inventive arrangement of the cone in connection with the position of the conveyor screw, a potential gradient arises in the basin, so that a transverse flow is formed within the basin, which is superimposed on the circular flow, causing a cylindrical movement of the liquid, through which the mixing of the sludge -Water mixture is significantly improved. As a result of this roller-shaped movement of the pool liquid and the compressed air aerator lying perpendicular to the circular flow, the emerging air bubbles in the mud-water mixture can only rise slowly, so that the contact time between the air and the pool liquid is considerably extended and optimal oxygen yield values can be achieved.
Due to the conical deflection body, through which the cross-flow flowing along the pool floor is deflected into an ascending flow, the thrust forces directed against the wall of the corner are negligibly small, so that energy losses in the cross-flow can be avoided. Since the axis of the conveyor screw runs tangentially to the basin wall and thus serves as a guide surface for the flow, the energy losses are only very small. The position of the conveyor screw also has the advantage that sludge deposits are swirled up quickly and completely by the flow, thereby achieving complete mixing of the sludge-water mixture.
To adapt to the increasing volume of liquid in the radial direction of the pool, the compressed air outlet cross-sections of the compressed air ventilator can increase from the axis of the pool towards the pool wall. This ensures an even supply of air and oxygen per unit of volume over the entire cross-section of the pool.
Advantageously, the number of compressed air aerators belonging to a group can increase with increasing distance from the axis of the pool.
Immediate and intensive mixing of the raw sewage with the sludge-water mixture in the aeration basin is achieved when the outlet opening of the pipe supplying raw sewage into the basin is arranged in front of the feed screw, viewed in the direction of the circular flow. With such a thorough mixing, there are no dead times, so that a high degree of efficiency is achieved.
So that the formation of the potential gradient causing the cross flow is not impaired in the direction of the pool axis, the conical deflecting body can extend approximately to the middle of the level of the pool.
Furthermore, guide walls can be provided at a radial distance from one another in the flow direction of the circular flow behind the conveyor screw to avoid vortex formation.
If the raw sewage supply line and the extraction line are located on the circumference of the basin and, viewed in the direction of flow, enclose a central angle of about 3000, the mixing takes place over almost the entire circumference of the aeration basin.
The invention is described and explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown in the drawing, a circulating flow aeration basin.
Show it:
Fig. 1 an aeration basin in a vertically guided diametrical section and
Fig. 2 in plan view from above.
The circulating current aeration basin shown is used to operate a sewage treatment plant, which is otherwise not shown in detail, and works with mechanical circulation of the sludge-water mixture that is introduced into the round tank 1 for clarification. This has a cylindrical corner wall 2 and a flat, horizontally extending container bottom 3. In order to generate a circular flow of the introduced sludge-water mixture 4 to be clarified concentric to the vertical axis A of the basin and to maintain it over a longer period of time, a bulb turbine 5 is arranged in the immediate vicinity of the basin wall 2, the propeller 6 of which is driven by an electric motor and is built into a cylindrical pipe section 7. This pipe section has a diameter of about 3 m.
The axis of rotation 8 of the propeller 6 lying concentrically to the pipe section 7 runs tangentially to the basin wall 2 in the manner shown. The bulb turbine 5 runs at a very low speed of approximately 15 to 35 rpm. The raw sewage is fed to the activated sludge tank via a culvert line 27 in the direction of flow, which ends in front of the bulb turbine. As a result, a largely complete mixing of the raw sewage with the sludge-water mixture is achieved for a short time within the turbine section. After flowing through a central angle of about 3000, the biologically treated wastewater can be removed from the activated sludge tank via an overflow threshold 28 and fed to the further process process.
Behind the bulb turbine are - seen in the thrust direction - - guide walls 11, 12, 13 and 14, which promote the formation of the circular flow indicated by arrows 15 and at the same time counteract the formation of eddies behind the propeller hub. At the same time, they reduce flow losses. In addition, since the eddy losses occurring at the propeller blades 6 are largely reduced by the pipe section 7, the circular flow can be maintained with a very low expenditure of energy.
As a result of the circular flow, a slightly higher mass pressure arises in the ring zone immediately adjacent to the basin wall 2 than in the vicinity of the basin axis A. This overpressure results in a cross flow that runs along the basin floor 3 and is directed towards the basin axis A. This is deflected by a flow deflecting cone 16 arranged concentrically to the pool axis A to form an ascending flow, as indicated by the arrows 17. As a result, a roller-shaped movement, indicated by the arrow 18, is formed which is superimposed on the circular flow 15 and promotes the entry of oxygen.
For the introduction of oxygen into the sludge-water mixture, four groups 21 to 24 of essentially radially directed compressed air aerators are provided, evenly distributed over the area around the basin. Each of these tube and aerator groups comprises a compressed air tube 25 which extends from the deflecting cone 16 to close to the edge of the pool and to which several compressed air aerators 26, which run parallel and are also arranged close to the pool floor 3, are assigned. While in the immediate vicinity of the deflecting cone 16 only one such compressed air aerator 26 is assigned to a compressed air pipe 25 and is connected to it by a common connector to a supply line (not shown), there are two compressed air aerators 26 in the middle ring zone of the pool and even three compressed air aerators at the edge of the pool 26 provided.
Each of the compressed air aerators 26 has a number of outlet openings for the compressed air that are uniformly distributed over the length of the pipe. This results in an entry of the amount of air which, like the flow velocity of the activated sludge, increases from axis A towards the edge of the pool.
Owing to the forced circular flow 15 and the circulating movement 18 superimposed on it, very favorable oxygen yield values result, with the aeration being able to be optimally adapted economically to the fluctuating oxygen demand of the activated sludge flake.
The profitability of the ventilation can also be increased if the compressed air is supplied to the ventilation pipes 25, 26 and 27 with different pressures or if the compressed air is supplied only intermittently.
In addition, suitable measuring and regulating devices can be used to keep the oxygen input at the lower limit, both in continuous operation and in intermittent operation, whereby the oxygen input can always be optimally adapted to requirements.
Such a possibility of adapting the oxygen input with the help of measuring and control devices is of particular importance for the first few years of operation of a municipal sewage treatment plant, since such plants are usually overdimensioned and thus underloaded at the beginning of their use, in accordance with the assessment bases assumed for the future.
The controlled oxygen input at the lower requirement limit results in further operational advantages, such as better sludge properties, i.e. more favorable sedimentation behavior, - nitrification and denitrification of the activated sludge flake, whereby the effects of a third cleaning stage can be achieved, - due to the periodically enlarged anaerobic zone in the activated sludge flake - especially with intermittent aeration - a periodic occurrence of briefly anaerobically digested material can occur,
which cannot be digested with exclusively aerobic treatment, - in the first part of the increased ventilation phase - especially with intermittent ventilation - there is better utilization of the oxygen from the air introduced into the sludge-water mixture, which results in an overall value above the values of PASVEER and SWEERIS result in economic efficiency. The method according to the invention and the aeration basin designed according to the invention not only achieve optimal oxygen input, but also intensive mixing of the sludge-water mixture, whereby optimal buffering of poison shocks or high BOD5 inflow concentration and a biochemical oxygen requirement are achieved within 5 days.