DE2310978C3 - Belüftungsbecken für eine biologische Kläranlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein für eine biologische Kläranlage bestimmtes Belüftungsbecken nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein bekanntes Belüftungsbecken dieser Art (DE-AS 1130377) ist durch eine besondere Ausbildung des Beckenbodens und eine spezielle Anordung der Druckluftbehälter in drei funktionell voneinander getrennte, konzentrische Zonen unterteilt. Die mittlere Zone wird mit dem Abwasser beschickt, die äußere Zone dient ausschließlich als Beschickungszone für Rücklaufschlamm und Rücklaufwasscr und die innere Zone ist eine Nachreinigungszone. Die Kreisströmung im Becken wird durch tangentiale Einspeisung von Rücklaufwasser und Rücklaufschlamm in Verbindung mit dem zentralen Abfluß erzeugt, während eine vertikale Umwälzung dadurch eintreten soll, daß die ϊ Luftverteiler ringförmig und konzentrisch zueinander oberhalb des profilierten Beckenbodens angeordnet sind. Das Prinzip des bekannten Belüftungsbeckens besteht also darin, innerhalb jeder Beschickungszone eine Spiralströmung mit vertikaler Umwälzung zu er-

K) zeugen, wobei das Abwasser von der mittleren Zone aus das System bis zum zentralen Ablauf langsam durchwandert.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vollständige Durchmischung des Bek-

ii keninhalts bei optimalen Sauerstoffertragswerten zu erreichen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

-'Ii Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist von der bekannten Erscheinung ausgegangen worden, daß die in einem polygonalen oder kreisrunden Behälter erzeugte Kreisströmung zu einem Anstieg des Flüssigkeitsspiegels von der Beckenachse gegen den Becken-

r> rand führt, wodurch dort eine relativer Überdruck entsteht, der eine Querströmung am Beckenboden entlang in Richtung zum Beckenzentrum verursacht. Es ist an sich bei einem Kreisringbecken bekannt (DE-OS 1784501), eine Kreisströmung durch ein

in Paddelwerk zu erzwingen und damit eine der Kreisströmung überlagerte Querströmung zu erzeugen, so daß die Druckluftbelüfter ausschließlich nach dem gewünschten Lufteintrag dimensioniert werden können. Bei diesem bekannten Becken umgibt der kreisring-

ij föirmige Behälter ein zentral angeordnetes Nachklärbecken, welches einen im Verhältnis zu dem ringförmigen Belüftungsbecken großen Durchmesser hat. Die durch die Kreisströmung verursachte Querströmung ist daher nicht ausreichend groß, um eine intensive Umwälzbewegung zu erzeugen. Demgegenüber beruht die erfindungsgemäße Anordnung auf der Überlegung, daß die aus der erzwungenen Kreisströmung resultierende Querströmung durch den Lufteintrag unterstützt werden kann, ohne die Sauerstoff -

4-. ertragswerte merklich zu verringern, wenn die vom Beckenrand in Richtung zum Beckenzenirum abnehmende Umlaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit berücksichtigt wird. Da nämlich bei einem Becken mit freiem radialen Querschnitt die Geschwindigkeit der

-,o im Bereich des Beckenrandes erzeugten horizontalen Kreisbewegung in der Mittelachse des Beckens gleich Null ist, ergibt sich ein zentraler Bereich, in dem die am Beckenboden vorhandene zum Zentrum gerichtete Querströmung stärker ist als die Horizontalströmutig. Die erfindungsgemäße Anordnung eines Strömungsumlenkkegels im Beckenzentrum ergibt in Verbindung mit der radialen Erstreckung der Druckluftbelüfter die gewünschte völlige Durchmischung der Flüssigkeit, weil die im zentralen Bereich aufstei-

ho gende Luft in Verbindung mit der Mantelfläche des Kegels die vertikale Bewegungskomponente der Querströmung vergrößert, die ihrerseits durch die im Randbereich des Beckens befindliche tangential fördernde Turbine verursacht wird. Dci im Bereich des

ι,-, Strömungsumlenkkegels erzeugte Sog unterstützt in erheblichem Maß die Querströmung, die der horizontalen Kreisströmung in Richtung zur Behältermittc zunehmend überlagert ist. Bei der dadurch erreichten

völligen Durchmischung der Flüssigkeit werden die Faserpartikel in der Schwebe gehalten, und eine Ablagerung solcher Partikel am Behälterboden ist praktisch ausgeschlossen. Diese völlig intensive Durchmischung des gesamten Beckeninhalts ist von wesentlicher Bedeutung für den Wirkungsgrad des biologischen Reinigungsprozesses, der voa verschiedenen Faktoren beeinflußt wird, z. B. vom Konzentrationsausgleich, der Kontaktflächenerneuerung. Pufferung und Schonung der Belebtschlammflocken bei toxischen Abwasserzuflüssen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein als Kreisstrom -Mischbecken ausgebildetes Belüftungsbecken gemäß der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Mischbecken in einem vertikal geführten Diametralschnitt, und

Fig. 2 in der Draufsicht von oben.

Das dargestellte Kreisstrom-Mischbecken dient zum Betrieb einer im übrigen nicht näher dargestellten Kläranlage und arbeitet mit mechanischer Umwälzung des Schlamm-Wasser-Gemisches, das zur Klärung in das runde Becken 1 eingebracht ist. Dieses weist eine zylindrische Beckenwand 2 und einen ebenen, horizontal! verlaufenden Boden 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 Turbine 5, die als Rohrturbine ausgebildet ist, angeordnet, deren Propeller 6 elektromotorisch angetrieben wird und in ein zylindrisches Rohrstück 7 eingebaut ist. Dieses Rohrstück weist einen Durchmesser von etwa 3 mm auf. Die konzentrisch zum Rohrstück 7 anliegende Drehachse 8 des Piopellers 6 verläuft in der dargestellten Weise tangential zur Beckenwand 2. Die Turbine 5 läuft mit einer sehr niedrigen Drehzahl von etwa 15 bis 35 U/min. Das Rohabwasser wird über eine Dükerleiitung 27 in Fließrichtung dem Belüftungsbecken 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 Zentrierwinkels von etwa 300° kann das biologisch aufbereitete Abwasser über eine Überlaufschwelle 28 dem Belüftungsbecken entnommen und dem weiteren Verfahrensprozeß zugeleitet werden. Hinter der Rohrturbine bef inden 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 Strömungsverluste herab. Da außerdem durch das Rohrstück 7 die an den Blättern des Propellers 6 entstehenden Wirbelverluste weitgehend abgebaut werden, kann die Kreisströmung mit einem sehr geringen Energieaufwand aufrechterhalten werden.

Iafolge der Kreisströmung entsteht an der der Bekkenwand 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 Querströmunß ausbildet. Diese wirJ 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 durch den Pfeil 15 angedeuteten Kreisströmung überlagert ist und die Eintragung von Sauerstoff begünstigt.

Für die Sauerstoffeintragung in das Sch!amm-Wasser-Gemisch sind über den Umfang des Beckens gleichmäßig verteilt vier Gruppen 21 bis 24 von im wesentlichen radial gerichteten Druckluftbehältern vorgesehen. Jede dieser Rohr- und Belüftergruppen umfaßt einen von dem Strömungsumlenkkegsl 16 bis nahe an den Beckenrand reichenden Druckluftbelüfter 25, dem mehrere parallel verlaufende und ebenfalls dicht über dem Beckenboden 3 angeordnete Druckluftbelüfter 26 zugeordnet sind. Während in unmittelbarer Nähe des Strömungsumlenkkegels 16 nur ein solcher Druckluftbelüfter 26 einem Druckluftbelüfter 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 Rchrlänge 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 - Pfeile 15 - dieser überlagerten Umwälzbewegung - Pfeile 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 Druckbelüflern 25,26 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 Bedarfsgrenze ergeben sich weitere betriebliche Vorteile, wie

- bessere Schlammeigenschaften, d. h. günstigeres Sedimentationsverhalten,

- Nitrifikation und Denitrifikation der Belebtschlammflocke, 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

- besonders jedoch 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Für eine biologische Kläranlage bestimmtes Belüftungsbecken, das einen vom Zentrum bis zur kreisrund oder polygonal ausgebildeten Beckenwand ununterbrochenen Querschnitt aufweist, und an dessen horizontalem Boden Druckluftbelüfter angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Zentrum des mit ebenem Boden (3) ausgebildeten Belüftungsbeckens ein Strömungsumlenkkegel (16) angeordnet ist, von dem aus die Druckluftbelüfter (25, 26) etwa radial bis in die Nähe der Beckenwand (2) verlaufen, und daß im Randbereich des Belüftungsbeckens in an sich bekannter Weise eine tangential fördernde Turbine (5) od. dgl. angeordnet ist.

2. Belüftungsbecken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (8) der Turbine (S) sowohl nahe an der Beckenwand (2), als auch nahe dem Beckenboden (3) angeordnet ist.

3. Belüftungsbecken nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Druckluft bestimmten Austrittsquerschnitte an den Druckluftbelüftern (25, 26) von der Achse des Beckens gegen die Beckenwand (2) zunehmen.

4. Belüftungsbecken nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Druckluftbelüfter (26) für die Zufuhr von Druckluft zum Sauerstoffeintrag vorgesehen sind, deren Zahl mit zunehmendem Abstand von der Achse (A) des Beckens (1) gegen die Beckenwand (2) zunimmt.

5. Belüftungsbecken nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Gruppen (21, 22, 23, 24) von Druck luftbelüftern (25,26) vorgesehen sind, von denen jede Gruppe mindestens zwei Druckluftbelüfter (25,26) enthält, die beide bis nahe an die Beckenwand (2) des Beckens (1) reichen, jedoch eine unterschiedliche Länge aufweisen.

6. Belüftungsbecken nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der zu einer Gruppe (21, 22, 23, 24) gehörenden Druckluftbelüfter (25, 26) mit zunehmendem Abstand von der Achse (A) des Beckens (1) zunimmt.

7. Belüftungsbecken nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe einer Dükerleitung (27) das Ronabwasser, in Strömungsrichtung gesehen, vor der Turbine (5) abgeleitet wird.