DE3815865A1 - Vorrichtung zur traegergebundenen abwasserreinigung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung mit einem Reaktor, in dem mindestens ein Trägermaterialelement aus offenzelligem Schaumstoff als Aufwuchsfläche für Biomasse angeordnet ist, und einem Zulauf für zu reinigendes Abwasser sowie einem Ablauf für gereinigtes Abwasser.

Anlagen zur trägergebundenen Abwasserreinigung gewinnen zunehmend an Bedeutung. Durch Ansiedlung der Biomasse auf Trägermaterialien kann gegenüber Belebtschlammanlagen eine höhere Biomassekonzentration im Reaktor und damit eine höhere Reinigungsleistung erzielt werden. Bekannt sind zum Beispiel Anlagen, bei denen im Reaktor offenporige Schaumstoffteilchen frei im Abwasser schweben. Hierzu sei beispielsweise auf die EP-PS 75 298 verwiesen. Um einen guten Stoffaustausch zwischen den Abwasserinhaltsstoffen, der in und auf den Schaumstoffteilchen angesiedelten Biomasse und gegebenenfalls im Abwasser gelöstem Sauerstoff zu gewährleisten, weisen die Schaumstoffteilchen relativ geringe Abmessungen auf. Üblich sind z.B. Schaumstoffwürfel mit 1 bis 1,5 cm Kantenlänge. Um ein Ausschwemmen dieser Schaumstoffteilchen mit dem gereinigten Abwasser zu verhindern, muß im Reaktor ein engmaschiges Ablaufsieb angebracht werden. Üblicherweise besitzt das Ablaufsieb Löcher mit Durchmessern von ca. 0,7 bis 1 cm. Derartige Siebe sind aber einerseits teuer in der Anschaffung, andererseits können sie durch im Abwasser vorhandene Grobstoffe blockiert werden. Auch kann ein Abfließen von Schaum aus dem Reaktor gehemmt werden. Insgesamt kann es bei derartigen Anlagen zu Störungen und Betriebsausfällen kommen.

Andererseits ist es auch bekannt, Schaumstoffplatten als Ansiedlungsfläche für Biomasse fest in einem Reaktor anzuordnen (DE-PS 33 27 774). Damit wird zwar die Anbringung eines feinmaschigen Ablaufsiebs und eine Rückförderung von Trägermaterialelementen vom Ablauf zum Zulauf des Reaktors überflüssig, so daß auch keine Verstopfungsprobleme am Ablauf entstehen. Derartige Anlagen weisen aber den Nachteil auf, daß bei geringer Plattendicke relativ geringe Mengen an Biomasse fixiert werden können oder bei größerer Plattendicke der Stoffaustausch zwischen der im Schaumstoff angesiedelten Biomasse und den Abwasserinhaltsstoffen nicht zufriedenstellend ist. Insgesamt bieten also auch derartige Anlagen keine befriedigende Reinigungsleistung.

Deshalb mußte nach wie vor die Aufgabe gelöst werden, für wirtschaftliche und wirksame Verfahren zur verbesserten Abwasserreinigung geeignete Trägermaterialelemente zur Verfügung zu stellen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß eine effektive, wirtschaftliche und betriebssichere Anlage zur verbesserten Abwasserreinigung bereitgestellt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Trägermaterialelement eine Bodenplatte aufweist, aus der längliche Körper herausragen.

Das so beschaffene Trägermaterialelement wird folgendermaßen hergestellt: Ein Schaumstoffblock wird von einer Seite her so eingeschnitten oder gestanzt, daß längliche Körper, wie z.B. Quader, Prismen oder Zylinder, entstehen, die über eine Bodenplatte miteinander verbunden bleiben. Alternativ kann ein Schaumstoffblock oder eine Schaumstoffbahn entsprechender Dicke über Profilwalzen so geschnitten werden, daß fingerartige, annähernd kegelförmige Profile entstehen.

Das auf diese Weise entstandene Trägermaterialelement bietet einerseits der Biomasse eine große Ansiedlungsfläche, andererseits ist aufgrund seiner aufgelockerten räumlichen Struktur auch ein intensiver Stoffaustausch zwischen den in und auf dem Schaumstoff sitzenden Bakterien und den Abwasserinhaltsstoffen gewährleistet.

Vorzugsweise besitzt die Bodenplatte des Trägermaterialelements eine Dicke von ca. 3 cm und eine Grundfläche von ca. 20×20 cm. Derartige Trägermaterialelemente werden vorteilhaft so in den Reaktor eingebracht, daß sie frei beweglich im Abwasser schweben. Sollen dagegen die Trägermaterialelemente fest im Reaktor installiert werden, so weist die Bodenplatte zweckmäßigerweise eine Dicke von ca. 3 cm bis ca. 15 cm und eine Grundfläche von ca. 200 cm×200 cm auf. Die durch Stanzen oder Einschneiden in den Schaumstoffblock entstandenen Körper weisen eine Grundfläche von ca. 1-10 cm² und eine Höhe von ca. 50 cm auf. Bei diesen Abmessungen des Trägermaterialelements wird in Verbindung mit der offenporigen Struktur des verwendeten Schaumstoffs ein optimaler Stoffaustausch bei einer größtmöglichen Biomassekonzentration erreicht. Die länglichen Körper stehen im wesentlichen senkrecht von der Bodenplatte weg.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Bodenplatte des Trägermaterialelements mit einem Verstärkungsgewebe aus Metall oder Kunststoff versehen. Dadurch wird die mechanische Stabilität des Trägermaterialelements erhöht.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, die Bodenplatten um 180° zu knicken und die gegenüberliegenden Grundflächen miteinander zu verbinden. Auf diese Weise entsteht ein stärker symmetrisches Trägermaterialelement, das sich insbesondere für den Einsatz in Wirbelbettreaktoren eignet.

Durch Biegen der Bodenplatte zu einem Rohr oder rohrähnlichen Gebilde und Fixieren der Endkanten der so gebogenen Bodenplatte entstehen weitere Formen mit Ähnlichkeit zu Bürstenwalzen.

Das Trägermaterialelement bzw. die Trägermaterialelemente können fest im Reaktor eingebaut werden. Dies hat den Vorteil, daß kein Drift der Trägermaterialelemente zum Ablauf erfolgt, so daß keine Rückfördereinrichtungen notwendig sind. Vorzugsweise werden die Trägermaterialelemente so im Reaktor eingebaut, daß die Bodenplatten der Trägermaterialelemente senkrecht zur Strömungsrichtung des Abwassers im Reaktor gerichtet sind, d.h. die Flächennormalen der Bodenplatten sind parallel zur Strömungsrichtung des Abwassers gerichtet. Insbesondere bei der Ausbildung der Trägermaterialelemente als Rohr oder rohrähnliches Gebilde wirkt sich eine Durchströmung des rohrförmigen Trägermaterialelements zusätzlich positiv auf die Reinigungsleistung aus. Das Innere des Rohres wirkt dabei quasi als eigener Reaktor, wobei die offenporige Wandung des Rohres mit Biomasse besetzt ist.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Trägermaterialelemente so in den Reaktor einzubringen, daß sie frei im Abwasser schweben. Aufgrund der relativ großen Abmessungen der Trägermaterialelemente reicht für eine Zurückhaltung der Trägermaterialelemente vom Reaktorablauf ein grobmaschiges Sieb. Vorzugsweise besitzt das Sieb eine Maschenweite von mehr als ca. 10 cm. Dadurch können im Abwasser vorhandene Grobstoffe, die kleiner sind als die Trägermaterialelemente, das Sieb passieren und führen nicht zu Verstopfungen des Reaktorablaufs. Außerdem sind Grobsiebe billig in der Anschaffung, so daß größere Reaktoren, z. B. Belebungslängsbecken, in mehrere Abschnitte durch Anbringung von Grobsieben unterteilt werden können. Hierdurch erübrigt sich eine Rückförderung der Trägermaterialelemente vom Ablauf zum Zulauf des Reaktors.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist ferner vorgesehen, in die Körper des Trägermaterialelements geschlossenzelligen Schaumstoff einzubauen. Dadurch wird bei freischwebender Anordnung des Trägermaterialelements im Abwasser der Auftrieb des Trägermaterialelements erhöht.

Die Trägermaterialelemente können auch als Tauchtropfkörper verwendet werden, indem sie beispielsweise auf einer Walze montiert werden, die teilweise ins Abwasser eintaucht. Durch Drehen der Walze werden die einzelnen Trägermaterialelemente periodisch im Abwasser untergetaucht und aus dem Abwasser herausgehoben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich sowohl zur aeroben als auch zur anaeroben biologischen Abwasserreinigung.

Im ersten Fall ist es beispielsweise möglich, den Reaktor als Belebungsbecken auszubilden, das am Boden Belüftungskerzen für die Zufuhr des nötigen Belüftungsgases aufweist. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur anaeroben Abwasserreinigung ist es beispielsweise auch möglich, die Trägermaterialelemente in einem geschlossenen Reaktor in Form eines Festbettes anzuordnen, das vom Abwasser von oben nach unten durchströmt wird. Auch eine Verwendung zur Nitrifikation bzw. Denitrifikation von Abwasser ist vorgesehen.

Im folgenden sei die Erfindung anhand von in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein einzelnes Trägermaterialelement mit ebener Bodenplatte.

Fig. 2 ein einzelnes Trägermaterialelement mit zu einem Rohr gebogener Bodenplatte.

Fig. 3 ein Belebungsbecken mit rohrförmigen Trägermaterialelementen, die freibeweglich im Abwasser schweben.

Das in Fig. 1 gezeigte Trägermaterialelement wurde aus einem offenzelligen makroporösen Schaumstoffblock gefertigt, in dem von einer Seite her in den Schaumstoffblock so eingeschnitten wurde, daß längliche quaderförmige Körper 2 mit einer Grundfläche von ca. 1×1 cm und einer Höhe von ca. 25 cm entstanden, die über eine Bodenplatte 1 miteinander verbunden blieben. Der Übersichtlichkeit halber sind in Fig. 1 nur vier Körper eingezeichnet. In der Praxis wird man allerdings Trägermaterialelemente mit einer Vielzahl von derartigen Körpern verwenden. Die Bodenplatte 1 weist eine Dicke von ca. 3 cm und eine Grundfläche von ca. 20×20 cm auf. Eine Vielzahl dieser Trägermaterialelemente wird so in einem Belebungsbecken fest eingebaut, daß die Flächennormale der Bodenplatte 1 parallel zur Strömungsrichtung des Abwassers gerichtet ist. Auf diese Weise wird einerseits die Strömung des Abwassers nicht zu sehr behindert, andererseits ist ein intensiver Stoffaustausch zwischen den in und auf dem Schaumstoff in hoher Konzentration angesiedelten Mikroorganismen gewährleistet.

Fig. 2 zeigt ein Trägermaterialelement nach einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens. Die Bodenplatte 1 wurde zu einem Rohr gebogen und an den Endkanten fixiert. Die länglichen Körper 2 stehen von diesem Rohr 1 radial nach außen weg. In der Praxis weist auch dieses Trägermaterialelement eine Vielzahl von länglichen Körpern 2 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind nur wenige längliche Quader 2 gezeigt. Derartige Trägermaterialelemente werden so in den Reaktor eingebracht, daß sie freibeweglich im Abwasser schweben. Um die Schwebebewegung der einzelnen Trägermaterialelemente nicht übermäßig zu behindern, ist es zweckmäßig, die Trägermaterialelemente in einer Menge in den Reaktor einzubringen, die einem Volumenanteil von 5 bis 70% des Reaktorvolumens entspricht. Je nach Fülldichte und Beschaffenheit der Trägermaterialelemente läßt sich damit in Abhängigkeit der Belastung des zu behandelnden Abwassers ein bestimmter Reaktortyp erzeugen. So wird der Reaktor bei einem Volumenanteil der Trägermaterialelemente von 5 bis 40% zweckmäßigerweise als volldurchmischtes Belebungsbecken und bei einem Volumenanteil der Trägermaterialelemente von 40 bis 70% als Schwebebett- und/oder als Festbettreaktor betrieben.

In Fig. 3 ist ein Belebungsbecken 3 dargestellt, in das Trägermaterialelemente 4 so eingebracht wurden, daß sie freibeweglich im Abwasser schweben. Das Belebungsbecken 3 weist einen Zulauf 6 und einen Ablauf 7 für das Abwasser auf. Als Trägermaterialelemente 4 werden die in Fig. 2 gezeigten rohrförmigen Elemente verwendet. Die Trägermaterialelemente 4 nehmen ca. 30% des Volumens des Belebungsbeckens 3 ein. Das Belebungsbecken 3 wird als volldurchmischter Reaktor betrieben. Aufgrund der relativ großen Abmessungen der Trägermaterialelemente 4 (Rohrlänge ca. 20 cm, Länge der vom Rohr abstehenden Körper ca. 50 cm) kann zur Zurückhaltung der Trägermaterialelemente 4 vom Ablauf 7 ein weitmaschiges Sieb 5 verwendet werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Sieb 5 eine Maschenweite von ca. 15 cm auf. Dadurch können im Abwasser vorhandene Grobstoffe das Sieb 5 ungehindert passieren, so daß es nicht zu Verstopfungen oder Blockierungen des Ablaufs 7 kommen kann, was schließlich zu Betriebsstörungen führen würde. Es kann auch im Belebungsbecken gebildeter Schaum ungehindert durch das Sieb 5 abfließen.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung mit einem Reaktor, in dem mindestens ein Trägermaterialelement aus offenzelligem Schaumstoff als Aufwuchsfläche für Biomasse angeordnet ist, und einem Zulauf für zu reinigendes Abwasser sowie einem Ablauf für gereinigtes Abwasser, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterialelement (4) eine Bodenplatte (1) aufweist, aus der längliche Körper (2) herausragen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die länglichen Körper (2) als Quader, Prismen, Kegel oder Zylinder ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (2) eine Grundfläche von ca. 1-10 cm² und eine Höhe von ca. 5-50 cm aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte (1) mit einem Verstärkungsgewebe aus Metall oder Kunststoff versehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte (1) zu einem Rohr gebogen und an ihren Endkanten verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte (1) um 180° geknickt und an ihren gegenüberliegenden Grundflächen verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterialelement (4) fest im Reaktor (3) eingebaut ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte (1) eine Dicke von ca. 3 cm bis ca. 15 cm und eine Grundfläche von ca. 200 cm×200 cm aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterialelement (4) so im Reaktor (3) angeordnet ist, daß die Flächennormale der Bodenplatte (1) parallel zur Strömungsrichtung des Abwassers gerichtet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterialelement (4) im Abwasser frei schwebend im Reaktor (3) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte (1) eine Dicke von ca. 3 cm und eine Grundfläche von ca. 20 cm×20 cm aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Ablauf (7) des Reaktors (3) ein Sieb (5) mit einer Maschenweite von mehr als ca. 10 cm angebracht ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in die Körper (2) des Trägermaterialelements (4) geschlossenzelliger Schaumstoff eingebaut ist.