APPARATUS FOR AERATING WASTE WATER

Abstract: 1. Aeration device for sewage purification with a pump device (21), a sewage-air-mixing device (22), at least one aeration tower (23) and a biological step being connected in series and arranged separately from each other and with a recirculating pipe (2) extending from the biological step to the pump device (21) for mixing the mechanically presettled sewage flowing from the aeration device (20) with biologically settled sewage from the biological step, characterized in that the aeration tower (23) is formed as a self-dumping tower.

Description: Belüftungsvorrichtung für die Abwasserreinigung Die Erfindung betrifft eine montagefertige Kompakte lüftungsvorrichtung für die biologische Abwasserreini gung, einen insbesondere für eine derartige Belüftungs vorrichtung geeigneten Belüftungsturm zum Sauerstoff eintrag in das Abwasser und ein Verfahren zum Belüften von Abwasser Die moderne Abwasserreinigung'insbesondere auch die Reinigung kommunalen Abwassers, erfolgt meist in mehrstu figen Kläranlagen, die eine mechanische Vorklärstufe und eine chemische und/oder biologische Nachklärstufe aufweisen; es gibt jedoch auch noch eine grosse Smzahl meist älterer, einstufiger Kläranlagen, die lediglich eine mechanische Klärstufe aufweisen. Bei Kläranlagen mit mechanischer Vorklärstufe und bio logischer Nachklärstufe werden die nach der mechanischen Reinigung noch im Abwasser enthaltenen Schmutz- oder Fremdstoffe, vor allem die gelösten und kolloidalen un stabilen, fäulnisfähigen Stoffe, in einer nachgeschalteten biologischen Nachklärstufe entfernt und aufgearbeitet. Dies erfolgt aerob unter ausreichender Luft- und Sauer stoffzufuhr infolge physikalischer, biologischer und bakteriologischer Vorgänge. Für die biologische Abwasserreinigung werden deshalb Belüftungsvorrichtungen benötigt, die Luftsauerstoff in das vorgereinigte Abwasser eintragen. Nur bei einer ausreichenden Belüftung wird in der biologischen Stufe belebter Schlamm gebildet, der die gelösten Schmutz- und Fremdstoffe bindet und aufarbeitet; durch Sauerstoffmangel wird der biologische Abbau der Schmutzstoffe behindert oder sogar ganz unterbunden. Derartige Belüftungsvorrichtungen werden insbesondere bei durchflossenen Faulräumen eingesetzt, wie beispielsweise von E. Ottmann in "Berichte aus der Wassergütewirtschaft", Nr. 15/DK 628.35 beschrieben. Als Belüftungsvorrichtungen für den Sauerstoffeintrag werden neben Versprühgeräten und Belüftungswalzen oder Belüftungsscheiben insbesondere auch sogenannte ¯Tropfen körper" eingesetzt. Tropfkörperanlagen bestehen meist aus zu einem Turm von mehreren Metern Höhe aufgeschichtetem, porösem Material, wie porösen Steinen, auf dessen Oberfläche das zu reinigende Abwasser mittels eines Drehsprengers fein verteilt wird. Auf der Oberfläche soll sich dann ein biologischer Rasen ausbilden,in dem die das Abwasser reinigenden Bakterien und Kleinlebewesen ansiedeln. Bei der Reinigung werden die abbaubaren Verunreinigungen in feste Schlammstoffe umgewandelt; das gereinigte Abwasser gelangt in den Vorfluter. Beim Belebtschlammverfahren schweben die Bakterien nicht ortsgebunden, sondern gemeinsam mit dem Belebtschlamm frei im Abwasser. Die bekannten Tropfkörperanlagen sind voluminöse, viel Platz beanspruchende Bauwerke, die erhebliche Baukosten und Wartungsarbeiten erfordern. Auch eine Nachrüstung bestehender mechanischer Kläranlagen mit einer biologischen Klärstufe ist mit bekannten Tropfkörperanlagen sehr teuer und häufig, insbesondere infolge Platzmangels,nicht zu realisieren. Zudem vereisen die bekannten Tropfkörperanlagen bei starkem Frost, und der Luftsauerstoffeintrag und damit die Reinigungsleistung gehen mit fallender Temperatur zurück. Auch Versprühungen mit rotierenden Körpern haben dieselben Nachteile. Der Energieaufwand ist hierbei wegen der grossen zu bewegenden Massen erheb sich. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine kompakte, kostengünstige und dabei sicher arbeitende und einen hohen Reinigungsgrad bei der biologischen Nachklärung ermöglichende Belüftungsvorrichtung, einen Belüftungsturm für eine derartige Belüftungsvorrichtung sowie ein kostengünstiges und wirksames Verfahren zum Belüften von Abwasser bereitzustellen; die Belüftungsvorrichtung und der Belüftungsturm sollen dabei sowohl für neue Abwasserreinigungsanlagen als auch zur Nachrüstung bestehender, rein mechanischer Anlagen geeignet sein. Diese Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst. Die Erfindung geht dabei von dem Grundgedanken aus, die gesamte Anlage in eine Pumpvorrichtung mit Rücknahmevorrichtung, eine Abwasser-Luft-Mischvorrichtung mit einem Luftinjektor und einen oder mehrere Belüftungstürme#auf- zulösen; durch diese Auflösung ist es möglich, die Pumpvorrichtung, die Abwasser-Luft-Mischvorrichtung und die Belüftungstürme jeweils als montagefertige Bauteile auszubilden, und es können sowohl neue Anlagen kompakt und kostengünstig geplant und errichtet werden als auch bestehende,rein mechanische Anlagen in biologische Kläranlagen umgebaut werden, wodurch der Reinigungsgrad erheblich verbessert wird. Das in einem durchflossenen Faulraum vorgereinigte Abwasser wird in der vorzugsweise vorgefertigten Pumpvor richtung, wie einem Pumpenschacht, mit vorzugsweise ebenfalls im Werk vorinstallierter Verdüsungspumpe durch eine Rohrleitung gedrückt. In der Abwasser-Luft-Mischvorrichtung wird mittels eines Injektors ein Abwasser Luft-Gemisch erzeugt, welches dann dem Belüftungsturm zugeführt wird. In dem Belüftungsturm wird das Gemisch mittels einer vorzugsweise nach oben gerichteten Verdüsungsvorrichtung versprüht und kann dadurch Luftsauerstoff aufnehmen. Die gesamte Anlage kann in montagefertigen Bauteilen geliefert werden, und die Pumpvorrichtung und der oder die Belüftungstürme brauchen nur auf den vorbereiteten Fundamenten verankert zu werden; anschliessend sind die Rohrleitungen nach den örtlichen Gegixtheiten zu verlegen. Durch die mögliche Vorfertigung der wesentlichen Bauteile werden gleichbleibende Qualitäten in der Ausführung gewährleistet. Die Facharbeiten werden in das Herstellerwerk verlegt, wo die Leistungen billiger als auf der Baustelle zu erbringen sind. Zudem wird wegen der geringen Baumassen, insbesondere auch der Belüftungstürme eine Verbilligung der Bauwerke erzielt. Die Bauzeit wird ebenfalls stark verkürzt, da nur Montagearbeiten anfallen. Durch Typenbauweise kann ausserdem in Serie gefertigt werden. Durch die Unterteilung in mehrere Stufen kann insbesondere bei grösseren Anlagen auch Energie gespart werden, da nur die erforderliche Verdüsungsmenge in Umlauf gebracht werden muss. Bestehende Anlagen lassen sich leicht umrüsten und durch eine biologische Stufe mit der erfindungsgemässen Belüftungsvorrichtung ergänzen, da der relativ geringe Platzbedarf der erfindungsgemässen Belüftungsvorrichtung bei Kläranlagen fast immer vorhanden ist oder zuerworben werden kann. Im Betrieb ist die gesamte Anlage aufgrund der möglichen selbstentleerenden Konstruktion aller wasserführenden Teile frostsicher. Der erfindungsgemässe Belüftungsturm ist ebenfalls ein kleinvolumiges, vorfertigbares Bauteil mit geringer Baumasse, das betriebssicher und auch bei Stillstand frostsicher ist. In einer bevorzugten Ausführungsform werden mehrere derartige Belüftungstürme parallel geschaltet und können je nach Bedarf gemeinsam oder einzeln betrieben werden, wodurch eine hervorragende Anpassung an den Reinigungsbedarf möglich ist. Im Belüftungsturm wird der von der Verdüsungsvorrichtung erzeugte Abwasser-Luft-Gemischstrahl vorzugsweise gegen eine oben angeordnete, gewölbte Prallplatte oder Verteilerscheibe gerichtet, von der die Tropfen auf einen als Platten-Tropfkörper ausgebildeten Intensiv-Verteiler fallen, der die Tropfen des Gemisches weiter verfeinert. Der Intensiv-Verteiler besteht vorzugsweise aus stehend angeordneten Kunststoff-Waben. Danach fallen die feinen Tropfen auf einen Spritzboden, indem sie von Stufe zu Stufe weiterverfeinert werden; durch die Vergrösserung der gesamten Oberfläche der Tropfen ist eine Intensiv Belüftung des Abwassers möglich. Die Tropfen werden schliesslich in einem Ablauf aufgefangen. Die erfindungsgemässe Belüftungsvorrichtung eignet sich insbesondere als Abwasserbelüfter zum Sauerstoffeintrag für die biologische Abwasserreinigung in Kläranlagen, die nach dem Prinzip der durchflossenen Faulräume arbeiten, insbesondere für kleine Sammelkläranlagen von ca. 100 bis 2da,000 angeschlossenen Einwohnern oder Einwohnergleichwerten EGW. Die Belüftungsvorrichtung ist dabei zwischen die mechanische Vorklärstufe und die biologische Nachklärstufe geschaltet, wobei vorzugsweise eine Rückleitung von der biologischen Stufe zum Pumpwerk der Belüftungsvorrichtung vorgesehen ist, wodurch je nach Verschmutzungsgrad des Abwassers ein mehrfaches Durchlaufen der biologischen Stufe ermöglicht wird. Insbesondere um Selbstentleerung und Frostsicherheit zu gewährleisten, ist der Ablauf der biologischen Stufe vorzugsweise höher angeordnet als der Zulauf der Pumpvorrichtung, Um eine Uberbelastung der Anlage zu verhindern, ist die Pumpleistung des Pumpwerks auf den maximalen Durchfluss bei Regenwetter abgestimmt. Das erfindungsgemässe Verfahren zum Belüften von Abwasser ist insbesondere zur Durchführung mit der erfindungsgemässen Belüftungsvorrichtung geeignet und zeichnet sich dadurch auch, dass das mechanisch vorgeklärte Abwasser zunächst von einer Pumpvorrichtung in eine Abwasser-Luft Mischvorrichtung gepumpt wird, dort mittels eines Injektors mit Luft gemischt wird, das Gemisch einem Belüftungsturm zugeführt, dort verdüst und die erzeugten Tropfen schliesslich immer feiner verteilt werden; dadurch lässt sich auf kostengünstige und einfache Weise eine wirksame Sauerstoffanreicherung des Abwassers erzielen, das anschliessend der biologischen Stufe zugeführt wird. Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 den Grundriss der zwischen eine mechanische Vorklärstufe und eine biologische Nachklär stufe geschalteten, erfindungsgemässen Be lüftungsvorrichtung, und Fig. 2 einen Schnitt der Vorrichtung gemäss Fig. 1. Fig. 1 zeigt eine Abwasserreinigungsanlage, bei der die erfindungsgemässe Belüftungsvorrichtung 20 mit Pumpvorrichtung 21 , Abwasser-Luft-Mischvorrichtung 22 und drei parallel geschalteten Belüftungstürmen 23 zwischen eine mechanische Vorklärstufe 30 und eine biologische Nachklärstufe 40 geschaltet ist. Diese Abwasserreinigungsanlage kann durch nachträgliche Umrüstung einer rein mechanischen Abwasserreinigungsanlage, beispielsweise einer Erdbecken-Faulteichanlage einer kleinen Gemeinde, erstellt werden. Dabei wird der Ablauf 1 der mechanischen Stufe 30 in den Pumpenschacht der Pumpvorrichtung 21 geleitet. Im Pumpenschacht wird das mechanisch vorgeklärte Abwasser mit biologisch geklärtem Abwasser aus der biologischen Stufe vermischt, das über eine mit einem Schwimmerventil 3 abgeschlossene Rohrleitung 2 zugeführt wird. Das Mischungsverhältnis zwischen mechanisch vorgeklärtem und biologisch geklärtem Abwasser richtet sich beispielsweise nach dem Verschmutzungsgrad des Abwassers und beträgt vorzugsweise etwa 1:1. Eine Trennwand mit Rückflussverhinderer schliesst den Rücklauf ab, falls bei Regenwetter ein grösserer Zufluss als bei Trockenwetter auftritt. Die Pumpenleistung der Pumpe 4 ist zur Sicherheit auf den maximalen Durchfluss bei Regenwetter abgestimmt; die im Herstellerwerk vorinstallierte Pumpe wird vom Wasserspiegel des Beckens der mechanischen Vorklärstufe 30 gesteuert. Von der Pumpvorrichtung wird das Abwasser über eine Druckleitung zur ebenfalls montagefertigen bzw. vorgefertigten Abwasser-Luft-Mischvorrichtung 22 gedrückt. Die Abwasser Luft-Mischvorrichtung 22 weist einen Injektor 5 , vorzugsweise eine Laval-Düse oder ein Mischrohr auf. Der Injektor 5 saugt über eine Rohrleitung mit einem Kompressor 6 Luftblasen an. Abwasser und Luft werden im Verhältnis etwa 1:1 bis 1:2, besonders bevorzugt etwa im Verhältnis 1:1,5 gemischt. In der Abwasser-Luft-Mischvorrichtung 22 wird somit aus dem Abwasserstrahl ein Abwasser-Luft-Gemisch ausgebildet, das den drei parallel geschalteten Belüftungstürmen zugeführt wird. Jeder Belüftungsturm 23 weist eine Düse 7 auf, durch die das Abwasser-Luft-Gemisch zunächst relativ grobtropfig verdüst, an den oberen Prallteller 8 gespritzt und dann an den Intensiv-Belüfter oder Intensiv-Verteiler 9 geworfen wird. Jeder Prallteller 8 ist horizontal und vertikal verstellbar,um die Feinheit und Intensität der gebildeten Tropfen und die Wasserverteilung auf dem Intensiv-Verteiler 9 gezielt einstellen zu können. Der Intensiv-Verteiler 9 ist als Platten-Tropfkörper ausgebildet, auf dem der biologische Rasen ausgebildet wird. Der Platten-Tropfkörper weist stehend angeordnete Kunststoffwaben auf und ist zur Erzielung nitratarmen Abwassers hochbelastet. Die Waben des Intensiv-Verteilers 9 vertropfen das Abwasser in feinerer Form auf den perforierten Spritzboden 10 , durch welchen das Abwasser in den Ablauf 11 jedes Belüftungsturmes 23 tropft. über die Rohrleitung 12 , die ebenso wie die Druckleitung von der Abwasser-Luft-Mischvorrichtung 22 für alle Belüftungstürme 23 gemeinsam ist, wird das Abwasser der biologischen Nachklärstufe 40 zugeführt. Der Ablauf der biologischen Nachklärstufe 40 liegt höher als der Zulauf über die Rohrleitung 2 zum Pumpenschacht der Pumpvorrichtung 21 Die erfindungsgemässe Belüftungsvorrichtung 20 zum Sauerstoffeintrag in Abwasser bei der Abwasserreinigung ist auf kleinem Raum erstellbar und erzielt durch Verdüsen des Abwassers über einen als Platten-Tropfkörper ausgebildeten Intensiv-Verteiler 9 einen vorbestimmbaren Sauerstoffeintrag. Durch die Aufteilung der Anlage in eine Pumpvorrichtung 21 , eine Abwasser-Luft-Mischvorrichtung 22 und einen oder mehrerer Belüftungstürme 23 sowie durch die Verdüsung des Abwassers insbesondere in den Belüftungstürmen 23 werden geringe Baumassen erzielt und die Belüftungsvorrichtung sowie die gesamte Ab wasserreinigungsanlage dadurch kostengünstig hergestellt und unterhalten. Die Bauzeit beträgt nur wenige Wochen, da die einzelnen Teile des Bauwerkes und die Kunststoffwaben,vorzugsweise GFK-Waben,des Intensiv-Verteilers 9 vorgefertigt und rasch zu montieren sind. Die erfindungsgemässe Belüftungsvorrichtung 20 kann insbesondere zur Sanierung von nicht mehr leistungsfähigen Kläranlagen, zum Sauerstoffeintrag für eine dritte biologische Reinigungsstufe, zur Geruchsbekämpfung durch Belüftung, bei offenen Faulräumen oder zur Aufrüstung von sogenannten Erdbecken-Kläranlagen mit teilbiologischer Wirkung und bei biologischen Kläranlagen eingesetzt werden. Durch das Baukastenprinzip sind auch spätere Erweiterungen und Umrüstungen möglich, und die Abwasserreinigungsanlage kann dadurch laufend dem Bedarf angepasst werden.

Claims: Patentansprüche 1. Belüftungsvorrichtung für die Abwasserreinigung, d a d u r c h gekennzeichnet, dass eine Pumpvorrichtung (21), eine Abwasser-Luft-Misch vorrichtung (22) und mindestens ein Belüftungsturm (23) hintereinander geschaltet und getrennt voneinander ange ordnet sind. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpvorrichtung (21), die Abwasser- Luft-Misch vorrichtung (22) und der Belüftungsturm bzw. die Be lüftungstürme (23) jeweils als montagefertige Bauteile ausgebildet sind. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Rückleitung (2) von einer der Belüftungsvorrichtung (20) nachgeschalteten biologischen Stufe zur Pumpvorrich tung (21) zum Mischen von der Belüftungsvorrichtung (20s zugeführtem, mechanisch vorgeklärtem Abwasser mit bio logisch geklärtem Abwasser aus der biologischen Stufe, vorzugsweise etwa im Verhältnis 1:1, wobei der Ablauf der biologischen Stufe vorzugsweise höher liegt als der Zulauf der Pumpvorrichtung (21). 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Belüftungstürme (23) paral lel geschaltet sind. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwasser-Luft-Mischvorrichtung (22) einen Injektor (5) aufweist, der vorzugsweise als Laval-Düse ausgebildet ist. 6. Belüftungsturm zum Sauerstoffeintrag bei der Abwasser reinigung, insbesondere für eine Belüftungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine nach oben gerichtete Düse (7) zum tropfenförmigen Versprühen eines Abwasser-Luft-Gemisches und einen In tensiv-Verteiler (9) zur Verfeinerung der Tropfen des Gemisches. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6,gekennzeichnet durch eine vorzugsweise einstellbare Prallplatte (8), die die von der Düse (7) auftreffe#nden Tropfen des Abwasser-Luft Gemisches an den Intensiv-Verteiler (9) wirft. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch einen perforierten Spritzboden (10), auf den die Tropfen vom Intensiv-Verteiler (9) in feinerer Form ver tropft werden, und durch einen die feineren Tropfen auffangenden Ablauf (11). 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8,dadurch gekennzeichnet, dass der Intensiv-Verteiler (9) als Platten-Tropfkörper. ausgebildet ist, der vorzugsweise stehend angeordnete Kunststoffwaben aufweist. 10.Verfahren zum Belüften von Abwasser, insbesondere mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da durch gekennzeichnet, (a) dass das aus einer mechanischen Vorklärstufe ab fliessende Abwasser in eine Abwasser-Luft-Misch vorrichtung (22) gepumpt wird, (b) dass das Abwasser in der Abwasser-Luft-Mischvor richtung (22) mittels eines Injektors vorzugsweise im Verhältnis von etwa 1:1,5 mit Luft gemischt wird, (c) dass das Abwasser-Luft-Gemisch mindestens einem Be lüftungsturm (23) zugeführt wird, (d) dass der Strahl des Abwasser-Luft-Gemisches im Be lüftungsturn (23) mittels einer Düse (7) tropfen förmig versprüht wird, (e) dass die versprühten Tropfen mittels einer Prall platte (8) und eines Intensiv-Verteilers (9) feiner verteilt werden.

Inventors: GEBERT, HEINZ, DIPL.-ING., SEEBAUER, RUDOLF
Applicants: GEBERT, HEINZ, DIPL.-ING.
Application year: 1984
Main classification: C02F3
IPC codes: C02F3