DEVICE FOR BIOLOGICAL WASTE WATER TREATMENT

Abstract: 1. Device for biological waste water treatment, comprising a closed reactor vessel presenting in spaced vertical and concentric relation to each other an outer shell and an inner flow conduit pipe, and presenting an overflow determining the liquid level and the upper gas collecting space at the outer shell to the inner flow conduit pipe terminating above the reactor body bottom and below the liquid level, waste water and an oxygen-containing gas over a nozzle being added, characterized by that from the closed reactor vessel, bacteria containing waste water is removed and is led back by means of a pump (7) into the upper area of the flow conduit pipe (2) from above over a jet nozzle (6), through the nozzle outlet section (13) of which a slip-in pipe (12) being arranged centrally and in spaced relationship, said pipe (6) extending into the underpressure area of the jet nozzle (6) and being in connection with an area containing oxygen-containing gas.

Description: Gerät zur biologischen Abwasserreinigung Die Erfindung betrifft ein Gerät zur biologischen Abwasserreinigung gemäss den Oberbegriff des Patentanspruches 1. Die biologische Reinigung des Abwassers dient zur Abscheidung organischer Schadstoffe, die von Mikroorganismen unter Verwendung von Sauerstoff in unschädliche Stoffe umgewandelt werden. Die ursprünglich zu diesem Zweck einyesetzten Rieselfelder und auch das heute weitgehend eingesetzte Belebtschlamniverfahren erfüllen die durch die rasch fortschreitende Entwicklung der Ballungsgebiete bedingten erhöhten Anforderungen nicht mehr. Die angestrebte hohe Reinigungsleistung sowie die notwendige Vermeidung von Geruchs- und Lärmbelästigungen erzwingen Lösungen, bei denen der zugeführte Sauerstoff intensiver ausgenutzt wird. In der DE-OS 31 08 629 wird eine Abwasser-Aufbereitungsanlage beschrieben, bei welcher in einem vertikalen zylind risciien Aussenrohr mit einem inneren Strömungsleitrohr das Abwasser mittels einer Pumpe umgewälzt wird. Dabei wird das abgepumpte Abwasser dem inneren Strömungsleitrohr, welches das Flüssigkeitsniveau der Aufwärtsstromkall er überragt, von oben zugeführt. Ausserdem wird über ein Gebläse in das Strömungsleitrohr sauerstoffhaltiges Gas eingespeist. Um die Lösungsfähigkeit des Abwassers für Sauerstoff zu erhöhen, sollen die beiden, die Umwälzkammern bildenden Aussen- und Innenrohre bis zu einer Tiefe von 100 in führen. Hieraus ist ersichtlich, welche Dimensionen eine solche Anlage aufweist. Weil es sich um eine offene Anlage handelt, sind Geruchsbelästigungen nicht auszuschliessen. Die als geschlossenes Reaktorgefäss ausgebildeten Geräte, wie sie in der chemischen Industrie eingesetzt werden, z. B. für Fernientationsprozesse (DE-OS 31 03 681), sind in den bekannten Konstruktionen nicht auf die Abwasserreinigung übertragbar, weil die Einflüsse, welche von den tviikro- organismen ausgehen, nicht berücksichtigt sind. Die mikrobielle Umsetzung kann in folgender Gleichung ausgedrückt werden: organ. Schadstoffe + 02 Bakterien CO2 + H20 + Zellsubstanz Bei hoch- und höchstbelasteten Abwässern ist in herkömmlichen Anlagen ein merklicher Anteil an Schadstoffen nicht mikrobiell abbaubar, so dass kostspielige und aufwendige Reinigungsstufen angeschlossen werden müssen, z. B. durch adsorptive Bindung der Schadstoffe oder durch chemische Umwandlung. Für neuzeitliche Anlagen wird aber ein geringes Bauvolumen bei niedrigem Grundflächenbedarf, eine emissionsdichte Bauweise sowie eine hohe betriebliche Flexibilität und hohe Sauerstoffausnutzung gefordert. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe diese Anforderungen in optimaler Weise zu erfüllen. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Der Eintrag von Abwasser und sauerstoffhaltigem Gas in das unter dem Flüssigkeitsniveau angeordnete mittige Strömungsleitrohr mittels einer Triebstrahldüse, durch deren Düsenaustrittsquerschnitt ein mit Sauerstoff versorgtes Einsteckrohr geführt ist, bewirkt eine Vermischung von Bakterienmasse und Sauerstoff in einem nicht für möglich gehaltenen Ausmass. Bekanntlich hängt der Abbau organischer Schadstoffe durch Bakterien bei vorgegebener Masse an Bakterien entscheidend von der Grösse der vorhandenen Bakterienagglomerate ab, denn der Ubergang für den Sauerstoff aus den feinverteilten Luftbläschen andie Bakterien ist umso besser, je feiner die Bakterien in der Flüssigkeit verteilt sind bzw. je grösser die zur Verfügung stehende Oberfläche der Bak terienagglomerate ist. Mit dem Reaktor gemäss der Erfindung wird ein bis zu 70 x schnellerer Abbau gegenüber üblichen Belebungsbecken erreicht, so dass man mit einem entsprechend kleineren Volumen- und Flächenbedarf auskommt. Ausserdem wird eine geschlossene Bauweise ermöglicht, wodurch Geruchsbelästigunyen vermieden werden. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele und weitere Merkmale der Erfindung dargestellt. Es zeigen Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch den Reaktor Fig. 2 die Triebstrahldüse in grösserer Darstellung Fig. 3 eine aus zwei hintereinander geschalteten Reaktoren bestehende Einheit Der Kompaktreaktor besteht aus dem aufrecht stehenden äusseren zylindrischen Mantel 1, welcher mit Abstand das im Inneren angeordnete Strömungsleitrohr 2 umgibt. Das oberhalb des Gehäusebodens 3 und unterhalb des durch den Überlauf 4 bestimmten Flüssigkeitsniveaus 5 endende Strömungsleitrohr 2 hat die Aufgabe, das von der Triebstrahldüse 6 zugeführte Abwasser-Gas-Gemisch durch das Strömungsleitrohr nach unten zuführen und von der aussen wieder hochsteigenden Säule zu trennen. Der Triebstrahldüse 6 wird Abwasser über die Pumpe 7 und die Zirkulationsleitung 8 zugeführt, welches bei 9 unten aus dem Reaktor entnommen wird. Die Pumpe 7 kann auch als Tauchpumpe ausgebildet und im Reaktorgehäuse angeordnet sein. Der Abwasserzulauf 10 von der Vorreinigungsstufe ist unten vor der Saugseite der Pumpe 7 angebracht, während sich der Überlauf 4 zur Nachreinigungsstufe oben am Reaktorgehäuse befindet, so dass sich oberhalb des Überlaufs 4 ein Gassammelrauni 11 bildet. Durch die Triebstrahldüse 6, welche bis in den oberen Bereich des Strömungsleitrohres 2 ragt ist mittig ein Einsteckrohr 12 durch den Düsenaustrittsquerschnitt 13 geführt, welches mit einem sauerstoffhaltigen Gas, z. B. mit der Aussenluft in Verbindung steht. Der aus der Triebstrahldüse 6 austretende Abwasserstrahl saugt über das etwas vorstehende mittige und den Düsenaustrittsquerschnitt 13 radial freilassende Einsteckrohr 12 Luft oder ein anderes Gas an (Injektor- bzw. Ejektorprinzip), wodurch eine äusserst feine Luftbläschenbildung eintritt und ausserdem diese Luftbläschen mit der Bakterienmasse innigst vermischt werden. Die Bakterienagglomerate werden beim Passieren der Triebstrahldüse auseinandergerissen und es wird ein nicht für möglich gehaltener intensiver Schadstoffabbau auf kleinstem Raum erreicht. Je nach Art des verwendeten Abwassers erfolgt ein 20 - 100 mal schnellerer Abbau als in herkömmlichen Anlagen. Ausser der Dispergierung der durch das Einsteckrohr 12 angesaugten Primärluft erfolgt nämlich auch eine Sekundärdispergierung der mit dem Abwasser in Reaktor zirkulierenden Luftblasen, welche bei der Rückführung oben wieder in den Bereich der Triebstrahldüse gelangen. Die Umlenkplatte 14 oberhalb der Entnahnieöffnung am Gehäuseboden 3 erleichtert die Zirkulation des unten aus dem Strömungsleitrohr 2 austretenden Abwasser-Luft-Geniisches - wie durch die Pfeile angedeutet ist - zurück zum oberen offenen Ende des Strömungsleitrohres 2, um dort die gewünschte Sekundärdispergierung der zirkulierenden Luftblasen herbeizuführen. In Fig. 2 ist schematisch angedeutet, wie die seitlich der Triebstrahldüse 6 zuströmenden Luftblasen im Unterdruckbereich in viele kleine Luftblasen aufgeteilt werden. Die im oberen Gassaminelrauni 11 angesammelten leichtflüchtigen und schädlichen Kohlenstoffverbindungen können über einen Filter 15 geleitet und von diese ab- bzw. adsorbiert werden. Ausserdem wirkt bei Ansaugung aus dem Saiimelraum der Reaktorinhalt als Biofilter. Neben der Erhöhung der Abbauleistung gegenüber konventionellen Anlagen zeigt sich bei erfindungsgemässen Reaktor noch ein zusätzlicher Effekt und zwar wird durch die beschriebene Aktivierung der Bakterien im Scherfeld der Triebstrahldüse eine bessere Sedimentation erreicht. Bei allen bisher untersuchten Abwasserarten ergab sich ein Schlammindex von ISV < 50 inl/g, so dass die Sedimentationsbecken bei Verwendung des erfindungsgemässen Reaktors problemlos mit einer Oberflächenbeschickung von 1t q+' 8 betrieben werden können. Damit kann auch bei den nachgeschalteten Reinigungsstufen der Grundflächenbedarf wesentlich reduziert werden. Als wesentlicher Vorteil für den erfindungsgemässen Reaktor ist neben den wesentlichen reduzierten Investitionskosten noch der reibungslose Winterbetrieb zu erwähnen, da auf Grund der kompakten Bauweise und der hohen Energiedissipation von E/Vs 2 kW/m3 eine Temperaturabsenkung im Belebungsteil nicht auftritt. In Fig. 3 ist eine Doppelanlage gezeigt, bei welcher ausserdem das sich oben im Reaktorgehäuse ansammelnde Gas wieder dem Abwasser zugemischt werden kann. Das vom mechanischen Vorreiniger kommende Abwasser wird bei 16 der Zirkulationsleitung 8 des ersten Reaktors zugeführt und in der vorher beschriebenen Weise behandelt. Sollte es sich dabei um ein besonders hochbelastetes Abwasser handeln und die Reinigung nicht ausreichend sein, wird aus dem ersten Reaktor das Abwasser über die Zwischenleitung 17 dem zweiten Reaktor zugeführt und dort in einer zweiten Stufe behandelt. In der selben Weise könnte eine weitere Stufe nachgeschaltet werden. Zur Umwälzung dienen in diesem Aus führungsbeispiel die Pumpen 18. Das biologisch gereinigte Abwasser wird über die Ableitung 19 zu einer nachgeschalteten Sedinientationsstufe geleitet, wo die Bakterienmasse vom gereinigten Abwasser getrennt wird. Zur Impfung der Reaktoren mit Biomasse wird im Bedarfsfalle aus der Sedinientationsstufe ein Teil Biomasse über die Rückleitung 20 rückgeführt. Der Überlauf 4' des zweiten Reaktors ist tiefer angeordnet als der Überlauf 4 des ersten Reaktors, so dass ein natürliches Gefälle zwischen den beiden Reaktoren gegeben ist. Die sich in den oberen Gassanimelräumen 11 und 11' ansammelnden schädlichen Gase können dadurch reduziert werden, indem sie über die Rohrleitungen 21 und 21' im Bedarfsfalle an das Einsteckrohr 12 bzw. 12' angeschlossen und damit dem angesaugten Luftstrom zugeführt werden. Die Ventile 22, 23 und 24 erlauben eine beliebige Lenkung dieser Gase. So können beispielsweise auch die im ersten Reaktor entstehenden Gase dem zweiten Reaktor über die Ausgleichsleitung 25 zugeführt werden und umgekehrt. Schädliche Restgase können durch im Gassanimelraun 11 angeordnete Absorptionseinrichtungen 26 entfernt werden. Im Regelfalle reicht jedoch schon die Biofiltration des Reaktorinhaltes aus.

Claims: Patentansprüche 1. Gerät zur biologischen Abwasserreinigung, welches ver tikal und konzentrisch mit Abstand zueinander angeordnet einen äusseren Mantel und ein inneres Strömungsleitrohr aufweist, wobei dem inneren Strömungsleitrohr im oberen Bereich im Kreislauf umgewälztes Abwasser sowie ein sauerstoffhaltiges Gas zugeführt wird, gekennzeichnet durch ein geschlossenes Reaktorgehäuse mit einem am äusseren Mantel (1) angeordneten Überlauf (4), welcher das Flüssigkeitsniveau (5) und damit einen oberen Gassamnielrauni (11) bestimmt, wobei das umgewälzte Abwasser in das unterhalb des Flüssigkeitsniveaus (5) und oberhalb des Reaktorgehäusebodens (3) endende Strömungsleitrohr (2) von oben mittels einer Trieb strahldüse (6) eingeleitet wird, durch deren Düsenaus trittsquerschnitt (13) mittig mit Abstand ein Einsteck rohr (12) geführt ist, welches mit einem sauerstoff haltigen Gas enthaltenden Raum in Verbindung steht. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsteckrohr (12) bis in den Unterdruckbereich der Trieb strahldüse (6) reicht. 3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsteckrohr (12) aus dem Düsenaustrittsquer schnitt (13) um das 0,4 bis 6-fache des Düsendurch messers herausragt. 4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, dass das Verhältnis vom Durchmesser des Strömungsleitrohres (2) zum Durchmesser zwischen 5:1 und 1,2:1 liegt. 5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass das Verhältnis vom Durchmesser des äusseren Mantels (1) zu dem des Strömungsleitrohres (2) etwa 3:1 bis 5:1 beträgt. 6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass das Flüssigkeitsniveau (5) etwa in einer dem Durchmesser des Strömungsleitrohres (2) entsprechen den Höhe über dessen oberen Ende liegt und der oberhalb des Flüssigkeitsniveaus (5) sich befindende Gassammel raum (11) für die leichtflüchtigen Kohlenstoffver bindungen mindestens eine Höhe aufweist, welche dem halben Durchmesser des äusseren Mantels entspricht. 7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, dass der Gassanimelraum (11) wahlweise über eine absperrbare Leitung an das Einsteckrohr (12) der Triebstrahldüse (6) anschliessbar ist. 8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, dass bei der Hintereinanderschaltung mehrerer Reaktoren deren Gassammelräume (11) über eine absperr bare Ausgleichsleitung miteinander in Verbindung stehen. 9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, dass dem Gassammelraum (11) ein Filter (14) zur Absorption schädlicher Gase nachgeschaltet ist. 10. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, dass im Gassammelraum eine Absorptionsein richtung für schädliche Gase angeordnet ist.

Inventors: MENGES, MARTIN, DIPL. ING., RABIGER, N. DR. ING., Räbiger, N. Dr. Ing.
Applicants: MENGES, MARTIN, DIPL.-ING.
Application year: 1984
Main classification: C02F3
IPC codes: B01J19, C12M1, C02F3, B01J8