Verfahren und Einrichtung zur mechanisch-biologischen Reinigung von städtischen Abwässern Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur mechanisch-biologischen Reini gung von städtischen Abwässern in mehreren Be handlungsstufen.
Es ist bekannt, Abwässer der genannten Art da durch zu reinigen, dass man zunächst die im Abwas ser enthaltenen Feststoffe durch Sedimentation oder durch sonstige mechanische Behandlung befreit diese Methode wird in der nachfolgenden Beschrei bung als mechanische Reinigung bezeichnet -, und dass man danach die im Abwasser gelösten orga nischen Verunreiningungen durch die Tätigkeit von Mikroorganismen in Gegenwart von Sauerstoff (Luft) zersetzt, gegebenenfalls unter Bildung von absetz baren Feststoffen - diese Methode wird in der nach folgenden Beschreibung als biologische Reinigung bezeichnet.
Zur mechanischen Reinigung werden Klärbecken und andere Behälter benutzt, in denen die Strömung des fliessenden Abwassers soweit verringert wird, dass sich die Feststoffe durch Sedimentation oder Ansammlung an der Wasseroberfläche abscheiden. Der abgeschiedene Schlamm wird in besonderen Be hältern oder Kammern durch einen Faulungsprozess in einen praktisch geruchlosen Rückstand umge wandelt.
Für die biologische Reinigung werden vielfach sog. Tropfkörper benutzt, d. h. Behälter, die mit einem stückigen Füllmaterial beschickt sind, über welches das Abwasser verteilt wird, so dass es in dün nen Schichten über das Füllmaterial fliesst, während gleichzeitig Luft von unten nach oben durch die Füllung des Behälters strömt.
Solche Tropfkörperanlagen sind meist sehr teuer in der Herstellung. Es gibt zwar auch hochbelast- bare Tropfkörper, die wohlfeiler sind, aber die er strebte Reinigungswirkung wird dabei nur teilweise erreicht.
Ein wesentlicher Zweck der Erfindung erstreckt sich darauf, die mechanische und insbesondere die biologische Reinigungswirkung, wobei die biologi sche Reinigung in Tropfkörpern durchgeführt wird, zu verbessern, so dass solche Anlagen mit wesent lich geringem Kostenaufwand erbaut und betrie ben werden können und Nachteile durch Geruch und Ansehen vermindert werden.
Das Prinzip des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass das rohe Abwasser einer in Grob- und Feinreinigung unterteilten mechanischen Reini gung unterworfen und danach der biologischen Reini gung zugeführt wird, aus welcher ein Teil des "bio logisch gereinigten Abwassers wieder der mecha nischen Reinigung zugeleitet wird, während der übrige Teil in ein Nachklärbecken gelangt, aus welchem ein Teil abfliessen kann,
während der verbleibende Teil in einstellbarer Menge mit dem Schlamm des Nach klärbeckens der mechanischen Reinigung oder un mittelbar über eine absperrbare Leitung dem Pum pensumpf zugeleitet wird, und dass der Schlamm der mechanischen Feinreinigung in die mechanische Grobreinigung befördert wird, aus welcher der Schlamm abgezogen wird. In der nachfolgenden Beschreibung wird ein Aus führungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Auf der Zeichnung sind Fig. 1 ein waagerechter Schnitt durch eine erfin- dungsgemässe mechanisch-biologische Reinigungs einrichtung für Abwässer ; Fig. 2 ein senkrechter Schnitt durch den unteren Teil der Einrichtung gemäss Linie 1-1I der Fig. 1 ; Fig. 3 ein senkrechter Schnitt gemäss Linie III- IV-V der Fig. 1 ;
Fig. 4 ein senkrechter Schnitt gemäss Linie III- IV-VI der Fig. 1 ; Fig. 5 ein senkrechter Schnitt durch einen Teil der Einrichtung nach Fig. 1 gemäss Linie VIII-IV der Fig. 1 ; Fig. 6 ein senkrechter Schnitt durch den im Ober teil der Einrichtung gemäss Fig. 1 angeordneten Tropfkörper für die biologische Reinigung gemäss Linie VII-IV-VI.
Die mechanische-biologische Reinigung unter Anwendung von Tropfkörpern lässt sich in einem geschlossenen Bauwerk gut ausführen, wie die Fig.1-6 zeigen.
Die mechanische Vorreinigung ist in Grob- und Feinreinigung unterteilt. Die Grobreinigung findet in den Absetzkammern 31, 31' und die Feinreinigung in den Kammern 32, 33 statt. Im oberen Bereich der Absetzkammern 31, 31' befinden sich die Rinnen 3, 3<B>'</B>, die über die Leitung 3' miteinander verbunden sind. Die Rinne 3<B>'</B> steht über einen senkrechten schmalen Schlitz 26 mit der Kammer 32 und diese über den Schlitz 27 mit der Kammer 33 in Verbin dung. Von der Kammer 33 münden Öffnungen 4 in den Pumpensumpf 5.
Zwischen den Absetzbecken 31 und 33 ist das Nachklärbecken 23 angeordnet, wel ches einen Abfluss 2 für das gereinigte Wasser und eine Schlammabführung 18 besitzt, die in den Sand schacht 28 mündet, welcher mit der Leitung 3' ver bunden ist. Neben dem Pumpensumpf 5 befindet sich ein Schlammrückführungsschacht 7, der mit den tief sten Stellen der Absetzbecken 32, 33 und mit der Kammer 31' in Verbindung steht.
Oberhalb der Absetzkammern ist ein biologischer Tropfkörper 14 angeordnet, der von der Wand 15 umgriffen wird. Der Tropfkörper 14 besitzt einen Teil mit geringerer Höhe, unter welchem sich der Bedie nungsraum 17 befindet.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Ein richtung ist wie folgt Das bei 1 zufliessende Wasser wird in den vier Kammern 31, 31', 32, 33 mechanisch vorgereinigt und gelangt dann in das Abteil 5, aus dem das Ab wasser periodisch oder kontinuierlich mittels Pumpen derart entfernt wird, dass der Abwasseranfall eines Tages über 24 Stunden gleichmässig verteilt zu der biologischen Reinigeranlage (Tropfkörper, Fig. 6) gefördert wird. Schwankungen im Abwasserzulauf werden durch Erhöhen oder Senken des Wasserspie gels in den Kammern 31, 31' 32, 33 ausgeglichen.
Während der Hauptzuflusszeit am Tage steigt also der Wasserspiegel und bei geringerem Zulauf in der Nacht sinkt er wieder ab. Auf diese Weise wird nach Ablauf von 24 Stunden immer der gleiche Wasser stand erreicht. Durch das tägliche Fallen und Steigen des Wasserspiegels wird der Schlamm aus den Ab setzkammern 32, 33 in den Schlammspeicher- und Faulraum 31' bewegt. Der Schlamm aus dem Nach klärbecken 23 gelangt ebenfalls in den Schlammfaul raum 31'. Es wird also der gesamte Schlamm, d. h. sowohl der im Rohwasser suspendierte als auch der im biologischen Tropfkörper gebildete Schlamm, ent gegen der allgemeinen Fliessrichtung des Abwassers in den Faul- und Speicherraum 31' zurückgeführt.
Zur mechanischen Vorreinigung fliesst das Ab wasser durch die Zuflussleitung 1 in die erste sog. Imhoff-Absetzrinne 3, die über der ersten Kammer 31 der mechanischen Anlage angeordnet ist. Der Zu lauf ist so ausgebildet, dass auch bei verschiedenem Wasserspiegel stets eine horizontal gerichtete Strö mung gesichert und ein Abfliessen des Wassers durch den Schlammschlitz 3" der Imhoff-Rinne 3 in den Faulraum 31 weitgehend vermieden wird. Das Ab wasser gelangt dann durch die Verbindungsleitung 3' in eine über der zweiten Kammer 31' angeordnete zweite Imhoff-Rinne 3<B>'</B>.
In den Imhoff-Rinnen wer den die groben Schwimm- und Sinkstoffe aus dem Abwasser abgeschieden und eine Aufwirbelung des Schlammes in den darunterliegenden Faulräumen 31, 31' vermieden. In den zwei Kammern 31 und 31' sammelt sich der gesamte Schlamm der ganzen An lage und fault aus ; er wird in kurzen Zeitabständen zur weiteren Behandlung entfernt.
Von der Imhoff-Rinne 3<B>'</B> fliesst das Abwasser durch einen senkrechten, schmalen Schlitz 26 nach der Kammer 32 und dann nach der Kammer 33, die mit der Kammer 32 durch einen senkrechten Schlitz 27 verbunden ist. In den Kammern 32 und 33 schei den sich die feineren Schlammanteile aus. Diese gelan gen vom Boden der Kammern 32 und 33 durch die mit einer Rückschlagklappe versehene Leitung 8 in das Abteil 7 und von dort über eine Leitung 9 in die Kammer 31'.
Durch die schmalen, senkrechten Schlitze 26, 27 wird eine annähernd gleichmässige, horizontale Strö mung des Wassers in den Kammern und das Abset zen der Schlammteilchen erreicht. Die Absetzvor- gänge werden durch Veränderungen des Wasserspie gels nicht beeinflusst. Die Unterteilung in mehrere Absetzräume verhindert, dass im Abwasser schwim mende, sperrige Bestandteile bis zu den Pumpen ge langen und deren Betrieb stören.
Von der Kammer 33 tritt das Abwasser durch die Öffnungen 4 in das Abteil 5. In den Kammern 31, 31', 32 und 33 und im Abteil 5 ist der Wasser spiegel praktisch gleich. Aus dem Abteil 5 wird das Abwasser durch die eine Pumpe 21 in den sich dre henden Verteiler 19 (Fig. 6) gedrückt und durch die sen oben auf dem biologischen Tropfkörper 14 gleichmässig verteilt, der oberhalb der Kammern 31, 31' und 23 angeordnet ist und einen Bedienungs raum 17 hat. Der über dem Bedienungsraum 17 lie gende Teil des Tropfkörpers 14 hat eine geringere Höhe und entsprechend geringere Reinigungswir kung.
Das Wasser aus diesem niedrigeren Teil des Tropfkörpers wird deswegen auf der Decke der Be dienungskammer 17 gesammelt und fliesst durch eine Rohrleitung 25 dem Schacht 28 zu. Von hier aus fliesst es durch die Verbindungsleitung 3', durch die Imhoff-Rinne 3<B>'</B> und den Schlitz 26 zur Kam mer 32. Das gereinigte Abwasser aus dem übrigen Teil des Tropfkörpers 14 fliesst zu einer Sammelrinne 13 und gelangt durch ein Fallrohr in die Kammer 23.
Zur Aufrechterhaltung optimaler biologischer Verhältnisse im Tropfkörper 14 und zum Ausspülen des Schlammes ist eine absperrbare Leitung von der Kammer 23 zum Abteil 5 vorgesehen. Soll der Tropf körper 14 mit beiden Pumpen 21 gespült werden, so wird der Schieber geöffnet und der Tropfkörper nur mit biologisch gereinigtem und im Nachklärbek- ken 23 entschlammtem Wasser beschickt.
Zur mechanischen Nachreinigung hat das Nach klärbecken 23 in der Mitte eine Vertiefung, in die der im Tropfkörper 14 gebildete Schlamm wegen seiner grösseren Schwere absinkt. Das Abwasser steigt im Nachklärbecken 23 hoch und fliesst über eine Schwelle 24 in eine Sammelrinne und über die Abflussleitung 2 aus der Anlage ab und kann in einen Flusslauf abgelassen werden.
Zu Beginn des Betriebes werden aus der Tropf körperfüllung 14 ein körniger Abtrieb und Reak tionsprodukte ausgespült. Um Störungen des Betrie bes durch dieses körnige Gut zu verhindern, wird das aus dem Tropfkörper 14 kommende Abwasser ent- sandet, bevor es der Nachklärkammer 23 zufliesst. Dies geschieht dadurch, dass das Abwasser aus der Sammelrinne 13 zu einer Klärkammer 29 geführt wird.
In diese wird das Abwasser etwa auf der mitt leren Höhe des Klärraumes eingeführt, so dass es wieder hochsteigen muss, bevor es durch das Ab- flussrohr 16 in die Bodenvertiefung des Nachklär- beckens 23 gelangen kann. Beim Durchfliessen der Kammer 29 setzen sich alle sandigen Bestandteile ab. Das Abwasserschlammgemisch aus dem Nach klärbecken wird zur Entsandung in die Kammer 28 geführt.
Zur Schlammrückführung wird das im Tropfkör per 14 gereinigte Abwasser, soweit es im Nachklär- becken 23 nicht über die Schwelle 24 abfliessen kann, mit dem sich in der Vertiefung des Nachklärbeckens 23 ansammelnden Schlamm durch die Leitung 18, den Sandschacht 28, das Verbindungsrohr 3' und die Imhoff-Rinne 3<B>'</B> in die Kammern 32, 33 geleitet.
Die Schwelle 24, der überlauf der Einrichtung 18 und die Fördermenge der Pumpen 21 werden so ein gestellt, dass nur etwa ein Vierundzwanzigstel des Tagesabwasseranfalles je Stunde über die Schwelle 24 austritt. Der Rest des biologisch gereinigten Ab wassers und der anfallende Schlamm aus dem Nach klärbecken 23 werden über das Abteil 28 und die Imhoff-Rinne 3<B>'</B> in die Kammer 31' und die Kam mern 32, 33 geleitet. Dadurch wird das Abwasser der mechanischen Reinigungseinrichtungen verdünnt, eine Verschlammung des Tropfkörpers 14 vermie den und eine hohe Belastung des biologischen Tropf körpers ermöglicht.
Ausserdem wird der Schlamm des Nachklärbeckens 23 ständig der mechanischen Reinigung zugeführt.
Damit das schon biologisch gereinigte Abwasser nicht zu viel mit Faulschlamm in Berührung kommt, wird der anfallende Schlamm der Reinigungskam- mern 32, 33 bei Wasserspiegeländerung durch die Schlammleitungen 8, 9 und den Schlammschacht 7 in die Kammer 31' zurückbewegt. Bei steigendem Wasserspiegel wird der Schlamm durch die Leitung 8 vom Boden der Kammern 32 und 33 in den Schlammschacht 7 gedrückt. Das Steigrohr 8 ist im Schacht 7 mit einer Rückschlagklappe versehen. Vom Schacht 7 führt eine Falleitung 9 in den oberen Raum der Kammer 31'.
Im Schacht 7 ist diese Lei tung 9 ebenfalls mit einer Rückschlagklappe ver sehen. Bei fallendem Wasserspiegel fliesst deshalb der Schlamm aus dem Schlammschacht 7 über die Rohrleitung 9 zur Kammer 31'. Bei genügend gros- ser Bemessung der Oberfläche des Schlammschachtes 7 und bei genügender Differenz zwischen höchstem und niedrigstem Wasserspiegel wird demnach der ge samte, in den Kammern 32, 33 anfallende Schlamm in die Kammer 31' bewegt.
Man sieht vorteilhaft eine (nicht dargestellte) Handpumpe vor, um den Schlamm gegebenenfalls in die Kammer 31' zu bewegen. Am Schlammsteigrohr 8 wird ausserdem vorteilhaft eine Wasserstrahlpumpe eingebaut, durch welche eine Schlammansammlung am Boden der Kammer 32 festgestellt und entfernt werden kann.
Von den zwei Pumpen 21 des Pumpwerkes hat jede eine gleichgrosse Förderleistung, wie sie zur Beschickung des Tropfkörpers mit etwa 0,8 m3 auf 1 m@ Oberfläche je Stunde erforderlich ist. Eine Pumpe besorgt den Normalbetrieb, eine Pumpe die Reserve. über ein elektrisch betriebenes Uhrwerk mit verstellbaren Drehskalen kann die Betriebspumpe 1-10 Min. in Betrieb und 1-10, Min. ausser Betrieb gesetzt werden. Die gewählten Zeitabschnitte laufen ununterbrochen hintereinander ab.
Jede Pumpe kann wahlweise an die automatische Zeitschaltung ange schlossen werden, wobei die zweite Pumpe Reserve wird. Es wird jedoch immer nur eine Pumpe an die Zeitschaltung angeschlossen und dauernd in Betrieb gehalten.
Wenn der Wasserspiegel in den Kammern 32, 33 bis zu seinem tiefsten Stand, begrenzt durch die Ober kante der im Abteil 5 liegenden Rohrkrümmer 4, absinkt, wird der Zufluss zum Abteil 5, aus dem die Pumpen Flüssigkeit ansaugen, unterbrochen. Die Betriebspumpe arbeitet jedoch weiter und leert das Abteil 5, bis durch einen Schwimmer (nicht darge stellt) die Pumpe ausgeschaltet wird. Steigt im Abteil 5 der Wasserspiegel bis zur Oberkante der Rohr krümmer 4, so wird die Betriebspumpe wieder selbst tätig eingeschaltet.
Da das Abteil 5 im Verhältnis zu den Absetz- kammern 32, 33 klein ist, wird, falls z. B. in den Morgenstunden das Abwasser aus der Anlage nahe zu vollständig abgepumpt und der Zulauf zur Klär- anlage nur sehr gering ist, der Tropfkörper 14 immer noch kurzzeitig mit Abwasser beschickt. Durch die sen kontinuierlichen Betrieb ergeben sich gute bio logische Verhältnisse und es wird auch die Gefahr des Einfrierens beseitigt.
Erreicht der Wasserspiegel in den Kammern 32, 33 und dem Abteil 5 eine bestimmte Höhe, wird durch einen Schwimmer die Rerservepumpe einge schaltet. Diese läuft dann ohne Unterbrechung so lange, bis der Wasserspiegel im Abteil 5 und den Kammern 32, 33 um etwa 2 bis 3 cm abgesunken ist. Während dieser Zeit läuft aber auch die Betriebs pumpe weiter. Während dieser Zeit wird der Tropf körper 14 zusätzlich mit 0,8 m3 je m@ seiner Oberfläche und je Stunde beschickt. Dieser Betriebszustand ergibt eine Belastung von 6-8 m3 Abwasser je m3 Füllung des Tropfkörpers 14 bezogen auf 24 Tages stunden.
Bei Ausfall der elektrischen Zeitschaltung kann das gesamte Klärwerk aber auch auf die Niveau schaltung, wie sie für den Pumpensumpf unterhalb der Rohrkrümmer vorgesehen ist, umgestellt werden. Damit werden allerdings nur solche biologische Ver hältnisse erreicht, wie sie bei den anderen Klär anlagen mit den üblichen Niveauschaltungen erzielt werden.
Der Ausgleich der nicht ganz gleichmässig an fallenden Abwassermengen verschiedener Tage kann wahlweise entweder durch kurzzeitiges Ausschalten der Betriebspumpe beim Erreichen des Tiefstwasser- standes oder durch kurzzeitiges Zuschalten der Re servepumpe bei Erreichen des Höchstwasserstandes herbeigeführt werden.
Zur Schlammentnahme wird im Schnittpunkt der Trennwände, also etwa in der Mittelachse der An lage, ein Rohr eingebaut. Im untersten Teil dieses Schlammentnahmerohres ist ein Drehschieber einge baut. Er wird durch ein bis in den Mittelschacht des Tropfkörpers 14 reichendes Schieberstangenrohr be tätigt. Oben ist dieses Rohr mit Flansch und Stopf büchse gegen das Steigrohr abgedichtet und mit Dreh hebel versehen.
Wird etwa jeden Monat einmal der in der Kam mer 31 abgesetzte Schlamm umgepumpt, wird die Schlammfaulung bedeutend beschleunigt und ein Festsetzen von Sand vermieden ; deshalb kann in manchen Fällen Rechen und Sandfang fortgelassen werden.
Für das Umpumpen des Schlammes sind zwei ab sperrbare Abzweige 12' und 12" aus dem Schlamm steigrohr<B>10</B> vorgesehen. Soll Schlamm der Kammer 31 umgepumpt werden, werden die übrigen Schlamm abgangsleitungen geschlossen und der Schlammab zweig 12' offen gehalten. Durch Einblasen von Luft in das Schlammsteigrohr, und zwar in den unteren Teil desselben, wird dann der Schlamm aus der Trichterspitze der Kammer 31 angesaugt und auf die Oberfläche übergepumpt. Dadurch wird nicht nur der Schlamm umgewälzt, sondern durch den Strahl auch eine sich eventuell gebildete Schlammschicht- decke zerstört.
Sinngemäss gilt dies auch für die Schlammumwälzung der Kammer 31' mit dem Schlammabzweig 12'.
Das bis zu der tiefsten Stelle des Bodens der Kammern 31 und 31' reichende Schlammentnahme rohr mündet mit einem verschliessbaren Abzweig un ter dem Wasserspiegel in einen ausserhalb der dar gestellten Anlage vorgesehenen Schlammentnahme schacht oder ein Schlammtrockenbeet. Beim Ab pumpen aus dem Schlammentnahmeschacht fliesst der Schlamm aus den Kammern 31, 31' der Grob reinigung selbsttätig in den Schacht nach.
Liegen die Schlammtrockenbeete höher als der Wasserspiegel der Vorreinigung oder soll der Schlamm in einen höherliegenden Schlammabführwagen gepumpt wer den, so kann dies ebenfalls mittels einer Pumpe bzw. mittels Druckluft geschehen.
Das kleine, runde, vorteilhaft aus Betonform steinen zusammengesetzte Bauwerk, welches die An lage gemäss Fig. 1-6 enthält, ist unauffällig und ge schlossen. Geruchsbelästigungen sind dadurch und durch die Bewegung des Schlammes vermieden. Das Klärwasser kann deshalb in der Nähe von Wohnun gen und wegen seines geringen Platzbedarfs auch auf Grundstücken von Industrie- und Gewerbebetrieben errichtet werden.
Die Abwasserreinigungsanlage nach Fig. 1-6 kann unter Umständen vorteilhaft auch folgendermassen betrieben werden Das mit Sauerstoff angereicherte, aus dem Tropf körper 14 kommende Gemisch von Abwasser und Schlamm wird der Vertiefung der Kammer 23 ent nommen und unmittelbar in das Abteil 5 bewegt. In das Abteil 5 wird ferner mechanisch vorgereinigtes Abwasser aus den Kammern 32, 33 und der teil gereinigte Ablauf aus dem niedrigen Tropfkörper oberhalb des Bedienungsraumes geleitet. Das Flüssig keitsgemisch wird dann aus dem Abteil 5 dem Tropf körper 14 zugeführt.
Das Verhältnis der Menge des mechanisch vor gereinigten Abwassers zur Menge des damit ver mischten Abwassers aus dem Tropfkörper 14 und die Belüftung des Wassers im Tropfkörper 14 werden derart gewählt, dass sich im Tropfkörper nicht ein polysaprober Schlamm, welcher die Oberfläche der Tropfkörperfüllung verschmiert, bildet, sondern ein mesosaprober Schlamm, der sich von der Tropfkör- perfüllung leicht abspülen lässt, namentlich bei perio discher Beschickung des Tropfkörpers 14.
Ein Teil des aus dem Tropfkörper 14 abgezogenen Abwassers fliesst aus der Kammer ohne Schlamm über die Schwelle 24 ab, der Rest des Wassers und der Schlamm gelangen in das Abteil 5 und vermischen sich dort mit rohem Abwasser, das nur mechanisch vorgereinigt wurde. Laufend oder absatzweise wird ein Teil des Schlammes aus dem Ablauf des Tropf körpers 14 abgezogen und als überschusschlamm in die Kammern 31 bewegt, um die Konzentration des im Kreislauf geführten Abwassers an Schlamm nicht unzulässig ansteigen zu lassen.
Im Gegensatz zu den bekannten Abwasserreini- gungsanlagen, bei denen getrennte Bauwerke für die mechanische Reinigung, für das Pumpwerk, für den biologischen Tropfkörper und für das Nachklärbek- ken vorgesehen sind, sind erfindungsgemäss alle Klär räume und das Pumpwerk in einem einzigen Raum untergebracht.
Einstellbare Abwasser- und Schlamm- rückführungseinrichtungen bewegen den Schlamm aus der mechanischen Reinigung vor und hinter der biologischen Reinigung in den am Zulauf liegenden Schlammfaulraum. Die gedrängte, runde Bauweise spart Baumaterial, Verbindungsleitungen und ergibt nur einen geringen Platzbedarf. Der automatische Be trieb lässt sich auf die Erfordernisse der Reinigung hinsichtlich Abwassermenge und -konzentration ein stellen. Neben der notwendigen Schlammbeseitigung erfordert die Anlage praktisch keine Bedienung, ab gesehen von der üblichen Überwachung.