Verfahren und Anlage zur Wasserreinigung Die Erfindung betrifft ein. Verfahren zur Wasser reinigung, insbesondere für die Abwasserreinigung, nach dem Belebtschlammverfahren sowie eine An lage zur Durchführung dieses Verfahrens. Das Be- lebtschlammverfahren hat sich zur Wasserreinigung in zunehmendem Masse durchgesetzt und es sind verschiedene Verfahren und Anlagen bekannt, die zur Durchführung dieser Reinigung dienen.
Bei be kannten Anlagen ist mindestens ein Belüftungsbek- ken, beispielsweise in rechteckiger Form, vorgesehen, das mit Einrichtungen zum Umwälzen und Belüften von schlammhaltigem Wasser ausgerüstet ist. Eine bekannte Einrichtung zum Umwälzen und Belüften von schlammhaltigem Wasser ist beispielsweise die sogenannte Inka-Belüftung. Zum Betrieb dieser An lage wird vorzugsweise vorgeklärtes, d. h. von gro ben, leicht sedimentierbaren Komponenten befreites Abwasser verwendet. Während .des Umwälzens und Belüftens wird. eine Reinigung des Wassers auf mikrobiologischem Wege erzielt.
Dabei dienen die Schlammpartikel als Träger und Nährboden für die Mikrolebewesen. Die chemischen bzw. biochemisch enzymatischen Vorgänge, die sich beim Belebt schlammverfahren abspielen, .sind noch nicht voll ständig geklärt und hängen zum Teil von den Verun reinigungen und dem jeweils gewählten Verfahren ab.
Bei dieser Art der Wasserreinigung muss der Schlamm vom inzwischen gereinigten Wasser ge trennt werden. Dazu ist es bekannt, ein Nachklärbek- ken zu verwenden, das unmittelbar in der Nachbar schaft des Belüftungsbeckens angeordnet und mit diesem, beispielsweise durch einen l7berführungs- raum oder einen Kanal verbunden. ist. Es wurde auch schon versucht, das Nachklärbecken unmittelbar mit dem Belüftungsbecken zu verbinden.
Die Trennung von Schlamm und Wasser macht bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen er hebliche Schwierigkeiten, insbesondere wenn sich die Betriebsbedingungen, wie Durchsatzmenge, ändern. Die bekannten Versuche konnten diese Schwierigkei ten nicht beheben.
Die Schlammtrennung konnte daher bisher wegen der ungenügenden Wirksamkeit der bekannten Ver fahren und Anlagen nur mit erhöhtem Aufwand be züglich Dimensionierung der Anlagen und überwa- chung des Betriebes erzielt werden.
Es ist daher ein wesentliches Ziel der vorliegen den Erfindung, eine wirksame Trennung von Schlamm und Wasser bei der Abwasserreinigung zu ermöglichen. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur Reinigung von Abwasser, das mit geringeren Anlage- und Betriebskosten durchzuführen ist als die bekannten Verfahren und einen gleichmässigeren Betrieb gewährleistet als diese.
Die Erfindung soll fernerhin eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens ermöglichen.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass der wesentliche Nachteil der bekannten Verfahren und Anlagen dieser Art in der Abhängigkeit der Strömungsverhältnisse im Nachklärbecken vom Durchsatz, d. h. der pro Zeiteinheit zugeführten Ab wassermenge oder der pro Zeiteinheit erzeugten ge reinigten Wassermenge, besteht.
Es wurde gefunden, dass sich die Sedimentations- fähigkeib der Schlammteile bei den bekannten Ver fahren und Anlagen, wahrscheinlich durch enzymati sche Vorgänge, nachteilig verändert, weil die Bedin gungen bei .der Nachklärung, d. h. insbesondere die Strömungsverhältnisse im Nachklärbecken ungünstig sind oder sich während des Betriebes in ungünstiger Weise ändern.
Gemäss der Erfindung werden daher die Strömungsverhältnisse im Nachklärbecken vom Durchsatz unabhängig und steuerbar gemacht, so dass unabhängig von Durchsatzveränderungen im Nachklärbecken die für die Schlammtrennung opti malen Bedingungen erreicht und erhalten werden können. Dadurch können sowohl unerwünschte Schlammablagerungen und Verstopfungen als auch unerwünschte Veränderungen des Schlammes bezüg lich seiner Sedimentationseigenschaften verhindert und die oben erwähnten Nachteile behoben werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ausser einer primären im Be- lebtschlamrnbecken erfolgenden Zirkulation zusätz lich eine von der primären Zirkulation unabhängige Sekundärzirkulation vorgesehen ist, wobei die Inten sität der Sekundärzirkulation durch Energiezufuhr gesteuert wird und die pro Zeiteinheit in der Sekun därzirkulation zirkulierte Wassermenge 2-50 mal so gross ist, als die pro Zeiteinheit der Anlage zuge führte Wassermenge.
Die obere Grenze dieses Verhältnisses ist jedoch nicht kritisch und die Zahlenangaben sind auf den normalen Durchsatz einer Anlage zu beziehen. Wenn z. B. die Zufuhr von Abwasser anormal stark gedros selt oder unterbrochen wird, soll die sekundär zirku lierte Schlammwassermenge pro Zeiteinheit immer noch auf die Grösse des normalen Gesamtdurchsatzes abgestimmt werden. Hierbei wird das Verhältnis der pro Zeiteinheit sekundär zirkulierenden Schlamm wassermenge zum tatsächlichen, aber anormal gerin gen Durchsatz erheblich grösser als oben angegeben und erreicht beim vollständigen Unterbruch der Ab wasserzufuhr (Durchsatz = Null) einen unendlich grossen Wert.
Die für Aufrechterhaltung und Steuerung der Sekundärzirkulation verwendete Zufuhr mechani scher Energie kann in üblicher Weise durch mecha nische Fördereinrichtungen, wie Pumpen, Propeller und dergleichen erfolgen. Vorzugsweise wird diese mechanische Energie unter gleichzeitiger Belüftung zugeführt, was in einer Operation mittels Zufuhr ent sprechend komprimierter Luft erzielt werden kann. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Energiezufuhr für die Sekundärzirkulation eine turbulente Strömung unter gleichzeitiger Belüftung der Schlammwasser suspension erzeugt.
Die hauptsächliche Trennung von Schlamm und Wasser erfolgt beim erfindungsgemässen Verfahren zweckmässig im Bereich der Sekundärzirkulation, z. B. in einem entsprechend ausgerüsteten Nachklär- becken, das einen Flocculationsraum oder Ausflok- kungsraum sowie einen Nachklärraum besitzt.
Der durch das erfindungsgemässe Verfahren ver besserte Wirkungsgrad der Schlamm-Wassertrennung ermöglicht Anlagen zur Durchführung des Verfah rens, die im Vergleich zu bekannten Anlagen bei gleichem Durchsatz einen geringeren Platzbedarf und einen geringeren konstruktiven Aufwand erfordern als .die bekannten Anlagen. Eine bevorzugte Anlage gemäss der vorliegenden Erfindung besitzt minde- stens ein Belüftungsbecken mit Einrichtungen zum Umwälzen und Belüften von schlammhaltigem Was ser sowie mindestens ein Nachklärbecken, wobei das Belüftungsbecken durch einen Überführungsraum mit dem Nachklärbecken verbunden ist.
Sie ist da durch gekennzeichnet, dass in dem Abführungskanal eine Fördereinrichtung zum überführen von schlammhaltigem Wasser aus dem Belüftungsbecken in ein aus Flockungsraum und Nachklärraum beste hendes Nachklärbecken angeordnet ist und zwischen dem untersten Teil des.
Nachklärbeckens und dem Belüftungsbecken eine Verbindung zur Rückführung von Schlamm aus dem Nachklärbecken in das Belüf tungsbecken vorgesehen ist, wobei die Umwälzung des schlammhaltigen Wassers in eine Primärzirkula tion im Belüftungsbecken und in eine, vom Wasser durchsatz unabhängige regelbare Sekundärzirkulation im Flockungsraum des Nachklärbeckens trennbar ist.
Eine Fördereinrichtung, die diese beiden Bedin gungen erfüllt, ist z. B. ein Belüftungskasten. Durch entsprechende Anordnung des Belüftungskastens in einem Schacht wird das Niveau des im Schacht be findlichen Wassers mittels der aus dem Belüftungska sten ausströmenden Luft gehoben und kann über eine Überströmkante treten. Die Verwendung einer sol chen oder ähnlichen Förderungseinrichtung ist vor teilhaft, da auf diese Weise eine beliebig steuerbare Menge schlammhaltigen Wassers aus dem Belüf tungsbecken ausgeführt und wobei gleichzeitig wei terbelüftet werden kann.
Die Fördermenge wird, wie oben erläutert, so gewählt, dass sie ein Vielfaches, d. h. das 2-50 und insbesondere das 5-20fache der dem Belüftungsbecken normalerweise zugeführten Abwassermenge beträgt. Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemässen Anlage das Belüftungsbecken durch eine Leitwand vom Nachklärbecken getrennt. Vorteilhafterweise ist die Leitwand an ihrem unteren Ende nach dem Innern des Belüftungsbeckens zu ge krümmt. Der gekrümmte untere Teil der Leitwand bildet dabei zusammen mit dem Beckenboden des Nachklärbeckens einen Strömungskanal, dessen Querschnitt in Richtung zum Belüftungsbecken ab nimmt.
In diesem Kanal kann zusätzlich oder anstelle der oben erwähnten Fördereinrichtung eine z. B. pumpenartig wirkende Fördereinrichtung vorgesehen werden, mit welcher die Sekundärzirkulation bewirkt und gesteuert wird. Die Oberkante der Leitwand bil det dabei gleichzeitig die überströmkante im über führungsraum, einem nach unten geöffneten Schacht, dessen eine Seitenwand in das Belüftungsbecken, die andere in das Nachklärbecken ragt.
Im Ruhezustand endet die überströmkante unmittelbar unter oder etwas oberhalb der Wasserfläche. Der Kanalteil zwi schen Leitwand und Kanalwand im Belüftungsbecken nimmt die entsprechend dimensionierte Förderein richtung auf. Vorzugsweise sind im Nachklärbecken der erfindungsgemässen Anlage eine oder mehrere feste oder verstellbare Leitelemente angeordnet, die eine Aufteilung des Nachklärbeckens in zwei Arbeitsräume gestattet. Die Oberseite des Nachklär- Beckens kann mit einer der bekannten Ablaufrinnen oder Rinnensystemen versehen sein.
Vorzugsweise wird jedoch hierfür eine besondere Siebplatte ver wendet, bei der je eine Ablaufrinne an jeder Seite mit einer parallel zur Rinne verlaufenden Reihe von Durchtrittsöffnungen versehen ist. Diese Ablaufrin- nen besitzen einen schräg verlaufenden Boden und eine in Abströmrichtung zunehmende Breite. Zweck- mässigerweise sind die Durchtrittsöffnungen konisch und verjüngen sich von unten nach oben.
Die erfindungsgemässe Anlage wird zweckmässi- gerweise rechteckig und paarig ausgebildet. In der Mitte der Anlage befindet sich .dabei eine Trenn wand, die zwei durch die gleiche Zuführung zu ver sorgende, aber nicht miteinander in Verbindung ste- hende Belüftungsbecken aufweist. Jede der beiden Seiten des durch die Trennwand getrennten Beckens ist nun mittels einer Leitwand in je ein Belüftungs becken und je ein Nachklärbecken unterteilt.
An bei den Seiten einer derartigen paarigen Anlage sind Ab- flussrinnen für das durch die Ablaufrinnen oder die Siebplatten aus dem Nachklärbecken austretende ge reinigte Wasser angeordnet. Zweckmässigerweise sind nahe der Sohle jedes Nachklärbeckens Abzugs leitungen für überschussschlamm vorgesehen, bei spielsweise im Abstand von 3-5 m längs des Beckens. Der Abzug kann in bekannter Weise durch über druck in Düker-Leitungen erfolgen, die in, über schuss-Schlammrinnen münden.
Die Erfindung soll nun anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 die Hälfte einer doppelseitigen Anlage im Querschnitt, Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Siebplatte, Fig. 3 einen Grundriss der in Fig. 2 dargestellten. Siebplatte und Fig. 4 einen Querschnitt nach A-A durch die in Fig. 2 und 3 gezeigte Platte.
In der Anlage von Fig. 1 ist das Belüftungsbek- ken 1 durch die Wand 30 von dem spiegelbildlich gleichen, in Fig. 1 aber nicht vollständig dargestellten Teil der Anlage getrennt. Das Belüftungsbecken 1 wird ebenso wie das parallele Belüftungsbecken 31 durch die Zulaufrinnen 32, 33 mit vorgeklärtem Wasser versorgt. Ein zentraler Luftkanal 34 versorgt die Belüfter 35, 36 mit Druckluft. In jedem Belüf tungsbecken befindet sich ferner eine Führungswand 37, 38. Anordnung und Betrieb solcher und ähnlicher Belüftungsbecken für die Belebtschlammreinigung ist bekannt.
Parallel zum Belüftungsbecken 1 ist das Nachklärbecken 3 angeordnet und durch die Leit- wand 7 von diesem getrennt. Am oberen Ende der Leitwand 7 ist .der überführungsraum 4 vorgesehen. Dieser Raum wird seitlich durch die Wände 4a und 4b begrenzt. Zwischen dem oberen Ende der Leit- wand und der Seitenwand 4a ist ein Belüftungskasten 5 vorgesehen, der durch die Leitung 5a mit Druckluft versorgt wird.
Durch diesen Belüfter wird schlamm- haltiges Wasser aus dem Belüftungsbecken 1 in das Nachklärbecken 3 überführt und dabei verwirbelt und belüftet. Die Förderung kann durch Regelung der zugeführten Luftmenge gesteuert werden. An ihrem unteren Ende 8 ist die Leitwand 7 nach innen gekrümmt und bildet zusammen mit dem Beckenbo den 39 einen Strömungskanal 6, .dessen Strömungs querschnitt in Richtung zum Belüftungsbecken hin abnimmt.
Im Nachklärbecken sind zwei feste oder verstellbare Leitelemente 10 bzw. 11 angeordnet, die eine Aufteilung des Nachklärbeckens in zwei Arbeitsräume 12 bzw. 13 ermöglichen. Der Arbeits raum 12 dient als Flockungsraum, während der Raum 13 der Nachklärraum ist. Als oberer Ab- schluss des Nachklärbeckens ist die Siebplatte 14 oder eine Rinne bzw. ein Rinnensystem angeordnet. Das durch die Öffnungen 15 ausströmende gereinigte Wasser fliesst durch ,die Ablaufrinne 16 ab.
Zur Ent nahme von überschüssigem Schlamm ist die in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnete Düker-Leitung 17 vorgese hen, durch welche der überschüssige Schlamm in die Schlammablaufrinne 18 gebracht und dort abgeführt wird.
Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch ein Segment einer bevorzugten Siebplatte, die es gestattet, das Wasser auf praktisch die gesamte Nachklärbecken oberfläche abzuleiten und dadurch den Inhalt des Nachklärbeckens zu verkleinern. Dieses Siebplatten element besitzt eine Abströmrinne 20, je eine Reihe 21 bzw. 22 und Durchtrittsöffnungen 23. Der Ver lauf der Rinne 20 ist in .den Fig. 3 und 4 klar zu er kennen.
Der Boden der Rinne senkt sich (Fig. 2) von links nach rechts, um das entsprechende Gefälle zu erzeugen. Gleichzeitig wird die Rinne 20 (Fig. 3) von links nach rechts breiter, um die zunehmende Menge Wasser stauungsfrei abzuführen.
Im folgenden ist die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Anlage beschrieben. Im Belüftungsraum 1 wird das schlammhaltige Wasser in der Richtung der beiden Pfeile umgewälzt. Ein Teil dieses schlammhaltigen Wassers wird durch die Förderein richtung 5 unter Belüftung abgezogen und in das Nachklärbecken 3 bzw. zunächst in den Flockungs- raum 12 überführt.
Im Flockungsraum setzen. sich die Schlammpartikel rasch ab und strömen nach un ten und über die Verbindung 6 wieder in das Belüf tungsbecken zurück. Das vom Schlamm weitgehend abgetrennte Wasser dagegen tritt durch die öffnun- gen zwischen .den festen oder regulierbaren Leitele- menten 10 und 11 in den Raum 13 des Nachklärbek- kens 3, in welchem .die restliche Klärung erfolgt, und wird durch die Ablaufkonstruktion 14 abgeführt.
Die in Fig. 1 gezeigte Anlage besitzt gegenüber den bekannten Wasserreinigungsanlagen folgende Vorteile: Durch die Aufteilung der Umwälzung des schlammhaltigen Wassers in zwei Teilströme wird eine überraschende Verbesserung der Ausflockung des Schlammes bei der Nachklärung ermöglicht. Es wurde nämlich gefunden, dass Schlamm, der frisch aus dem Belüftungsbecken entnommen ist, erheblich bessere Ausflockungseigenschaften aufweist, als der gleiche Schlamm nach längerem Stehen.
Obwohl der genaue Mechanismus des Vorganges noch nicht ganz geklärt ist, kann angenommen werden, dass der Sauerstoff bei gut belüftetem aktivem Schlamm eine bessere Trennung ermöglicht als dies im Falle von sauerstoffarmem Schlamm nach länge rem Stehen möglich ist. Wird der auf seine Ab setzeigenschaften geprüfte Schlamm nicht nur gut belüftet, sondern auch einer hohen Turbulenz unmittelbar vor dem Absetzprozess ausgesetzt, so verbessern sich die Absetzeigenschaften. Es wurde gefunden, dass eine möglichst kurze Auf enthaltszeit des Belebtschlammes im Nachklär- becken für die rasche Trennung günstig ist,
und dass durch die mit der oben beschriebenen Anlage ermöglichte Führung des Schlammes die Aufent haltszeit des Schlammes im Nachklärbecken so kurz gehalten werden kann, dass eine störungsfreie und schnelle Nachklärung sicher erzielt werden kann. Im praktischen Betrieb kann die Absetzzeit im Nach klärbecken von normalerweise zwei bis .drei Stunden auf nur 40-60 Minuten herabgesetzt werden. Dabei kann gleichzeitig die Oberflächenbelastung von einem normalen Wert von 1-1,2 auf 2-4 ms/m2. Stunde erhöht werden.
Die bisher notwendigen Schlammräumeinrichtungen im Nachklärbecken und die Rücklaufschlamm-Fördereinrichtungen der be kannten Anlage .sind nicht mehr erforderlich. Alle konstruktiven Teile können zum Teil als vorgefer tigte Teile in Baustoffen, wie Beton, Eternit, Kunst stoff, Stahl und dergleichen einfach und rationell ge fertigt werden. Aufgrund der einfachen Bauweise der erfindungsgemässen Anlage ist gegenüber den besten vergleichbaren bekannten Anlagen eine Erniedrigung der Baukosten von mindestens 15-30 % möglich.