Verfahren zur Verbesserung der Leistung einer mechanisch-biologischen Abwasserreinigungsanlage In den vergangenen Jahren sind eine beträchtliche Menge von mechanisch-biologischen Abwasserreini- gungsanlagen erstellt worden, die heute infolge starker Entwicklung von Bevölkerung und Industrie zu geringe Leistungen aufweisen. Auch steigt der Anfall von Abwas ser je Kopf der Bevölkerung dauernd.
Leider muss aus- serdem festgestellt werden, dass vielerorts die Reini gungsanlagen von Anfang an zu klein dimensioniert wor den sind. Dieser Umstand bringt mit sich, dass die Klär- Anlagen wohl arbeiten, den gewünschten und verlangten Reinigungs-Effekt wegen der L7berlastung aber nicht erreichen können.
Die unzureichende Reinigung ist erkenntlich am Ge halt suspendierter Stoffe im Ablauf, dem Vorfinden unveränderter oder nur teilweise abgebauter Abwasser stoffe, die sich durch Flocken, Trübungen und hohen biologischen Sauerstoff-Bedarf bemerkbar machen. Ei nerseits verhindert die zu kurze Verweilzeit des Abwas sers in überlasteten Anlagen eine Sedimentation der Schwebestoffe, anderseits ist die Einwirkungsdauer des Bakterien und Protozoen enthaltenden Belebtschlammes zu kurz für einen vollständigen biologischen Abbau.
In der Regel wird das Abwasser in einem Vorklär- becken mechanisch vorgereinigt, d.h. man will in einem Beruhigungsbecken möglichst viel von den Beimengun gen durch Sedimentation oder eventuell durch Flotation abtrennen.
Die Kontrolle verschiedener Anlagen hat gezeigt, dass die Sedimentation natürlicher oder künstlich zugesetzter Schwebestoffe sehr ungleich verläuft und von der Zusam mensetzung des Abwassers abhängig ist. So vermögen gewisse Detergentien und auch Salze (z. B. Polyphos phate) emulgierend zu wirken und je nach ihrem Gehalt eine mechanische Vorreinigung praktisch unmöglich zu machen. Die Praxis hat auch gezeigt, dass der Anfall solcher Verbindungen (aus Haushalt, Gewerbe und In- dustrie) schubweise ist.
Ausserdem vermögen auch viele der dauernd in den Abwässern enthaltenen Kolloide eine derart stabilisierende Wirkung auf die Suspensionen und Emulsionen auszuüben, dass eine Abtrennung mecha nisch gar nicht oder höchstens teilweise eintreten kann.
Die Verwendung von Detergentien, Emulgatoren und Stabilisatoren ist in den letzten Jahren enorm gestiegen, und es ist zu erkennen, dass der Anstieg noch weiter fortdauert. Dabei spielt es keine Rolle, ob diese grenz- flächenaktiven Verbindungen biologisch abbaubar sind oder nicht. Alle diese Stoffe sind bei der der biologi schen Stufe vorgeschalteten mechanischen Stufe voll wirksam.
Das nur mangelhaft vorgeklärte Abwasser bringt viel zu viel Ballast in das dem biologischen Abbau dienende Belüftungsbecken, und die Folge davon ist, dass der Belebtschlamm nur einen Teil der Stoffe abbauen kann. Die Belüftungseinrichtungen vermögen in der zur Ver fügung stehenden Zeit nicht den zum aeroben Abbau benötigten Sauerstoff einzutragen. Die Reinigung stockt infolge Sauerstoffmangel.
Als Begleiterscheinung dieses Zustandes zeigt sich eine schlechte Abtrennung des Be- lebtschlammes vom Wasser im Nachklärbecken. Dies wiederum erschwert oder verhindert die Gewinnung und Rückführung eines Schlammes mit genügend hoher Kon zentration an aktiven Organismen. Die Folge davon sind ein dünner, wenig aktiver Belebtschlamm und ein unvollkommen abgebautes Abwasser.
Bis heute bestand keine Möglichkeit, bei solchen An lagen den Wirkungsgrad merklich zu erhöhen. Die für solche Fälle vorgeschlagenen Erweiterungsbauten über steigen in den meisten Fällen auch die finanziellen Mög lichkeiten der betreffenden Gemeinden oder Körper schaften. Ferner ist festzuhalten, dass auch viel grösser dimensionierte Klärbecken die Schwierigkeiten, hervor gerufen durch die stabilisierten Emulsionen und Suspen. sionen, nur teilweise beheben können. Man hat versucht, die Schwebestoffe durch Filter abzutrennen. Es zeigte sich jedoch, dass die stets vor handenen Kolloide die Poren der Filtereinrichtungen rasch verstopfen und daher hohe Betriebs- und War tungskosten verursachen.
Eine Ausflockung der kollo idalen Stoffe durch Elektrolyte kann zwar weitgehend solche Schwierigkeiten beseitigen, bringt aber zusätzliche unerwünschte Stoffe (Salze) ins Wasser und verschiebt den pH-Wert in ungünstiger Weise. Die Versuche haben ergeben, dass die beste Ausflockung der in gemischten kommunalen Abwässern enthaltenen Kolloide bei pH 4,5 bis 5.0 erfolgt. Um diesen Wert zu erreichen, ist jedoch ein beträchtlicher Salz- oder Säurezusatz erfor derlich. der sich nachteilig auf die Betriebskosten aus wirkt.
Ferner sind genaue Kontroll-, Regel- und Dosier anlagen erforderlich, da die Pufferung des Abwassers beträchlich schwankt.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, die geschilder ten Schwierigkeiten zu überwinden. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Leistung einer mechanisch-biologischen Abwasserreinigungsan- lage, die ein der mechanischen Reinigung des Wassers dienendes Vorklärbecken aufweist. sowie eine Einrich tung zum Durchführen des Verfahrens.
Das erfindungsgemässe Verfahren beruht auf der Erkenntnis, dass eine selbsttätige Ausflockung und nach folgende Sedimentation der kolloidalen Stoffe des Ab wassers im Vorklärbecken deshalb nicht eintritt oder doch zumindest wesentlich erschwert ist, weil die orga nischen Kolloide (Eiweisstoffe) von Natur aus mit einer elektrischen Ladung behaftet sind, die eine gegenseitige Abstossung der kolloidalen Partikeln verursacht. Die genannte elektrische Ladung hat negatives Potential und wurde bisher durch den bereits erwähnten Zusatz von Salzen oder Säuren elektrolytisch neutralisiert.
Es wurde nun gefunden, dass die angestrebte Ausflockung der kol loidalen Stoffe auch dadurch herbeigeführt werden kann, dass nach dein Verfahren gemäss der Erfindung zumin dest ein Teil des rohen Abwassers vor seinem Eintritt in das Vorklärbecken mit einem positiv ionisierten Gas oder Gasgemisch begast wird, und zwar in solchem Aus- mass. dass die von Natur aus ein negatives Potential aufweisende elektrische Ladung der organischen Kolloid partikeln in der gesamten Abwassermenge wenigstens annähernd kompensiert wird.
Auf diese Weise lassen sich die kolloidalen Stoffe zur Ausflockung bringen. ohne dass dem Abwasser zu sätzliche unerwünschte oder gar schädliche Substanzen beigefügt werden müssen. Im Vorklärbecken können die # -tust#eflockten, koagulierten Stoffe vom Wasser mecha nisch abgetrennt werden, wodurch eine starke Entla stung der nachfolgenden biologischen Abbaustufe erzielt wird.
Die angestrebte elektrische Neutralisation der Kol- loidpartikeln kann bereits mit verhältnismässig geringen Mengen des ionisierten Gases oder Gasgemisches her beigeführt werden. Eine grössere Menge positiver Gasio nen würde eine elektrische Umladung der Partikeln auf positives Potential zur Folge haben. wodurch die Aus flockung wieder verhindert würde. Somit ist es zweck- mässig, sowohl aus physikalischen als auch aus wirt schaftlichen Gründen nur gerade soviel Gasionen in das Abwasser einzuleiten als für die Koagulierung und Aus flockung der Kolloidpartikeln erforderlich ist.
Es ist auch möglich, nur einen Teilstrom des dem Vorklärbecken zugeleiteten Abwassers mit einem ioni- sierten Gas oder Gasgemisch zu behandeln. In diesem Fall kann man eine Umladung der Kolloidpartikeln die ses Teilstromes auf positives Potential vornehmen, der art, dass die gesamte elektrische Ladung aller Kolloid- partikeln im Vorklärbecken kompensiert wird. Die posi tiv gewordenen Kolloidpartikeln und die negativ gela denen des nicht begasten Teiles des Abwassers ziehen sich gegenseitig an, was die Koagulation begünstigt.
Besonders vorteilhaft ist es, für die Begasung des rohen Abwassers ein sauerstoffhaltiges ionisiertes Gas oder Gasgemisch. wie z. B. ionisierten Sauerstoff (Ozon) oder ionisierte, ozonhaltige Luft, zu verwenden. Dann wird nicht nur das Ausflocken der Kolloide erzielt, son dern zugleich auch das Abwasser mit Sauerstoff ange reichert, gesättigt oder gar übersättigt, wobei der Sauer stoff mindestens zum Teil im Wasser gelöst wird. Zweck- mässig sind die ionisierten Gasmoleküle mit ungelade nen Sauerstoffmolekülen gemischt. Aus wirtschaftlichen Gründen wird ionisierte Luft für die Begasung des Ab wassers bevorzugt.
Erfolgt eine übersättigung des Ab wassers mit Gas, so entspannt sich dieses anschliessend im Vorklärbecken und unterstützt dabei die Flotation von schwimm- und schwebefähigen Stoffen, wodurch deren Abscheidung vom Wasser erleichtert und geför dert wird.
Der im Abwasser gelöste Sauerstoff wird im Vorklärbecken teilweise etwas herabgesetzt, aber niemals vollständig verbraucht; er gelangt daher mit dem Was ser in die biologisch wirkende Reinigungsstufe der An lage, wo er den aeroben und oxidativen Abbau der orga nischen Substanzen sowie die Aufoxidation verschiede ner anorganischer Verbindungen unterstützt und be schleunigt. Der Sauerstoff erhöht daher die Wirkung des Belebtschlammes und den Wirkungsgrad der biologi schen Reinigungsstufe, ohne dass ein zusätzlicher Auf wand für die Belüftung des Abwassers oder eine län gere Verweilzeit desselben in der biologischen Reini gungsstufe erforderlich wären.
Da beim Arbeiten nach dem erfindungsgemässen Verfahren der grösste Teil der kolloidalen Substanzen bereits im Vorklärbecken aus dem Abwasser abgetrennt werden kann, ist das die biologische Reinigungsstufe ver lassende Abwasser praktisch frei von kolloidalen Stof fen, wodurch im anschliessenden Nachklärbecken eine schnelle und vollständige Trennung des Belebtschlam- mes vom Wasser möglich ist.
Der wiedergewonnene Belebtschlamm weist folglich eine hohe Konzentration auf und gewährleistet bei seiner Rückführung in die biologische Reinigungsstufe eine entsprechend hohe Leistung der letzteren, da die Wirksamkeit des Belebt schlammes proportional zu seiner Konzentration an steigt.
Die Stoffabscheidung im Vorklärbecken kann noch gesteigert werden durch gleichzeitige Phosphatfällung. Zu diesem Zweck kann dem rohen Abwasser vor der Beimischung des ionisierten Gases oder Gasgemisches die erforderliche Menge Fällungsmittel, z. B. Eisen (I11)- chlorid, beigegeben werden. Bei dem nachfolgenden Einbringen des ionisierten Gases oder Gasgemisches erfolgt dann zwangsläufig eine sehr intensive Durchmi- schung des Abwassers und der Fällungsmittel, so dass ein Höchstmass an Wirkung sichergestellt ist.
Die Ionisierung des dem Abwasser zuzuführenden Gases oder Gasgemisches kann mit Hilfe eines handels üblichen Ionisators erfolgen. Die Beimischung des ioni sierten Gases oder Gasgemisches zum Abwasser kann ebenfalls mittels bekannter Vorrichtungen geschehen, wie z. B. Injektoren, Turbomischern usw.
Besonders vorteilhaft ist es, zum Durchführen des erfindungsgemässen Verfahrens eine erfindungsgemässe Einrichtung zu benutzen, welche sich dadurch auszeich net, dass in eine Zuleitung zum Vorklärbecken der me- chanisch-biologischen Abwasserreinigungsanlage eine Strahlpumpenvorrichtung eingeschaltet ist, durch welche wenigstens ein Teil des Abwassers unter Druck hin durchströmt und an deren Saugstutzen ein Gasionisator rngeschlossen ist.
Bei dieser Ausbildung wird das ioni sierte Gas oder Gasgemisch durch Injektorwirkung selbsttätig in die Strahlpumpenvorrichtung eingesaugt, wo es sich mit dem eine hohe Turbulenz aufweisenden Ab wasser innig mischt.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Ver fahrens und einer mechanisch-biologischen Abwasser reinigungsanlage mit der erfindungsgemässen Einrichtung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beige fügte Zeichnung beschrieben, in welcher die Abwasser reinigungsanlage schematisch veranschaulicht ist.
Die dargestellte Abwasserreinigungsanlage weist eine Zuleitung 10 auf, in welche eine Station 11 für die Bei gabe von Fällmitteln für die Phosphatfällung, eine Druckpumpe 12 zum Fördern des Abwassers und eine Strahlpumpenvorrichtung 13 eingeschaltet sind, deren Ausgang zu einem Vorklärbecken 14 führt. An den Saug stutzen 15 der Strahlpumpenvorrichtung 13 ist ein Ioni- sator 16 angeschlossen, der zum Ionisieren von Luft aus der Atmosphäre dient.
Das Vorklärbecken 14 ist zur mechanischen Tren nung des Abwassers von Fremdstoffen bestimmt. Ihm folgt ein Belüftungsbecken 17 für den biologischen Ab bau von organischen Stoffen im Abwasser mit Hilfe von Belebtschlamm. An den Ausgang des Belüftungsbeckens 17 ist ein Nachklärbecken 18 zur mechanischen Tren nung des Abwassers vom mitgeschwemmten Belebt schlamm angeschlossen.
Mit Vorteil, aber nicht notwendigerweise sind in den Auslauf des Nachklärbeckens 18 eine Pumpe 19 und eine weitere Strahlpumpenvorrichtung 20 eingeschaltet, von welcher eine Leitung 21 zu einem nicht dargestell ten Vorfluter führt, der ein offenes Gewässer natürli cher oder künstlicher Art sein kann. An den Saugstutzen 22 der Strahlpumpenvorrichtung 20 ist ein Ionisator 23 zum Ionisieren von sauerstoffhaltigem Gas, z. B. Luft, angeschlossen.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Abwasserrei- nigungsanlage ist unter Anwendung des erfindungsge- mässen Verfahrens zur Leistungsverbesserung beispiels weise wie folgt Dem durch die Zuleitung 10 anfallenden kommuna len Abwasser setzt man in der Station 11 je Liter Ab wasser 6 mg Fei, als Fällmittel für Phosphate zu. Mit tels der Pumpe 12 wird das Abwasser anschliessend unter Druck durch die Strahlpumpenvorrichtung 13 gefördert.
Infolge der Injektorwirkung der Vorrichtung 12 wird positiv ionisierte Luft vom Ionisator 16 ange saugt und mit dem Abwasser innig vermischt, das beim Durchlaufen der Vorrichtung 3 in starke Turbulenz ver setzt wird. Ein Teil der dem Abwasser beigemischten Gasmoleküle und Gasatome liegt in Form positiver Ionen vor, Sauerstoff ausserdem in Form von Ozon. Das Men genverhältnis von Flüssigkeit zu ionisierter Luft liegt zwischen 20: 1 und 5 : 1. Durch die positiven Gasionen wird die von Natur aus negative Ladung der organischen Kolloidpartikeln im Abwasser neutralisiert, wodurch das Koagulieren und Ausflocken dieser Partikeln ermöglicht wird.
Der in das Abwasser eingetragene Luftsauerstoff wird im Wasser gelöst, so dass dieses mit Sauerstoff übersättigt wird. Im Vorklärbecken 14 findet das<B>Ab-</B> wasser Gelegenheit, sich zu beruhigen, wobei sich das beigemischte Gas entspannt, soweit es nicht im Wasser gelöst ist. Die schwimm- und schwebefägigen Partikeln im Abwasser treiben an die Oberfläche, während die ausgeflockten Kolloide und die ausgefällten Phosphate sedimentieren.
Unter mechanischer Zurückhaltung der schwimmen den und der sedimentierten Teile wird das Abwasser aus dem Vorklärbeckei 14 in das Belüftungsbecken 17 geleitet, wo mit Hilfe des Belebtschlammes die organi schen Stoffe des Abwassers biologisch abgebaut werden. Dieser Vorgang wird durch den im Wasser gelösten Sauerstoff wesentlich begünstigt und beschleunigt. An- schliessend wird im Nachklärbecken 18 das Wasser von dem mitgeschwemmten Belebtschlamm mechanisch ge trennt.
Der hier anfallende Schlamm ist reich an bio logisch wirksamen Bakterien und Protozoen und wird von Zeit zu Zeit in das Belüftungsbecken 17 zurückge bracht.
Das aus dem Nachklärbecken 18 auslaufende Ab wasser wird mittels der Pumpe 19 durch die zweite Strahlpumpenvorrichtung 20 gefördert und dort mit ioni sierter Luft aus dem Ionisator 23 innig vermischt. Das Mengenverhältnis von Wasser zu ionisierter Luft beträgt beispielsweise 10 : 1, und der Ozongehalt der ionisierten Luft ist z. B. 1,8 mg/l. Durch die in das Abwasser ein gebrachte ionisierte und ozonhaltige Luft werden die im Abwasser noch verbliebenen _tiathogenen Keime, Sporen bildner und Viren praktisch restlos abgetötet, und das Abwasser wird mit Sauerstoff angereichert oder gar gesättigt.
Die Wirkung und die Vorteile der zuletzt be schriebenen Nachbehandlung des Abwassers mit ioni sierter Luft sind in der schweizerischen Patentschrift Nr. 444065 ausführlich erläutert.
Das mit der beschriebenen Anlage und nach dem beschriebenen Verfahren behandelte Abwasser ist bakte riologisch einwandfrei und kann gegebenenfalls sogar zu Genusszwecken wieder verwendet werden. Durch das Beimischen eines positiv ionisierten Gases oder Gasge misches zum Abwasser vor dessen Eintritt in das Vor klärbecken 14 lässt sich die Leistung der nachfolgenden mechanisch-biologischen Reinigungsanlage ganz be trächtlich steigern. Diese Leistungssteigerung kann bis zu 300 % betragen, wenn das ionisierte Gas oder Gasge misch noch sauerstoffhaltig ist. Somit wird durch die vorliegende Erfindung ein erheblicher technischer Fort schritt auf dem Gebiet der Abwasserreinigung ermög licht.