AT234066B

AT234066B - Verfahren und Vorrichtung zur Abwasserklärung mittels belebten Schlammes

Info

Publication number: AT234066B
Application number: AT311961A
Authority: AT
Inventors: August Dr Ing Schreiber
Original assignee: Schreiber August
Priority date: 1960-05-18
Filing date: 1961-04-20
Publication date: 1964-06-10

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Abwasserklärung mittels belebten Schlammes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abwasserklärung mittels belebten Schlammes.

In Abwasserreinigungsanlagen mittels belebten Schlammes wird das Abwasser mit Luftsauerstoff versorgt und der Schlamm des Abwassers in Schwebe gehalten. Dadurch entwickeln sich auf dem Schlamm des Abwassers Mikroorganismen, die die organisch verschmutzenden Stoffe des Abwassers als Nahrung aufnehmen und sie zu einem wasserunlöslichen Schlamm umwandeln. Dieser wasserunlösliche Schlamm wird in einem Nachklärbecken zurückgehalten, aus dem Abwasser entfernt und das so gereinigte Abwasser in den Vorfluter abgelassen.

Die für die Reinigungsverfahren bekannten Kläranlagen zur Reinigung des Abwassers mittels belebten Schlammes weisen Belüftungseinrichtungen auf, durch die Luft zur Versorgung der Mikroorganismen mit Sauerstoff in das Abwasser eingebracht wird. Es sind Belüftungseinrichtungen bekannt, bei denen die Luft bis zu grossen Tiefen in das Abwasser eingepresst und nachher verteilt wird. Der Sauerstoff der Luft wird während des Aufsteigens der Luftblasen vom Abwasser gelöst und so die Mikroorganismen mit Sauerstoff versorgt.

Es sind weiterhin Belüftungseinrichtungen bekannt, die die Luft in das Wasser einschlagen und/oder
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Nach den bekannten Reinigungsverfahren werden die zum einstufigen Reinigen des Abwassers notwendigen Mikroorganismen in nur einem Becken erhalten. Es hat sich jedoch als günstig erwiesen, den Reinigungsprozess in mehreren Stufen durchzuführen, u. zw. auf Grund der nachstehenden Theorie :
Durchgeführte Versuche im langgestreckten Wasserlauf und Überlegungen haben ergeben, dass eine optimale Reinigung erzielbar ist, wenn in einem durchströmten Abwasserlauf oder-becken der Inhalt belüftet, der sich entwickelnde Schlamm in seinem Becken querschnitt festgehalten und der Überschussschlamm entgegen der Wasserströmung nach der Zulaufseite abgedrängt wird, dort sich ansammelt und beseitigt wird.

Alle diese bekannten Belebtschlammanlagen haben den Nachteil, dass verhältnismässig grosse Energien verbraucht werden, um die notwendige Belüftungsluft in das Wasser einzupressen bzw. horizontale Belüftungswalzen anzutreiben. Die Einrichtungen, bei denen die Luft in das Wasser eingepresst wird, haben zudem den Nachteil, dass die Schlammflocken nicht genügend zerschlagen werden und damit der gelöste Sauerstoff nicht gut und schnell genug die auf und in den Schlammflocken angesiedelten Mikroorganismen erreicht.

Es ist auch zur Abwasserklärung mittels belebten Schlammes bekannt, das Abwasser aus dem Klärbecken abzusaugen und über den Klärbeckenwasserspiegel zu heben, dann in mehrere Flüssigkeitsteilströme aufzulösen und zur Belüftung im freien Fall zum Wasserspiegel zurückfallen zu lassen. Um das im freien Fall befindliche Abwasser möglichst lange der Luft auszusetzen, muss die Fallhöhe gross sein, d. h. das Abwasser muss auf eine grosse Höhe gehoben werden, was einen grossen Energieaufwand erfordert. Allein durch den freien Fall durch die Luft kann das Abwasser nur beschränkt Sauerstoff aus der Luft

aufnehmen, so dass die Mikroorganismen auch nur mit grossem Energieaufwand mit Sauerstoff versorgt werden.

Des weiteren ermöglichen-auch die erwähnten Belebtschlammanlagen mit mehrstufiger Reinigung keinen wirtschaftlichen Reinigungseffekt, weil bei mehrstufigen Belebtschlammanlagen zwischen jedem
Belüftungsbecken und dem nachfolgenden bislang immer ein Nachklärbecken notwendig war und dadurch
Bau- und Betriebskosten zu gross wurden.

Die bestehenden Abwasserreinigungsanlagen mittels belebten Schlammes weisen weiterhin den Man- gel auf, dass für das Rückpumpen des Schlammes aus dem Nachklärbecken ständig laufende Pumpen und eine verhältnismässig aufwendige Wartung für die bestimmte Dosierung von Rücklauf- und Überschuss- schlamm erforderlich sind. Nachteilig ist bei Belebtschlammanlagen auch, dass zur mechanischen Grob- reinigung und Schlammausfaulung, zur Belüftung des grob mechanisch gereinigten Abwassers und zu des- sen Nachklärung je ein Bauwerk erforderlich ist.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, die beschriebenen Nachteile zu verringern und bezweckt, die Abwasserreinigung mittels belebten Schlammes mit geringerem Aufwand als bisher und billiger zu ermöglichen. Insbesondere bezweckt die Erfindung. eine intensive Belüftung des Abwassers zu erreichen.

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Abwasserklärung mittels belebten Schlammes, wo- bei das zu reinigende Abwasser aus dem Klärbecken abgesaugt und über den Wasserspiegel gehoben, dann in mehrere Flüssigkeitsteilströme aufgelöst und zur Belüftung in freiem Fall zum Wasserspiegel zurück- fallen gelassen wird. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die zum Wasserspiegel zurück- fallenden Flüssigkeitsteilströme durch horizontal ausgeführte Schläge in kleine Wassertröpfchen zerschla- gen und zerstäubt und durch zwangsläufig zugeführte Luft belüftet wird.

Dadurch, dass das in mehreren Flüssigkeitsteilströmen zum Wasserspiegel zurückfallende Abwasser während des freien Falles in der Luft in kleine Wassertröpfchen zerschlagen und zerstäubt wird, ist eine sehr wirksame Belüftung gewährleistet. Die Fallhöhe und damit die Höhe, um die das Abwasser über den Wasserspiegel gehoben wird, braucht nur so gross zu sein, dass das Zerschlagen der Flüssigkeitsströme stattfinden kann, wodurch nur eine kleine Energiemenge erforderlich ist.

Ein weiterer Verfahrensschritt der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass das zu reinigende, gehobene Abwasser nur teilweise zum Wasserspiegel zurückfallen gelassen und der geringere Teil des gehobenen Abwassers zusammen mit dem durch die Belüftung entstehenden Überschussschlamm zu einem Schlammabscheider abgeleitet wird.

Eine vorteilhafte Abwandlung der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass das Zerschlagen und Zerstäuben sowie das Belüften der zum Wasserspiegel zurückfallenden Flüssigkeitsteilströme unter Beckenwasserspiegel in einer zwangsläufig belüfteten Tauchglocke durchgeführt und die verbrauchte Luft zweckmässig einer Verteilereinrichtung zur weiteren Sauerstoffabgabe, zur Belüftungsumwälzung und/oder einer Mammutpumpe zum Heben des Abwassers zugeleitet wird.

Die Erfindung kann auch in vorteilhafter Weise zur Abwasserreinigung mittels belebten Schlammes in mehreren hintereinanderliegenden biologischen Reinigungsstufen mit mehreren hintereinander angeordneten, im wesentlichen trichterförmigen Belüftungsbecken ohne Zwischenschaltung von Nachklärbecken angewendet werden, wenn das der Belüftung zugeführte Belebtschlamm-Abwassergemisch jedes Belüftungsbeckens unmittelbar einem oder mehreren dahinterliegenden Belüftungsbecken bzw. dem hinter dem letzten Belüftungsbecken gelegenen Nachklärbecken entnommen und der Überschussschlamm nur aus dem ersten Belüftungsbecken der mechanischen Vorreinigung oder einem Schlammraum zugeführt wird.

Auf diese Weise erübrigt es sich, zwischen jedem Belüftungsbecken und dem nachfolgenden ein besonderes Nachklärbecken vorzusehen.

Die Erfindung betrifft auch eine Einrichtung zur Abwasserklärung mittels belebten Schlammes, wobei das zu reinigende Abwasser aus dem Klärbecken abgesaugt und über den Wasserspiegel gehoben, dann in mehrere Flüssigkeitsteilströme aufgelöst und zur Belüftung in freiem Fall zum Wasserspiegel zurückfallen gelassen wird, die zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens dient.

Diese Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass etwa von über dem Wasserspiegel befindlichen oberen Ende eines in das Klärbecken hineinragenden Ansaugrohres mehrere Verteilerrohre ausgehen, die bis über den Wasserspiegel reichen und aus denen das Abwasser in Teilströmen zum Wasserspiegel zurückfällt und dass eine zum Ansaugrohr konzentrische, rotierende stehende Welle mit horizontalen, im Bereich des zum Wasserspiegel zurückfallenden Abwassers angeordneten Schlagspeichen zur Anwendung kommt.

Gemäss weiterer Ausbildung der Erfindung münden die Verteilerrohre in einen flachen Zwischenbehälter, von dem aus das Abwasser in Teilströmen wieder zum Wasserspiegel zurückfällt. Zur Erzielung

möglichst vieler Teilströme mit kleinem Durchmesser in Form von Flüssigkeitsfäden kann erfindungsge- mäss der Boden des Zwischenbehälters mit kleinen Austrittsöffnungen versehen sein.

Durch die Rotation der Welle mit den Schlagspeichen wird von der Mitte her Luft angesaugt und so- mit die im Zerstäubungsbereich befindliche Luft nach aussen geschleudert bzw. erneuert.

Damit das Abwasser durch das Ansaugrohr und über die Verteilerrohre nur um eine geringe Höhe ge- hoben zu werden braucht, wird vorgeschlagen, dass die Schlagspeichen dicht oberhalb des Klärbecken- wasserspiegels angeordnet sind und die Verteilerrohre dicht oberhalb der Schlagspeichen endigen.

Eine besonders wirksame Zerteilung auch der im Abwasser erhaltenen Schlammflocken wird erzielt, wenn nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung die Schlagspeichen Rechteckquerschnitt besitzen, wo- bei die Breitseiten horizontal verlaufen, so dass die zurückfallenden Flüssigkeitsteilströme von der Schmal- seite der Schlagspeichen getroffen werden und/oder die Schlagspeichen an ihrer in Drehrichtung vorderen
Seite eine Schneide besitzen. Die Schlagspeichen sorgen dafür, dass der im Wasser gelöste Sauerstoff schneller und inniger mit dem feinverteilten Abwasserschlammgemisch und dadurch mit den Mikroorga- nismen in Berührung kommt.

Zur Erhöhung der Sauerstoffaufnahme schlägt die Erfindung in geringem Abstand von den Enden der
Schlagspeichen angeordnete feststehende Prallspeichen vor, durch welche nochmals der in Bewegung befindliche Wassertropfen zerschlagen wird und nochmals mit Luft in Berührung kommt.

Um die Erfindung auch unterhalb des Beckenwasserspiegels anwenden zu können, wird vorgeschlagen, dass die vom Ansaugrohr ausgehenden Verteilerrohre unterhalb des Beckenwasserspiegels endigen und innerhalb einer Tauchglocke angeordnet sind.

Das Heben des Abwassers wird erfindungsgemäss dadurch bewerkstelligt, dass die Welle flüssigkeitsdicht in das Ansaugrohr hineinragt und an ihrem unteren Ende ein Förderpropeller angeordnet ist.

Die im wesentlichen aus Ansaugrohr mit Propeller und Verteilerrohren bestehende Belüftungseinrichtung kann in verschieden geformten nebeneinanderliegenden Becken oder in zusammengebauten Klärwerken für die Belüftungsstufen oder für Teiche oder für andere Belüftungsaufgaben verwendet werden.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf die Anordnung der beschriebenen Einrichtung in einem gemeinsamen Bauwerk für die mechanische Reinigung, die Belüftung und die Nachreinigung. Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Belüftungsraum, der Nachklärraum und gegebenenfalls eine mechanische Vorreinigung, bestehend aus Emscherrinne und einem Schlammraum, in einem nach unten zu konischen Klärbecken mit gemeinsamer Trichterspitze angeordnet sind, das durch von oben bis in den Trichter durchgehende radikale Trennwände in den Belüftungsraum mit Beruhigungsraum und das Nachklärbecken sowie gegebenenfalls in die mechanische Vorreinigung mit Schlammfaul- und Speicherraum unterteilt ist,

wobei die segmentartige trichterförmige Sohle des Be- lüftungs--und Nachklärbeckens einen gemeinsamen Schlammsumpf bildet, aus welchem ein Leitkanal oder Steigrohr zur Förderung des Belebtschlammwassergemisches bzw. zur Beseitigung des Überschussschlammes hinausführt und an das Ansaugrohr angeschlossen ist. Die Förderung durch den Leitkanal oder das Steigrohr kann ständig oder in Zeitabständen geschehen.

Die Eigenart dieser bevorzugten Beckenkonstruktion besteht darin, dass das mechanisch vorgereinigte Abwasser in das Belüftungsbecken eingeleitet wird, in welchem die Belüftungseinrichtung durch einen bis zurTrichterspitze führenden Kanal oder Rohr Belebtschlammwassergemisch ansaugt, es belüftet und nachher zum grössten Teil in das Becken zurückfliessen lässt, während ein geringerer Teil dosiert in einen vor demNachklärbecken angeordneten Beruhigungsschachteintritt, aus dem er in das Nachklärbecken gelangt. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass die Beruhigungskammer als Belüftungsraum wirkt, dass der untere Teil des Nachklärbeckens stets mit Schlammwassergemisch versorgt wird und dass die für die Schlammumwälzung notwendige Belüftungsbeckenumwälzung des Nachklärbeckens strömungsmässig nicht benachteiligt.

Eine weitere kleine Abwassermenge wird der Belüftungseinrichtung oberhalb des Wasserspiegels entnommen und als Überschussschlamm zur mechanischen Vorreinigung zurückgeführt. Diese Einrichtung eignet sich insbesondere für kleinere Abwassermengen und leicht zu reinigende Abwässer.

Für grössere Abwassermengen und schwer zu reinigende Abwässer sind zur Durchführung des Verfahrens mehrere Belüftungs- oder Belebtschlammbecken erforderlich, die hintereinander geschaltet werden.

Eine derartige Einrichtung ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass jedes Belüftungsbecken mit mindestens einer Belüftungs- und Zerstäubungseinrichtung, bestehend aus Ansaugrohr mit Propeller, Schlagspeichen und mehreren Verteilerrohren versehen ist, wobei jedes Ansaugrohr für das BelebtschlammWassergemisch an seinem den Verteilerrohren abgewandten Ende in zwei verschliessbare Abzweige aufgeteilt ist, von denen der eine in die Trichterspitze des nächsten dahinterliegenden und der andere in die Trichterspitze des übernächsten dahinterliegenden Belüftungsbeckens oder des Nachklärbeckens führt, um

aus einem oder aus zwei dahinterliegenden Trichterspitzen Belebtschlamm-Wassergemisch abzusaugen.

Das Abwasser fliesst bei dieser Ausführungsform von einem Belüftungsbecken zum andern und gelangt schliesslich in das Nachklärbecken und wird in jedem Becken um ein bestimmtes Mass weiter gereinigt.

Entsprechend der fortschreitenden Reinigung entwickeln sich die Mikroorganismen des belebten Schlammes. Sie gehören im ersten Belüftungsbecken mehr den Mikroorganismen der sauerstofflosen Zone, in den letzten Belüftungsbecken mehr den Mikroorganismen der Sauerstoffzone an. Da es vorteilhaft ist, möglichst mit Mikroorganismen der Sauerstoffzone und hochwertigen Mikroorganismen zu reinigen, werden nach dem Vorschlag der Erfindung die vor jedem Belüftungsbecken befindlichen Mikroorganismen mit den Mikroorganismen des dahinterliegenden Belüftungsbeckens angeimpft und auf diese Weise zu höherer Leistung befähigt.

Der sich entwickelnde Überschussschlamm wird dabei von dem letzten Belüftungsbecken bis in das vorletzte und schliesslich in das erste Belüftungsbecken entgegen der Wasserströmung geleitet und gelangt schliesslich von dort aus in einen Schlammsumpf oder Schlammspeicher. Dadurch ist es nicht mehr wie bisher notwendig, zwischen jeder Reinigungsstufe ein Nachklärbecken zu bauen, um das Ausspülen des Schlammes aus den Belüftungsbecken zu verhindern.

Damit die Querschnitte der Abzweige bzw. der in die Trichterspitze führenden Rohre entlastet und möglichst klein gehalten werden können, schlägt die Erfindung vor, dass das Ansaugrohr in einem weiteren, zur zusätzlichen Umwälzung und Belüftung des umgebenden Beckeninhaltes dienenden lotrechten Ansaugrohr angeordnet ist, von dem aus die Verteilerrohre ausgehen und das gegenüber den Abzweigen und dem lotrecht in die Trichterspitze führenden Ansaugrohr einen grösseren Durchmesser aufweist und das etwa nur bis zur halben Beckentiefe reicht.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass die Belüftungs- und Zerstäubungseinrichtung mit einem für veränderliche Betriebszeit und Pause einstellbaren Zeitschaltwerk zur Anpassung des Belebtschlammrücktransportes, des Sauerstoffeintrages und damit des Energieaufwandes an die Tagesabwassermenge und die Verschmutzung schaltbar ist. Vorteilhaft ist dabei, dass das Zeitschalt-
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anfallenden Abwassermengen von der zufliessenden Abwassermenge durch den Wasserspiegel oder durch Überlagerung der Ein- und Ausschaltung der Zulaufpumpensteuerung schaltbar ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt. Es zeigen Fig. 1 die erfindungsgemässe Belüftungseinrichtung über Wasserspiegel angeordnet im Vertikalschnitt, Fig. 2 die gleiche Belüftungseinrichtung in Ansicht von oben und im Teilschnitt, Fig. 3 eine erfindungsgemässe Belüftungseinrichtung unter Wasserspiegel angeordnet im Vertikalschnitt, Fig. 4 die Einrichtung nach Fig. 3 in.

Draufsicht, Fig. 5 eine aus einem Trichterbecken bestehende Kläranlage mit mechanischer Vorreinigung und Schlammfaulung sowie mit einem Belüftungsbecken und einem Nachklärbecken, in die die Belüftungseinrichtung nach den Fig. 1 - 4 eingebaut ist, im Schnitt nach der Linie ABC in Fig. 5, Fig. 6 die Einrichtung nach Fig. 5 im Schnitt bzw. in Ansicht von oben nach der Linie DE in Fig. 5, Fig. 7 eine gegenüber Fig. 5 abgeänderte Anlage, bei welcher das Abwasser bereits mechanisch vorgereinigt ist, so dass die Kläranlage nur aus Belüftungsbecken und Nachklärbecken besteht, im Schnitt nach der Linie A B in Fig. 8, Fig. 8 die Einrichtung nach Fig. 7 im Schnitt bzw. in Ansicht von oben nach der Linie C D in Fig. 7, Fig. 9 eine vierstufige Kläranlage für grössere Abwassermengen und grosse Abwasserverschmutzung im Schnitt, Fig. 10 die Anlage nach Fig.

9 in Ansicht von oben, Fig. 11 ein Belüftungsbecken einer Mehrstufenkläranlage im Schnitt und Fig. 12 eine fünfstufige Belebtschlammanlage im Schnitt, bei welcher die Beckentrichter gegenüber den Trennwänden so versetzt sind, dass ein Teil des belüfteten und ein Teil des abgesetzten Belebtschlammes in das davor gelegene Belüftungsbecken absetzt und damit über die einzelnen Becken bis zum ersten Belüftungsbecken und von da in den Schlammfaulraum gelangt.

Wie aus den Fig. 1 - 4 ersichtlich ist, besteht die Zerstäubungseinrichtung 1 aus einer rotierenden stehenden Welle 2, auf der mit Hilfe von Klemmringen 3 Schlagspeichen 4 mit vorzugsweise rechteckigem Querschnitt festgeklemmt sind, die sich im Bereich des zum Wasserspiegel 10 zurückfallenden Abwassers erstrecken. Nach unten zu ist die Welle 2 verlängert und trägt am unteren Ende einen Prallteller bzw. Förderpropeller 5. Die Welle 2 kann beispielsweise durch einen nicht dargestellten Elektromotor angetrieben werden.

Um die Zerstäubungseinrichtung 1 herum ist eine Ansaug- und Verteilereinrichtung angeordnet. Die Ansaugeinrichtung besteht aus einem Ansaugrohr 6, das bis in die Trichterspitze eines Belüftungsbeckens hineinragt. In dem oberen Teil des Ansaugrohres 6 ist der Propeller 5 der Zerstäubungseinrichtung angeordnet. Oberhalb des Propellers gabelt sich das Ansaugrohr in zwei oder mehrere Verteilerrohre 7, die in einen abnehmbaren schalenartigen Zwischenbehälter 8 oberhalb des Wasserspiegels einmünden. Der

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oder durch geeignete andere Luftverdichter in das Ansaugrohr 6'geführt wird.

In Fig. 3 und 4 sind mit 1. die horizontal rotierende Speichenwalze, mit 2'die vertikale Antriebswelle der Speichenwalze, mit 6' das Ansaugrohr für das Wasserschlammgemisch und mit 7'die Verteilerrohre bezeichnet. Da es infolge möglichen Verschlammens des Verteilerbehälters und wegen erschwerter Zugänglichkeit nicht zweckmä- ssig ist, die durch die Verteilerrohre 7'aufgeteilten Flüssigkeitsteilströme durch einen Zwischenbehälter oder andere Verteilungseinrichtungen in viele kleine Wasserfäden oder-tropfen aufzulösen, sind bei dieser Anordnung mehrere kleinere Verteilerrohre 7'gewählt, deren Austrittsöffnungen zum Raum oberhalb der Zerstäubungseinrichtung l'hin gerichtet sind.

Die nach oben luftdicht abgeschlossene Tauchglocke 16 überdeckt die Zerstäubungseinrichtung l'sowie die Verteilerrohre 7 *. Über eine Luftzuleitung 17 wird Luft in das Ansaugrohr 6'eingepresst, die das Schlammabwassergemisch aus der Saugleitung 6'in die Verteilerrohre 7'nach dem Prinzip einer Mammutpumpe fördert und auf die schnell rotierenden Speichen 4 spritzt. Dort wird das Abwasserschlammgemisch zerteilt und belüftet, wie im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschrieben ist. Auf der Innenseite der Tauchglocke 16 sind wieder dünne Zerstäubungsstäbe 12'vorgesehen, durch die die nach aussen geschleuderten Wassermengen nochmals zerschlagen und zerkleinert werden.

Die zugeführte Luft, die schon durch die Mammutpumpen-Wirkung das Wasser in die Belüftungseinrichtung gedrückt hat, sammelt innerhalb der Tauchglocke 16 sich an, bis sie durch die unteren Übertrittskanten 18 in dem Becken hochsteigen kann. Die Belüftungsluft kann selbstverständlich auch über die Hohlwelle und das Abwasserschlammgemisch durch einen Propeller angesaugt werden. Dadurch kommt das Abwasserschlammgemisch immer wieder mit der mit besonderem Energieaufwand eingepressten Belüftungsluft in Berührung, so dass der Luftsauerstoff wesentlich besser und wirtschaftlicher ausgenutzt wird, als es beim Einpressen und Verteilen der Luft innerhalb der Belüftungsbecken durch grössere Austrittsöffnungen oder Filtersteine oder Filterplatten beim Aufsteigen innerhalb des Belüftungsbeckens bekannter Ausführungen möglich ist.

Die entweichende Luft innerhalb des Beckens kann selbstverständlich noch weiter zur Förderung von Abwasser genutzt werden, z. B. wenn der Abfluss höher gelegt werden muss als der Zulauf. Für die Antriebswelle 2'kann ein unter Wasser arbeitender Elektromotor verwendet werden.

Die in den Fig. 5 und 6 dargestellte Vorrichtung ist insbesondere für geringe Abwassermengen und geringe Verschmutzung geeignet und besitzt eine mechanische Vorreinigung mit Schlammfaulung und ein Belüftungsbecken mit der beschriebenen Belüftungseinrichtung. Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, besteht diese Ausführungsform im wesentlichen aus einem Trichterbecken, das durch eine vorzugsweise in der Mitte angeordnete Trennwand 45 in eine mechanische Vorreinigung, bestehend aus einem Imhoffoder Emscher-Durchflussgerinne 20 und einem darunter liegenden Schlammfaulraum 21, und in ein Belüftungsbecken 22 mit durch eine Radialwand 44 abgeteiltem Nachklärbecken 23 unterteilt ist. Das Wasser strömt durch den Zulauf 24 in das Gerinne 20 und über eine Überlaufrinne 25 durch die Öffnung 26 in
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und durch die Zerstäubungseinrichtung 1 belüftet.

Ein Teil des belüfteten Abwassers tritt infolge der im Belüftungsbecken durch die Belüftungseinrichtung hervorgerufenen kreisenden Strömung durch die Öffnung 27 in ein Beruhigungsbecken 28 ein, das durch eine Wand 46 vom Nachklärbecken 23 abgeteilt ist. Durch die etwa in der mittleren Beckentiefe vorgesehene Durchtrittsöffnung 29 tritt das Abwasser in das Nachklärbecken 23 über und gelangt über eine Überfallschwelle in eine Sammelrinne 30 und durch das Abflussrohr 31 zum Abfluss.

Im untersten Bereich des Nachklärbeckens 23 sind Durchtrittsöffnungen 32 vorgesehen, durch welche der Schlamm des Nachklärbeckens 23 in das Beruhigungsbecken 28 eintritt. Aus dem Beruhigungsbecken 28 wird der nach unten abgesunkene Schlamm zusammen mit Schlammabwassergemisch des Belüftungsbeckens 22 durch eine Rohrleitung 33 angesaugt, die an das Ansaugrohr 6 bzw. 6'der beschriebenen Zer- stäubungs-bzw. Belüfcungseinrichtung l angeschlossen ist. Dabei sinkt der grösste Teil des Schlammes des belüfteten Abwasserschlammgemisches innerhalb des Belüftungsbeckens 22 unmittelbar zur Trichterspitze, während ein kleiner Teil durch die Durchtrittsöffnung 27 wieder in den Beruhigungsraum gelangt.

Ein noch kleinerer Teil des Abwassers wird durch eine Rohrleitung 14'aus der Belüftungseinrichtung 1 als Überschussschlamm in die Emscherrinne 20 der mechanischen Vorreinigung zurückgeleitet.

Wie aus Fig. 6 zu entnehmen ist, sind zwei Entnahmerohre für die Belüftung eingezeichnet. Das zweite Entnahmerohr soll eine spätere Erweiterung ermöglichen. Es werden dann zwei Belüftungseinrichtungen 1 nach Fig. 1 - 4 in das Becken eingesetzt.

Die Rohrleitung 34 dient zur Entnahme ausgefaulten Schlammes und die Schlammentnahmeleitung 35 zur eventuellen Entnahme von Schlamm aus dem Belüftungsbecken 22 und aus dem Beruhigungsbecken 28.

Die Fig. 7 und 8 stellen eine gegenüber den Fig. 5 und 6 geringfügig abgeänderte Ausführungsform

nach dem erfindungsgemässen Prinzip dar, wobei das Wasser schon mechanisch vorgereinigt ist und der Beckeninhalt durch die etwa mittige Trennwand 44 in einen Belüftungsraum 40 einerseits und in einen Beruhigungsraum 41 mit Nachklärbeckenraum 42 anderseits unterteilt ist. Im Prinzip gleicht der Aufbau und das Zusammenwirken zwischen Belüftungsbecken 40, Beruhigungsraum 41 und Nachklärbecken 42 der beschriebenen Anordnung nach den Fig. 4 und 5. Dabei ist jedoch vorgesehen, dass die Belüftung entweder durch eine Kessener-Bürste oder durch irgendwelche andern Belüftungseinrichtungen, durch welche die Luft in das Schlammwassergemisch des Belüftungsbeckens eingepresst wird, vorgenommen wird.

Es können aber auch mehrere Belüftungs- bzw. Zerstäubungseinrichtungen im Belüftungsbecken vorgesehen sein. Die Belüftungs- und Zerstäubungseinrichtung selbst ist der besseren Übersichtlichkeit halber in den Fig. 7 und 8 nicht eingezeichnet, jedoch ist der Ort der Belüftungs- und Zerstäubungseinrichtung durch das Kreuz 43 markiert.

Mit 27'sind die oberen Zutrittsöffnungen zum Beruhigungsraum 41 bezeichnet, von denen die mittige durch einen Drehschieber verkleinert oder vergrössert werden kann. 29'bedeutet die Eintrittsöffnungen in das Nachklärbecken, 32'die Schlammaustrittsöffnungen aus dem Nachklärbecken, 33'den Ansaugkanal für die Belüftungseinrichtung aus der Trichterspitze und 34'ein Schlammentnahmerohr aus dem Belüftungsraum 40 und dem Beruhigungsraum 41. Die Wand 47 unterteilt das Nachklärbecken 42 in zwei Räume zur Unterbindung von Querströmungen.

Um grössere Abwassermengen und/oder Abwasser mit mehr als üblicher und stossweiser Verschmutzung zu reinigen, ist es aus wirtschaftlichen Gründen und grösserer Betriebssicherheit zweckmässig, die biologische Reinigung in mehrere Becken aufzulösen. In Fig. 9 ist im Vertikalschnitt und in Fig. 10 ist in Ansicht von oben eine solche Reinigungsanlage schematisch wiedergegeben.

In der Zeichnung bedeutet 50 das Becken für die mechanische Reinigung und 51,52, 53 und 54 die hintereinander geschalteten Belüftungsbecken mit den eingebauten Belüftungs- bzw. Zerstäubungseinrichtungen 1. die der besseren Übersichtlichkeit halber nur angedeutet sind. Die Belüftungs- bzw. Zerstäubungseinrichtungen 1 sind in der in den Fig. 1 und 2 bzw. 3 und 4 dargestellten Weise ausgebildet.

Jedes Ansaugrohr 6 der Belüftungs- und Zerstäubungseinrichtungen 51 - 54 ist an seinem den Verteilerrohren abgewandten Ende in zwei verschliessbare Abzweige 6a, 6b aufgeteilt, von denen der eine 6a in die Trichterspitze des nächsten dahinterliegenden und der andere in die Trichterspitze des übernächsten dahinterliegenden Belüftungsbeckens oder des Nachklärbeckens 55 führt. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, wird der Schlamm aus dem Nachklärbecken 55 in das letzte Belüftungsbecken 54 angesaugt, belüftet und auf der Oberfläche verteilt. Der Belebtschlamm wird zum Teil durch die Wasserströmung in Schwebe gehalten, zum Teil sinkt er aber auch in die Trichterspitze ab und wird von hier aus in das Belüftungsbecken 53 angesaugt. Dieselben Verhältnisse treten in den folgenden Becken 52 und 51 ein.

Im ersten Belüftungsbecken 51 wird der Schlamm sowohl aus dem benachbarten Becken 52 als auch aus dem ersten Becken 51 durch das Ansaugrohr 6 angesaugt, durch die Belüftungs-bzw. Zerstäubungseinrichtung des Beckens 51 belüftet und auf der Oberfläche verteilt. Ein Teil des angesaugten Schlammwassergemisches wird jedoch durch Ableitungsrohre 14, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 1 und 2 bereits beschrie- ben. sind, abgeleitet und in einer Rohrleitung 56 der mechanischen Reinigungsanlage 50 zugeführt, wo sich der Überschussschlamm mit den übrigen Feststoffen des in der mechanischen Reinigung ankommenden Abwassers in der Trichterspitze absetzt und durch die Rohrleitung 57 in geeigneter Weise beseitigt wird.

Wie aus der Zeichnung weiterhin hervorgeht, wird das zur Belüftung gelangende Belebtschlammwassergemisch jeweils aus dem dahinterliegenden Belüftungsbecken angesaugt. Wenn dadurch zwischen den einzelnen Becken eine zusätzliche Wasserströmung vom durchfliessenden, zu reinigenden Abwasser eintritt, so ist doch mit Rücksicht auf die Trichterwirkung der Becken der Schlammgehalt des angesaugten Belebtschlammwassergemisches grösser als der Belebtschlammgehalt in den oberen Schichten des Belüftungsbeckens. Aus diesem Grunde wird der Belebtschlamm eines Belüftungsbeckens durch das durchströmende, zu reinigende Abwasser zwar zum Teil ausgespült, aber immer wieder aus dem nachfolgenden Becken ergänzt.

Bei bestimmten Verhältnissen wird sich sogar in dem ersten Belüftungsbecken eine grössere Schlammkonzentration einstellen als dies bei den letzten Belüftungsbecken der Fall ist. Wenn auch ein bestimmter Belebtschlammkreislauf zwischen den zwei hintereinanderliegenden Becken eintritt und somit eine Vermischung des Belebtschlammes stattfindet, so tritt trotzdem ein bestimmtes Gefälle der Mikroorganismen ein, wodurch sie zu grösserer Leistung befähigt werden.

Aus der Zeichnung ist ersichtlich, dass es möglich ist, beim Ausfall einer Belüftungseinrichtung trotzdem die Anlage in Betrieb zu behalten. Zu diesem Zweck sind die Ansaugleitungen untereinander verbunden und derart mit den Absperrschieber 58, 58', 58" versehen, dass eine Belüftungseinrichtung

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Claims

58" geöffnetPATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Abwasserklärung mittels belebten Schlammes, wobei das zu reinigende Abwasser aus dem Klärbecken abgesaugt und über den Wasserspiegel gehoben, dann in mehrere Flüssigkeitsteilströ- me aufgelöst und zur Belüftung in freiem Fall zum Wasserspiegel zurückfallen gelassen wird, dadurch ge- kennzeichnet, dass die zum Wasserspiegel zurückfallenden Flüssigkeitsteilströme durch horizontal ausge- führte Schläge in kleine Wassertröpfchen zerschlagen und zerstäubt und durch zwangsläufig zugeführte Luft belüftet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zu reinigende, gehobene Abwasser nur teilweise zum Wasserspiegel zurückfallen gelassen und der geringere Teil des gehobenen Abwassers zusammen mit dem durch die Belüftung entstehenden Überschussschlamm zu einem Schlammabscheider abgeleitet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zerschlagen und Zer- stäuben sowie das Belüften der zum Wasserspiegel zurückfallenden Flüssigkeitsteilströme unter Becken- wasserspiegel in einer zwangsläufig belüfteten Tauchglocke durchgeführt und die verbrauchte Luft zweck- mässig einer Verteilereinrichtung zur weiteren Sauerstoffabgabe, zur Belüftungsumwälzung und/oder einer Mammutpumpe zum Heben des Abwassers zugeleitet wird.

4. Verfahren zur Abwasserreinigung mittels belebten Schlammes in mehreren hintereinanderliegenden biologischen Reinigungsstufen mit mehreren hintereinander angeordneten, im wesentlichen trichterförmigen Belüftungsbecken, nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das der Belüftung zugeführte Belebtschlamm-Abwassergemisch jedes Belüftungsbeckens unmittelbar einem oder mehreren dahinterliegenden Belüftungsbecken bzw. dem Nachklärbecken entnommen und der Überschussschlamm aus dem ersten Belüftungsbecken der mechanischen Vorreinigung oder einem Schlammraum zugeführt wird.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass etwa vom über dem Wasserspiegel befindlichen oberen Ende eines in das Klärbecken hineinragenden Ansaugrohres (6,6') mehrere Verteilerrohre (7, 7') ausgehen, die bis über den Wasserspiegel (10) reichen und aus denen das Abwasser in Teilströmen zum Wasserspiegel zurückfällt und dass konzentrisch zum Ansaugrohr eine rotierende stehende Welle (2) mit horizontalen, im Bereich des zum Wasserspiegel (10) zurückfallenden Abwassers angeordneten Schlagspeichen (4) angeordnet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerrohre (7) in einen flachen Zwischenbehälter (8) münden, von dem aus das Abwasser in Teilströmen wieder zum Wasserspiegel (10) zurückfällt.

7. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden des Zwischenbehälters (8) mit vorzugsweise kleinen Austrittsöffnungen (11) versehen ist.

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlagspeichen (4) dicht oberhalb des Klärbeckenwasserspiegels (10) angeordnet sind und die Verteilerrohre (7,7') dicht oberhalb der Schlagspeichen (4) endigen.

9. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlagspeichen (4) Rechteckquerschnitt besitzen, wobei die Breitseiten horizontal verlaufen, so dass die zurückfallenden Flüssigkeitsteilströme von der Schmalseite der Schlagspeichen (4) getroffen werden.

10. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlagspeichen (4) an ihrer in Drehrichtung vorderen Seite eine Schneide besitzen.

11. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 10, gekennzeichnet durch in geringem Abstand von den Enden der Schlagspeichen (4) angeordnete feststehende Prallspeichen (12, 12').

12. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Ansaugrohr (6') ausgehenden Verteilerrohre (7) unterhalb des Beckenwasserspiegels (10') endigen und innerhalb einer Tauchglocke (16) angeordnet sind (Fig. 3).

13. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) flüssigkeitsdicht in das Ansaugrohr (6) hineinragt und an ihrem unteren Ende ein Förderpropeller (5) angeordnet ist (Fig. 1).

14. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 13 mit einem gemeinsamen Bauwerk für die mechanische Reinigung, die Belüftung und die Nachreinigung oder nur für die Belüftung und die Nachreinigung, dadurch gekennzeichnet, dass der Belüftungsraum (22,40), der Nachklärraum (23,42) und gegebenenfalls eine mechanische Vorreinigung, bestehend aus Emscherrinne (20) und einem Schlammraum (21), in <Desc/Clms Page number 10> einem nach unten zu konischen Klärbecken mit gemeinsamer Trichterspitze angeordnet sind, das durch von oben bis in den Trichter durchgehende radiale Trennwände (44,45) in den Belüftungsraum (22,40) mit Beruhigungsraum (28,41) und das Nachklärbecken (23, 42) sowie gegebenenfalls in die mechanische Vorreinigung (20,21) mit Schlammfaul- und Speicherraum unterteilt ist,

wobei die segmentartige trichterförmige Sohle des Belüftungs- und Nachklärbeckens einen gemeinsamen Schlammsumpf bildet, aus welchem ein Leitkanal oder Steigrohr (33, 33') zur Förderung des Belebtschlammwassergemisches bzw. zur Beseitigung des Überschussschlammes hinausführt und an das Ansaugrohr (6 bzw. 6') angeschlossen ist (Fig. 4-8).

15. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im oberen Teil der zwischen dem Belüftungsraum (22. 40) und dem Beruhigungsraum (28, 41) angeordneten Trennwand (44) strömungsbegünstigte Eintrittsöffnungen (27. 27') vorgesehen sind und der untere Teil des Beruhigungsraumes (28,41) einen gemeinsamen Entnahmesumpffür den Belüftungsraum (22,40) und den Beruhigungsraum (28,41) bildet.

16. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (46) zwischen Nachklärraum (23, 42) und Beruhigungsraum (28,41) im untersten Teil Öffnungen (32. 32') für den Austritt des Schlammes aus dem Nachklärraum zum Beruhigungsraum und oberhalb der Öffnungen (32. 32') ein oder mehrere weitere Öffnungen (29, 29') für den Eintritt des Schlammwassergemisches aus dem Beruhigungsraum in den Nachklärbeckenraum aufweist und vor den Öffnungen gegebenenfalls Beruhigungsrippen an der Trennwand (46) vorgesehen sind.

17. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass durch vorzugsweise radiale Trennwände (45) ein Raum (21) für Schlammausscheidung und Schlammspeicherung von dem Be- lüftungs- und Bëruhigungs- und Nachklärbeckenraum (22,23, 28) flüssigkeitsdicht abgetrennt ist (Fig. 6).

18. Einrichtung zur Abwasserreinigung mittels belebten Schlammes in mehreren hintereinanderliegenden biologischen Reinigungsstufen mit mehreren hintereinander angeordneten, im wesentlichen trichterförmigen Belüftungsbecken nach den Ansprüchen 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Be- EMI10.1 bestehend aus Ansaugrohr (6,6') mit Propeller (5), Schlagspeichen (4) und mehreren Verteilerrohren (7.

7'), versehen ist, wobei jedes Ansaugrohr (6, 6') für das Belebtschlamm-Wassergemisch an seinem den Verteilerrohren abgewandten Ende in zwei verschliessbare Abzweige (6a, 6b) aufgeteilt ist, von denen der eine (6a) in die Trichterspitze des nächsten dahinterliegenden und der andere (6b) in die Trichterspitze des übernächsten dahinterliegenden Belüftungsbeckens oder des Nachklärbeckens (55, 77) führt, um aus einem oder aus zwei dahinterliegenden Trichterspitze Belebtschlamm-Wassergemisch abzusaugen (Fig. 9,10 und 12).

19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansaugrohr (6. 6') der Belüftungs-und Zerstäubungseinrichtung (1) des ersten oder aller Belüftungsbecken (51 bzw. 72-76)-lotrecht in die Trichterspitze des unter der jeweiligen Belüftungs- und Zerstäubungseinrichtung befindlichen Belüftungsbeckens führt (Fig. 9 und 12).

20. Einrichtung nach den Ansprüchen 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansaugrohr (6, 6', 65) in einem weiteren zur zusätzlichen Umwälzung und Belüftung des umgebenden Beckeninhaltes dienenden lotrechten Ansaugrohr (62) angeordnet ist, von dem aus die Verteilerrohre (7, 7') ausgehen und das gegenüber den Abzweigen (6a, 6b) und dem lotrecht in die Trichterspitze führenden Ansaugrohr (6, 6', 65) einen grösseren Durchmesser aufweist und das etwa nur bis zur halben Beckentiefe reicht (Fig. l1).

21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Welle (2, 63) der Schlag- speichen (4) und des im inneren Ansaugrohr (6, 6', 65) fördernden Propellers (5) oberhalb des oberen Endes des Ansaugrohres (6, 6', 65) ein weiterer Propeller (64) angeordnet ist, der gegenüber dem Propeller (5) grössere Abmessungen aufweist.

22. Einrichtung nach den Ansprüchen 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwände (79) zwischen den hintereinanderliegenden Belüftungsbecken (72-76) als Tauchwände ausgebildet und gegen- über ihrer trichterförmigen Beckensohle derart in Fliessrichtung versetzt sind, dass sich absetzender Belebtschlamm in das davorliegende Trichterbecken abscheidet (Fig. 12).

23. Einrichtung nach den Ansprüchen 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass in den zwischen den Belüftungsbecken (72 - 76) bzw. dem Nachklärbecken (77) angeordneten Verbindungsleitungen (6. 6', 6a, 6b, 65) Schieber (80) eingebaut sind, die es z. B. bei Störung einer Belüftungseinrichtung ermöglichen, sowohl aus dem Becken, in dem sich die Belüftungseinrichtung befindet als auch aus dem dahinterliegenden Becken Belebtschlamm-Wassergemisch anzusaugen (Fig. 12). <Desc/Clms Page number 11>

24. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Belüftungs- und Zerstäubungseinrichtung (1) mit einem für veränderliche Betriebszeit und Pause einstellbaren Zeitschaltwerk zur Anpassung des Belebtschlammrücktransportes, des Sauerstoffeintrages und damit des Energieaufwandes an die Tagesabwassermenge und die Verschmutzung schaltbar ist.

25. Einrichtung nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung der mit einem Zeitschaltrelais schaltbaren Belüftungs-und Zerstäubungseinrichtung (l), dass die veränderliche Betriebszeit und Pauseneinstellung für die verschiedenen während der Tages- und Nachtzeiten anfallenden Abwassermengen von der zufliessenden Abwassermenge < lurch den Wasserspiegel oder durch Überlagerung der Ein- und Ausschaltung der Zulaufpumpensteuerung schaltbar ist.

26. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Be- lüftungs-bzw. Zerstäubungseinrichtungen (1), bestehend aus Ansaugrohr (6, 6', 62, 65) mit Propel- EMI11.1 tungseinrichtungen in Belüftungsbecken angeordnet sind.

27. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. die Propeller (5 und/oder 64) um ihre Längsachse verstellbare Flügel zur Vergrösserung oder Verminderung der Förderleistung aufweist.