AT388907B

AT388907B - Verfahren und einrichtung zur nachklaerung einer mit gas gesaettigten fluessigkeit

Info

Publication number: AT388907B
Application number: AT206884A
Authority: AT
Inventors: Johannes Dipl Ing Dr Muellner
Original assignee: Waagner Biro Ag
Priority date: 1984-06-27
Filing date: 1984-06-27
Publication date: 1989-09-25
Also published as: ATA206884A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachklärung einer mit Gas gesättigten Flüssigkeit, wie z. B.

Belebtschlamm, aus dem Aerob- oder Anaeroberverfahren, vorzugsweise Vermeidung von Schlammverlusten durch Schwimmschlammbildung im Nachklärbecken, bei dem die Flüssigkeit vor dem Eintritt in das Nachklärbecken entgast wird, und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei der biologischen Abwasserbehandlung (CH-PS 623. 294 bzw. GB-PS 2 053 885) wird der Kläreffekt beeinträchtigt durch fallweise auftretende Mängel bei der Abtrennung der Schlammflocken vom geklärten Wasser, insbesondere Schwimmschlammbildung bei der Entgasung. Die die Reinigung bewirkenden Mikroorganismen geben bei aeroben und anaeroben Belebungsverfahren gasförmige Stoffwechselprodukte ab, welche im umgebenden Wasser in Lösung gehen und das Wasser mit diesen Gasen übersättigen. Diese fortlaufende Übersättigung führt zur dauernden Bildung feinster aufsteigender Gasblasen, die ein Aufschwimmen von Bakterienflocken im Nachklärbecken bewirken und das erwünschte Absetzen der Flocken behindern.

Die Folge ist ein Mitreissen feinster Flocken mit dem "geklärten Wasser" und eine Verringerung der für den Klärerfolg entscheidenden Mikroorganismenkonzentration im Reaktor. Die Verschlechterung des Kläreffektes wirkt, bis der aufgetretene Belebtschlammverlust durch den fortlaufenden Belebtschlammzuwachs wieder ergänzt wird. Bei den sich nur sehr langsam vermehrenden anaeroben Bakterien der Faulprozesse dauert es lange, bis nach einem Belebtschlammverlust wiederum die volle Abbauleistung erreicht wird. Bei Faulprozessen sind die Folgewirkungen daher erheblich schwerwiegender als die durch die blosse Faulschlammitnahme verursachte, aber nur vorübergehende Beeinträchtigung des Reinigungseffektes. Auch bei aerober Verfahrensführung ist es vorteilhaft, die Schlammflocken aus dem geklärten Wasser fernzuhalten.

Für alle Belebungsverfahren und besonders für die anaeroben ist eine möglichst vollständige Abscheidung des Belebtschlammes vom geklärten, die Kläranlage verlassenden Wasser anzustreben.

Mechanische Entgasungsverfahren sind bekannt und benötigen viel Energie. Bereits gebildete Flocken mit gutem Absetzverhalten werden zerschlagen und die Sedimentations- und Konzentrationsfähigkeit des Belebtschlammes wird verschlechtert.

Das erfindungsgemässe Verfahren hat sich zum Ziele gesetzt, mit geringem Energieaufwand flockenschonend eine auf Unterdruckentgasung beruhende Verbesserung der Flockenabscheidung zu erreichen, wobei die Druckerhöhung des zu klärenden Belebtschlammanteiles auf Umgebungsdruck eine sichere Zeitspanne für einen ungestörten Absetzvorgang bis zu einer Wiederaufsättigung durch den schwer zu unterbindenden Stoffwechsel der Bakterien gewährleistet. Erfindungswesentlich ist daher die Entgasung zwischen der Begasung und der Nachklärung. Bevor also eine neuerliche Blasenbildung auftreten kann, hat das sedimentierte Belebtschlammkonzentrat das Nachklärbecken bereits verlassen.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktor mit der Begasungseinrichtung die Flüssigkeit vom ungelösten Gas getrennt und aus einer an Gasblasen und Schlamm armen Zone dem Reaktor entnommen und einer Unterdruckentgasung, insbesondere einer Unterdrucksiedung, zugeführt wird, aus welcher die entgaste Flüssigkeit nach einer Druckerhöhung dem Nachklärbecken zugeführt wird, während das bei der Entgasung freiwerdende Gas nach einer hydraulischen Verdichtung einer weiteren Verwendung bzw. der Atomsphäre zugeführt wird. Wesentliche Verfahrensmerkmale sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 angegeben.

Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Reaktor und dem Nachklärbecken im Flüssigkeitsstrom eine im Unterdruckbereich arbeitende Entgasungseinrichtung vorgesehen ist, an der gasseitig eine hydraulische Verdichtungseinrichtung und flüssigkeitsseitig ein Fallkanal angeschlossen sind. Weitere wesentliche Einrichtungsmerkmale sind in den Unteransprüchen 10 bis 14 angegeben.

Die Erfindung ist in den angeschlossenen Fig. 1 bis 3 beispielsweise und schematisch dargestellt. Fig. 1 zeigt eine aerobe Verfahrensführung ; Fig. 2 zeigt einen Schnitt gemäss Schnittlinie (II) in Fig. 1 oder 3 und in Fig. 3 ist eine anaerobe Verfahrensführung dargestellt.

Die erfindungsgemässe Einrichtung gemäss Fig. l besteht im wesentlichen aus einem Reaktor (1) und einem angeschalteten Nachklärbecken (2), wobei zwischen diesen beiden Einrichtungen eine Entgasungseinrichtung (3) vorgesehen ist. Das bei der Entgasungseinrichtung (3) freiwerdende Gas, das ist bei aerober Verfahrensführung hauptsächlich C02 und Stickstoff, wird durch eine vorzugsweise hydraulische Verdichtungseinrichtung (4) abgesaugt und auf Atmosphärendruck verdichtet, wo dieses Abgas dann freigesetzt werden kann. Die in der unter Unterdruck arbeitenden Entgasungseinrichtung (3) anfallende entgaste Flüssigkeit wird durch den Fallkanal (5) wieder auf atmosphärischen Druck verdichtet und in das Nachklärbecken eingeleitet, wo sich eine grobe Trennung in Belebtschlamm und geklärter Flüssigkeit durch Schwerkrafteinwirkung ergibt.

Die entgaste Flüssigkeit ist jetzt an Gasen ungesättigt, so dass die Stoffwechselprodukte der aeroben Bakterien von der Flüssigkeit absorbiert werden und diese Produkte nicht aufperlen können. Durch diese Massnahme wir das Aufschwimmen der Schlammflocken verhindert und dieselben können ungestört sedimentieren. Über den Ablauf (11) strömt in Pfeilrichtung die geklärte Flüssigkeit aus der Anlage ab. Der im Nachklärbecken (2) anfallende Belebtschlamm wird über die Rückführungsleitung (15) in den Reaktor (1) bzw. in die Umwälzleitung rückgeführt und an der höchsten Stelle mit Sauerstoff in der Begasungseinrichtung in Kontakt gebracht. Im anschliessenden Fallrohr (18) wird der Sauerstoff gelöst und zum Teil in Bläschenform mitgerissen und unter hohem hydrostatischem Druck in den Reaktorinhalt eingeführt.

Die Blasen und auch das entstehende Abgas, soweit es nicht in der Flüssigkeit gelöst wird, steigen in der Flüssigkeit auf und bewirken eine Aufströmung bzw. initiieren eine

Umwälzbewegung im Reaktor (1), so dass der Behälterinhalt ständig durchmischt wird und sich die Schlammflocken praktisch nicht absetzen können. In der Höhe des Flüssigkeitsspiegels (19) im Reaktor (1) ist ein Schirm (6) mit angeschlossenem Steigrohr (7) vorgesehen, in welchem zumindest die meisten Gasblasen gesammelt und dem Steigrohr zugeführt werden. Diese bewirkt eine nahezu blasenfreie Flüssigkeitszone oberhalb und ausserhalb des Schirmes, die zur Entnahme der zu entgasenden Flüssigkeit aus dem Reaktor verwendet wird.

Zu diesem Zweck ist etwa tangential zum Steigrohr ausserhalb desselben ein Entnahmerrohr (8) vorgesehen, über welches die zu entgasende Flüssigkeit über die Zuführungsleitung (9) der unter Unterdruck arbeitenden Entgasungseinrichtung (3) zugeführt wird. Zur Verringerung des Unterdruckes bzw. Erleichterung der Entgasung kann im Bereich der Zuführungsleitung eine Beheizungseinrichtung (10) in Form eines Wärmetauschers vorgesehen werden, wodurch der Siededruck der zu entgasenden Flüssigkeit erhöht wird.

Zur Verdichtung des bei der Entgasung freigesetzten Gases ist eine Verdichtungseinrichtung (4) vorgesehen, die im wesentlichen aus einer Rohrleitung besteht, in welcher eine Flüssigkeit im Kreislauf geführt wird, wobei im Bereich der obersten Stelle eine Absaugeeinrichtung (20) vorgesehen ist, in welcher das unter Unterdruck stehende Gas aus der Entgasungseinrichtung (3) abgesaugt wird und durch die in der angeschlossenen Falleitung geführte Flüssigkeit wieder auf Atmosphärendruck verdichtet wird. Als Umlaufflüssigkeit kann dabei die zu reinigende Flüssigkeit (Abwasser) verwendet werden, die dann aus dem Trenngefäss (21) durch den Zulauf (12) z. B. der Rückführungsleitung (15) für den im Nachklärbecken (2) abgeschiedenen Belebtschlamm zugeführt werden kann.

Die Verwendung des zu reinigenden Wassers als Umlaufflüssigkeit ist aber nur dann sinnvoll, wenn die Temperatur des zu reinigenden Wassers tiefer als die Verfahrenstemperatur im Reaktor (1) liegt, so dass die dampfförmigen Bestandteile in der Entgasungseinrichtung (9) durch das im Kreis geführte Abwasser kondensiert werden können. Ist dies der Fall, so wird dadurch gleichzeitig die zulaufende Flüssigkeit in den Reaktor (1) auf Verfahrenstemperatur erwärmt, so dass der Kälteschock durch die relativ kalte Flüssigkeit vermieden wird. Dies wirkt sich letzten Endes in einer Beschleunigung des biologischen Verfahrens aus. Dieses Verfahren ist besonders wichtig bei der anaeroben Betriebsweise, wie sie beispielsweise in Fig. 3 dargestellt ist.

Hier gelten im wesentlichen dieselben Verfahrensschritte wie in Fig. l mit dem Unterschied, dass die Verfahrenstemperatur im Reaktor (1) bedeutend erhöht ist und etwa bei 37 liegt, wodurch die Beheizungseinrichtung (10) entfallen kann.

Hier ist es besonders wichtig, dass die zulaufende Flüssigkeit etwa die Verfahrenstemperatur im Reaktor (1) erreicht, so dass hier ein weiterer Wärmetauscher (13) im Zulauf der zu klärenden Flüssigkeit vorgesehen ist, in welchem der Ablauf der geklärten Flüssigkeit im Bereich der Umgebungstemperatur die Anlage verlassen kann.

Ein weiterer Unterschied zur Fig. 1 ist darin zu sehen, dass das Abgas aus dem Trenngefäss (21), welches Methan enthält, gesammelt wird und mit dem Gasraum des Reaktors (1) verbunden ist, so dass dieser methanhältige Gasanteil nach dessen Passieren der Begasungseinrichtung (17) dem Faulgas zugemischt werden kann.

Durch die Erfindung wird die Gasblasenbildung im Nachklärbecken für eine Zeitspanne unterdrückt, innerhalb welcher eine geregelte Schlammabsetzung erreicht wird, so dass ungewollte Schlammverluste nicht auftreten.

Etwaiger Überschussschlamm wird durch die Ableitung (22) aus dem Kreislauf entfernt.

Die verfügbare Zeitspanne für die ruhige Schwerkraftssedimentation kann durch geodätisch entsprechend tiefere und daher druckerhöhende Anordnung einer entsprechend druckfest ausgeführten Absetzeinrichtung noch weiter hinaufgesetzt werden. Da die Sättigungslöslichkeit von Gasen in Wasser proportional dem Absolutdruck zunimmt, können beide Massnahmen gemeinsam optimale Voraussetzungen für ungestörte Klärung im Nachklärbecken bieten.

Zur Aufrechterhaltung des nötigen Unterdruckes für die Entgasung wird vorzugsweise ein hydraulischer Verdichter verwendet, der als Mischkondensator wirkt. Daher braucht für den sich bei jeder Entgasung bildenden Wasserdampfanteil keine zusätzliche Verdichtungsarbeit aufgewendet zu werden. Das in Form feiner Blasen eingesaugte Gemisch aus Gas und Wasserdampf besitzt eine so grosse spezifische Oberfläche, dass schon nach kurzem Verdichtungsweg sich der Wasserdampfanteil durch Kondensation im Umwälzwasser verflüssigt und so das zur Weiterverdichtung verbleibende Gasvolumen entsprechend reduziert wird. Dies bewirkt auch eine Erwärmung des Umwälzwassers, so dass bei Verwendung von zu klärendem kalten Wasser der Kälteschock im Reaktor verkleinert werden kann.

Nach der Rückverdichtung des Gases auf Reaktordruck bzw. auf den erhöhten Nachklärbecken-Druck wird das verbleibende nicht kondensierende Gas entweder der Hauptmenge des gewonnenen Faulgases beigefügt bzw. bei aeroben Prozessen als Abgas weggeleitet.

Vorzugsweise wird als Umwälzmedium für die hydraulische Verdichtung gewöhnliches kaltes Nutzwasser
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angewärmte Nutzwasser besitzen muss. Vernünftigerweise wird der Pumpensumpf für Faulverfahren als geschlossener Behälter mit hydraulischem Verschluss (Schwanenhalsüberlauf) ausgeführt, um den in der Entgasung frei werdenden Faulgasanteil gewinnen zu können.

Die Umwälzpumpe besitzt vorzugsweise eine stufenlose Drehzahlregelung, die über einen im Entgasungsgefäss arbeitenden Schwimmer das Vakuum und damit auch den Wasserspiegel dort selbst auf annähernd konstanter Höhe hält
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Anlagen ist der Flüssigkeitsspiegel (19) höher vorzugeben, da die Strömungsverluste zu berücksichtigen sind.

PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Nachklärung einer mit Gas gesättigten Flüssigkeit, wie z. B. Belebtschlamm aus dem Aeroboder Anaerobverfahren, vorzugsweise zur Vermeidung von Schlammverlusten durch Schwimmschlammbildung im Nachklärbecken, bei dem die Flüssigkeit vor dem Eintritt in das Nachklärbecken entgast wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktor mit der Begasungseinrichtung die Flüssigkeit vom ungelösten Gas getrennt und aus einer an Gasblasen und Schlamm armen Zone dem Reaktor entnommen und einer Unterdruckentgasung, insbesondere Unterdrucksiedung, zugeführt wird, aus welcher die entgaste Flüssigkeit nach einer Druckerhöhung dem Nachklärbecken zugeführt wird, während das bei der Entgasung freiwerdende Gas nach einer hydraulischen Verdichtung einer weiteren Verwendung bzw. der Atmosphäre zugeführt wird.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Unterdruckentgasung freigesetzte Gas durch die zu reinigende im Kreislauf geführte Flüssigkeit hydraulisch verdichtet wird, und die zu reinigende Flüssigkeit durch die Kondensation der im Gas mitgeführten Dämpfe annähernd auf die Verfahrenstemperatur im Reaktor erwärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zu reinigende Flüssigkeit vor der Verwendung zur Verdichtung der im Entgaser freiwerdenden Gase gekühlt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu entgasende Flüssigkeit oberhalb eines Ablenkschirmes im Reaktor tangential nahe dem Flüssigkeitskern entnommen und tangential zur Wandzone einer Wirbelzone einem höher gelegenen Unterdruckraum zugeführt wird, aus welcher die entgaste Flüssigkeit zentral an der tiefsten Stelle des Unterdruckraumes entnommen und über eine Fallströmung dem Nachklärbecken zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in das Nachklärbecken eingeleitete Flüssigkeit aus der Fallströmung in horizontale Richtung umgelenkt und verlangsamt wird.

6. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass der im Nachklärbecken abgesetzte Schlamm mit viel Flüssigkeit entnommen und mit der zu reinigenden nährstoffreichen Flüssigkeit gemischt sowie dem Reaktor über den umgewälzten Flüssigkeitsstrom wieder zugeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeit während der Unterdruckbehandlung Wärme zugeführt wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Nachklärbecken nach einem anaeroben Verfahren ablaufende geklärte Flüssigkeit im Wärmetausch mit der zu klärenden Flüssigkeit gebracht wird.

9. Verfahren zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Reaktor (1) und dem Nachklärbecken (2) im Flüssigkeitsstrom eine im Unterdruckbereich arbeitende Entgasungseinrichtung (3) vorgesehen ist, an der gasseitig eine hydraulische Verdichtungseinrichtung (4) und flüssigkeitsseitig ein Fallkanal (5) angeschlossen sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktor (1) im Bereich der Entnahme der zu entgasenden Flüssigkeit ein Schirm (6) mit einem Steigrohr (7) vorgesehen ist, der so angeordnet ist, dass die meisten im Reaktor aufsteigenden Gasblasen gesammelt, dem Steigrohr (7) zugeführt und so am Entnahmerohr (8) vorgeführt werden, wobei das Entnahmerohr (8) ausserhalb des Steigrohres (7) zu diesem etwa tangential angeordnet ist 11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungseinrichtung (3) eine tangential zur Innenseite der Wandung der Entgasungseinrichtung (3) angeordnete Zuführungsleitung (9) aufweist, die der zu entgasenden Flüssigkeit eine Wirbelströmung auferlegt <Desc/Clms Page number 4> 12.

Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachklärbecken als Überdruckgefäss ausgebildet ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungseinrichtung (3) und/oder deren Zuführungsleitung (9) eine Beheizungseinrichtung (10) für die zu entgasende Flüssigkeit aufweist.

14. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ablauf (11) der Nachkläreinrichtung für die geklärte Flüssigkeit und dem Zulauf (12) der zu klärenden Flüssigkeit in dem Reaktor (1) ein Wärmetauscher (13) vorgesehen ist