Verfahren zur Abwasserreinigung und Kläranlage zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abwasser reinigung, insbesondere zur biologischen Vollreinigung von nicht vorgeklärtem Abwasser, mit in zwei Stufen aufgeteilter Belüftungseinheit und einer Nachklärstufe, wobei in der ersten Belüftungsstufe das ihr zugeführte Abwasser umgewälzt, belüftet und mit in der Nach klärstufe abgesetztem, in die erste Belüftungsstufe zu rückgeführtem Schlamm gemischt wird,
und aus der ersten Belüftungsstufe ein Wasser-Schlamm-Gemisch in die Nachklärstufe geleitet wird, wobei ferner der in der Nachklärstufe abgesetzte Schlammüberschuss, welcher von dort nicht in die erste Belüftungsstufe zurückge führt wird, in die zweite Belüftungsstufe überführt und dort umgewälzt, belüftet und stabilisiert wird, und wobei das gereinigte Wasser aus der Nachklärstufe ab läuft.
Das erfindungsgemässe Verfahren soll insbesondere bei kleineren Ansiedlungen von z. B. 100 bis 5000 Einwohnern zur Reinigung gewerblicher und häuslicher Abwässer dienen, wobei neben dem biologischen Ab bau des Abwassers auch eine aerobe Stabilisierung des Schlammes zu einem weitgehend geruchlosen Produkt gewährleistet sein. sollte. Bei solchen kleineren Siedlun gen sind nämlich die heute gebräuchlichen Anlagen meist entweder . unzulänglich oder müssen unverhältnis mässig gross gehalten werden.
Die biologische Abwasserreinigung von Rohwasser mit aerobem Abbau des Schlammes (Stabilisation) wird heute hauptsächlich in kleinen und mittleren An lagen angewendet, wobei im wesentlichen zwei Verfah ren bekannt sind: Bei der ersten bekannten Verfahrensvariante läuft der Reinigungsprozess und die oxydative Schlammsta bilisation im gleichen Becken ab, wobei in der Regel entweder mit hoher Schlammkonzentration (8 bis 10 kg/ms) und kurzer Belüftungszeit (z. B. 24 Stunden) oder mit normaler Schlammkonzentration (3 bis 5 kg/ ms) mit langer Belüftungszeit (2 bis 3 Tage) gearbeitet wird.
Die Nachklärung kann dabei entweder im Belüf- tungsraum selbst oder in einem nachgeschalteten Nach klärbecken erfolgen.
Bei der zweiten bekannten Verfahrensvariante ist der Reinigungsprozess und die Schlammstabilisation getrennt. Die biologische Reinigung des der Anlage zu- fliessenden rohen oder teilweise vorgeklärten Abwas sers erfolgt in einem sogenannten Belebungsbecken, wobei dann der Schlamm abgesetzt, teilweise ins Bele bungsbecken zurückgeführt und teilweise zwecks weite rer Belüftung und Stabilisierung des anfallenden Schlammüberschusses in einem weiteren Becken 6 bis 10 Tage belüftet, aerob abgebaut und stabilisiert wird.
Bei kleinen Einzugsgebieten schwankt der Abwas seranfall sehr stark (z. B. Stundenmaximum 1/1Q bis 1/14 des Tagesanfalls), so dass zur Gewährleistung einer durchschnittlich guten Reinigung sehr grosse Becken volumen pro Einwohner erforderlich sind.
Ausserdem muss nach den allgemein gültigen Vorschriften für Gef- wässerschutz bei Entwässerung im Mischsystem bei Regenwetter die 1,5-fache Trockenwetterspitze (in be sonderen Fällen die 2-fache) biologisch gereinigt wer den, was wiederum zusätzliche Beckenvolumina erfor derlich macht.
Ein weiterer Unsicherheitsfaktor liegt in der oft unsicheren Entwicklung gerade kleiner Ansied lungen, wo bei starkem Ansteigen des Abwasseranfalls weitere Kläreinheiten installiert werden müssen, die gleich oder ähnlich arbeiten, so dass sich wirtschaftlich und verfahrenstechnisch den Verhältnissen nicht mehr angemessene Zustände ergeben können.
Diese und andere Nachteile bestehender Kläranla gen zu beseitigen ist Ziel der Erfindung. Es soll mit ihr ein im Prinzip den aerob arbeitenden Anlagen entspre chendes Verfahren und eine zu seiner Ausübung geeig nete Kläranlage geschaffen werden, welche hinsichtlich der Reinigungsleistung, der Anpassungsfähigkeit an un terschiedliche Belastungen und in Bezug auf den Raumbedarf wesentliche Vorteile bietet.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge kennzeichnet, dass aus der zweiten Belüftungsstufe kontinuierlich oder intermittierend Flüssigkeit in die den beiden Belüftungsstufen gemeinsame Nachklärstufe geführt wird.
Zweckmässigerweise wird der zweite Belüftungs stufe aus der Nachklärstufe kontinuierlich Schlamm zugeführt, während ihr nur die von<I>der</I> ersten Be lüftungsstufe nicht verarbeitbaren Spitzen-Abwasser- mengen zugeleitet werden. Der in der zweiten Stufe hungernde Schlamm kann dergestalt zum raschen Rei nigen der Spitzenwassermengen Verwendung finden, wobei eine ausreichende Stabilisierung des Schlamms bei richtiger Dimensionierung trotzdem möglich ist.
Überraschenderweise können die Durchsatzmengen pro Beckenvolumeneinheit nach dem erfindungsgemässen Verfahren erheblich höher gehalten werden als bei den bisher praktizierten Verfahren.
Es ist von Vorteil, wenn man der zweiten Belüf tungsstufe durchschnittlich soviel Schlamm zuführt, wie in der ersten Belüftungsstufe täglich Schlammüber schuss entsteht. Dadurch erreicht man eine Anreiche rung an Schlamm in der zweiten Stufe, aus welcher er zeitweise ausgetragen werden kann.
Zum besseren Verständnis sei noch angeführt, dass die erste Belüftungsstufe der sogenannten Belebungs stufe oder Belebtschlammstufe der herkömmlichen Verfahren entspricht, während die zweite Stufe eine Kombination der Wirkungen der Belebungsstufe und der Stabilisierungsstufe bekannter Verfahren vereinigen kann.
Es können somit bei geeigneter Steuerung des Ver fahrens hinsichtlich Schlammbelastung, Belüftungszeit und Sauerstoffhaushalt optimale Werte und dadurch Raumersparnis erreicht werden.
Normalerweise muss ein Belebungsbecken bei klei nen Anlagen mindestens auf das 14-Stundenmittel des Tagesanfalls dimensioniert werden. Wegen des gerin gen Wasseranfalls in der Nacht ergeben sich Betriebs belastungsschwankungen im Verhältnis 1:8 bis 1:12. Beim erfindungsgemässen Verfahren kann das Becken für die erste Belüftungsstufe (Belebungsbecken) norma lerweise zum Beispiel auf das 24-Stundenmittel dimen sioniert werden, woraus eine Senkung der Belastungs schwankungen von Tag- zu Nachtbetrieb auf nur noch 1:4 möglich ist. Ausserdem kann das Belebungsbecken 1,5 bis 2-mal kleiner gehalten werden.
Betrachtet man die Abwasseranfallganglinie kleiner Ortschaften, so zeigt sich, dass, bezogen auf die Total menge, ca. 70 % der Tagesmenge im Bereich des 24-Stundenmittels anfallen und ca. 30 o/a als Spitze. Es müssen demnach zur Reinigung von höchstens 30 % der Tagesmenge die Belebungsbecken 1,5 bis 2-mal grösser dimensioniert werden, was sicherlich unwirt schaftlich ist. Andererseits liegt, bei getrennter Stabili sation (Oxydation) im vorhandenen Stabilisationsbek- ken eine erhebliche Belebtschlamm-Menge brach.
Beim erfindungsgemässen Verfahren kann nun diese Schlamm-Menge zur Reinigungsarbeit eingesetzt wer den. Wie aus den Erfahrungen mit Oxydationsanlagen, in denen der Prozess der biologische Reinigungslei stung als auch die angestrebte Stabilisation des Belebt schlammes dann gewährleistet, wenn unter anderem (genügende Sauerstoffzufuhr, genügende Turbulenz etc.) die Belastung des im Becken vorhandenen Schlammes mit Schmutzstoffen im Bereich zwischen 40-50 g BSB5 pro kg Belebtschlamm-Feststoffe liegt.
Beim erfindungsgemässen Verfahren kann. nun dem nor malerweise brach liegenden Stabilisationsbecken, unter gleichzeitiger entsprechender Steigerung des 02-Eintra- ges, so viel Abwasser pro Tag zugeführt werden, dass die oben angeführte Schlammbelastung von 40-50 g BSB5 pro kg Feststoffe nicht überschritten wird; unter normalen Verhältnissen sind das gerade die ca. 30 0lo der Tagesmenge, die als Stundenspitze anfallen.
In welchem Masse dadurch im Vergleich zu den bekannten Oxydationsanlagen, bei gleicher Reinigungs leistung, an Beckenvolumen gespart werden kann, sei am Beispiel einer Anlage für 500 Einwohner mit 300 l/Einwohner und Tag Abwasser- und 75 g/Einwoh- ner und Tag BSB5-Anfall zahlenmässig dargelegt: Abwasseranfall 175 ms/Tag BSB5 37.5 kg/Tag a) Oxydationsanlage normaler Bauweise:
Zulässige Schlammbelastung: 45 g BSB5/kg Feststoffe. Feststoffkonzentration im. Becken: im Mittel .sicher erreichbar 6 kg/ms. Erforderliche Beckenvolumen:
EMI0002.0059
Normalerweise werden diese Anlagen für den Tagesan- fall dimensioniert, das wären im gegebenen Fall 175 ms. b) Erfindungsgemässe Anlage:
EMI0002.0069
Belebungsbecken gewählt 30 ms. Mittlere = minimale Belüftungszeit =
EMI0002.0075
BSB5 = 70 % von 37.5 = 26 kg/Tag.
Zulässige Schlammbelastung für biologische Vollreini gung = 0.25 kg BSB5/kg Feststoffe. Erforderliche Schlammkonzentration:
EMI0002.0088
Stabilisationsbecken, gewählt ebenfalls, 30 ms. Überschuss-Schlamm-Menge = ca. 0.6 - BSB5/Tag = 0.6 - 37.5 = 23 kg/Tag. Erreichbare Konzentration bei Entnahme aus dem Nachklärbeckentrichter: ca. 8 kg/m3.
Tägliche überschuss-Schlamm-Menge:
EMI0003.0007
Total Schlammfeststoff im Stabilisationsbecken: 30 ms - 8 kg/m3 = 240 kg.
Schlammbelastung bei Mitreinigung des Spitzenanfalls von 30 a/o. der Tagesmenge:
EMI0003.0014
Damit kann im Stabilisationsbecken eine volle biologi sche Reinigung, als auch eine zufriedenstelle:nde Schlamm-Stabilisation gewährleistet werden.
Gegenüberstellung der Beckenvolumina: Oxydationsanlage: 140 ms (ev. 175 m3) erfindungsgemässe Anlage: 60 m3 (2 X 30 m3) Einsparung: 80-115M3 Da das Belebungsbecken der erfindungsgemässen Anlage, z.
B. im Gegensatz zu einer Oxydationsanlage üblicher Bauart, mit einer verhältnismässig kleinen Schlammkonzentration gefahren werden kann, ist eine Überlastung der Nachklärung normaler Dimensionie- rung nicht zu befürchten. Bei einem Belebtschlamm- betrieb mit hoher Schlammkonzentration von z. B.
8-10 kg/m3 ergeben sich sehr grosse Nachklärbecken. Da dieser Umstand in der Praxis nicht immer genü gend berücksichtigt wird, arbeiten viele Oxydationsan lagen praktisch ohne überschuss-Schlammanfall, weil dieser als Schwebstoffgehalt des Ablaufes in die Vor flut abgeleitet wird.
Bei Stabilisationsbecken mit einer hohen Schlammkonzentration wird üblicherweise bei Normalbetrieb nur ca. 2-3 % und bei Spitzenbetrieb nur ca. 20-30 % der Abwassermenge als Belebt- schlammgemisch über die Nachklärung zirkulieren,
weshalb sich im Durchschnitt keine wesentlich erhöhte Feststoffbelastung der Nachklärung ergibt.
Falls die Anlage vorzugsweise symmetrisch ausge bildet wird, kann sie, bei entsprechend kleinem Abwas seranfall, auch parallel betrieben werden, wobei sie dann wie eine übliche Oxydationsanlage funktioniert.
Zur Aufrechterhaltung eines Notbetriebes kann jedes der beiden Belüftungsbecken vorübergehend ab geschaltet werden, ohne die Reinigungsleistung wesent lich zu beeinträchtigen.
Die Anlage ist einfach zu vergrössern: z. B. durch Verlängerung der beiden Belüftungsbecken und Einset zen weiterer Belüftungsrotoren sowie dem Anbau eines weiteren Nachklärbeckens in Längsrichtung. Durch Vorschalten einer mechanischen Reinigung und Erstellung einer Schlammfaulanlage und Betrieb beider Belüftungseinheiten als Belebungsbecken kann sie jederzeit zu einer mechanisch-biologischen Anlage erweitert werden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Kläranlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass zwei wahl weise mit Abwasser beschickbare Belüftungsbecken vorgesehen sind, welche miteinander durch eine Lei tung so verbunden sind, dass in dem einen Belüftungs becken anfallendes Oberwasser in das andere Belüf tungsbecken überfliessen kann, wobei beide Belüf tungsbecken mit einem gemeinsamen Nachklärbecken durch Oberläufe verbunden sind, und Mittel vorgesehen sind, um jedem der beiden Belüftungsbecken regelbare Mengen an Schlamm aus dem Nachklärbecken zuzu führen.
Zweckmässig wird in wenigstens einem der Belüf tungsbecken, welches als Stabilisierungsbecken dient, der Oberlauf in Glas Nachklärbecken als Klärtasche aus gebildet.
Es ist ausserdem zweckmässig, die überlaufcharak- teristik der die Belüftungsbecken mit dem Nachklär- hecken verbindenden Oberfälle (z. B. Thompson-Ober- fälle) so auszulegen, dass je nach Abwasseranfall pro Zeiteinheit das Eintauchen der in den Belüftungsbek- ken vorgesehenen Rotoren variiert und dadurch der Sauerstoff-Eintrag proportional der jedes Belüftungs becken durchfliessenden Flüssigkeitsmenge ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeich nung beispielsweise erläutert: Fig. 1 zeigt eine Kläranlage in Richtung der Pfeile 1-T in Fig. 3 gesehen.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach II-11 in Fig. 1.
Fig. 3 zeigt einen. Schnitt (ohne Hintergrund) nach Linie III-III in Fig. 1.
Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungs form der Erfindung.
Die Anlage besteht aus einem ersten Belüftungs becken, dem Belebungsbecken 1 und einem zweiten Belüftungsbecken, dem Stabilisationsbecken 2 und einem Nachklärbecken 3 mit einem Schwimmschlamm raum 4. Die beiden Belüftungsbecken werden vorzugs weise als Umlaufbecken mit Rotorbelüftung 11, 12 und horizontaler Umwälzung des Belebtschlammgemi- sches ausgebildet.
Das Abwasser, vorzugsweise roh, oder auch ganz oder teilweise mechanisch vorgereinigt, fliesst vom Zulaufkanal 14 in den Verteilkanal 15 und von diesem direkt ins Belebungsbecken 1, wo es mit dem vorhandenen Belebtschlamm vermischt, von der Belüftungseinrichtung 11, welche vorzugsweise als horizontaler Rotor bekannter Bauart ausgebildet ist, belüftet und umgewälzt wird. Die Betriebsparameter im Becken 1 sind diejenigen einer normalen Belebt schlammanlage mit biologischer Vollreinigung von z. B. 3-4 Stunden mittlerer Belüftungszeit, und einer Schlammbelastung von 0,2-0,4 kg BSB5/kg Belebt schlammfeststoffe.
Bis zu einem bestimmten Abwasser- zufluss, z. B. in der Höhe der mittleren Stunden belastung, fliesst das Abwasser-Belebtschlammge:misch durch den Bodenlauf 5 über den Oberfall 7 in den Schwimmschlammfang 4 und von diesem ins Nachklärbecken 3, wo sich der Belebtschlamm ab setzt und das biologisch gereinigte Abwasser über die Ablaufrinne 20 zum Vorfluter abfliesst. Der grösste Teil des sich im Nachklärbecken 3 absetzenden Belebt schlammes wird mit der Druckluftpumpe 9,
die vom Kompressor 13 mit Druckluft versorgt wird, konstant in das Belebungsbecken 1 zurückgefördert, wobei die Fördermenge durch eine entsprechende Dosierung der Luftmenge am Schieber 13.1 gesteuert wird. Die Spie gelschwankungen im Becken 1 sind durch die Charak teristik des Überfalls 7 bestimmt, wodurch eine weitge hende Anpassung der Eintauchtiefen des Rotors und damit des Sauerstoffeintrags proportional zur Durch satzmenge erreicht wird.
Der beim Reinigungsprozess anfallende Überschuss- Schlamm wird aus der Trichterspitze des Nachklärbek- kens 3 in eingedicktem Zustand von der Druckluft pumpe 10 kontinuierlich in das Stabilisationsbecken 2 gefördert, wobei die Förderleistung der Pumpe 10 durch Zugabe von mehr oder weniger Druckluft mit dem Schieber 13.2 beliebig geregelt werden kann.
Im Stabilisationsbecken 2 wird der überschuss-$chlamm vom Belüftungsrotor 12 horizontal umgewälzt und be lüftet und dadurch aerob stabilisiert. Die Steuerung der Eintauchtiefe des Rotors 12 durch den Überfall 8 er folgt in gleicher Weise, wie die des Rotors 11 durch den Überfall 7.
Durch die Förderwirkung der Druck luftpumpe 10 wird demnach eine ständige Schlammzir- kulation zwischen dem Nachklärbecken 3 und Becken 2 aufrechterhalten, wobei der Ablauf aus Becken 2 über den Bodenablauf 6, den Überfall 8 und den Schwimm schlammraum 4 geführt wird; die Zirkulationsmenge entspricht der täglichen überschuss-Schlamm-Menge, also ca. 2-3 0!n der täglichen Abwassermenge.
Da die ser Zirkulationsschlamm, bevor er ins Nachklärbecken 3 überfliessen kann, die Schlammtasche 6.1 mit einer Klärzeit von ca. 30 Minuten durchfliesst, wird die Schlammkonzentration. des Abflusses aus der Klärta sche 6.1 immer kleiner sein, als diejenige im Becken2, wodurch eine Steigerung der Schlammkonzentration im Becken 2 erreicht wird. Der stabilisierte Schlamm kann mit der Schlammpumpe 23 aus der Bodenvertiefung 19 entnommen und auf die Trockenbeete 21 gepumpt werden, die vorzugsweise als Überdachung der ganzen oder eines Teils der Anlage (z. B.
Maschinenhaus und Nachklärbecken) ausgebildet sind; die gleiche Schlammpumpe 23 ermöglicht auch die Entnahme von Ablagerungen in der Bodenvertiefung 18 des Beckens 1 (Sand etc.) und Ein Überpumpen derselben ins Becken 2 zur Stabilisation.
Steigt bei Spitzenanfall (während der Tagesspitzen oder bei Regenwetter) die in das Becken 1 zufliessende Abwassermenge über die für das Becken 1 zugelassene Beschickungsquote, wird Becken 1 über den Entla stungskanal 22 ins Becken 2 entlastet, wobei die Entla stungsmenge durch die festgelegte Länge und die ver stellbare Höhenlage der Überfallkante 22.1 und die entsprechend festgelegte Abflusscharakteristik des Über- falls 7 dosiert wird.
Da mit zunehmender Beschickung des Beckens 2 mit Abwasser-Belebtschlammgemisch in demselben die Spiegellage ansteigt, gesteuert durch die Abflusscharakteristik des Überfalls 8, über welchen die totale dem Becken 2 zugeführte Flüssigkeitsmenge ins Nachklärbecken 3 abfliessen muss, nimmt die Ein tauchtiefe des Belüftungsrotors 12 entsprechend zu und zwar in dem Masse, dass bei jeder Belastung die Ver sorgung des Beckens 2 mit Sauerstoff gewährleistet ist.
Eine entsprechende Beschickung des Beckens 2 wäh rend des Ausgleichsbetriebes mit Rücklaufschlamm ist dadurch- gewährleistet, dass dieses nicht mit Abwasser allein, sondern mit einem Abwass.er-Belebtschlammge- misch aus Becken 1 beschickt wird, wobei die Rück führung der totalen Rücklaufschlamm-Menge aus dem, beiden Becken gemeinsamen, Nachklärbecken 3 durch die Druckluftpumpe 9 erfolgt.
Die Förderleistung der- Druckluftpumpe 10 bleibt auch während des Aus gleichsbetriebes die- des Normalbetriebes (die -tägliche Überschu"chlamm-Menge). Die täglich dem Stabfisa- tionsbecken zuführbare Schmutzstoffmenge ist festge legt durch die zulässige Schlammbelastung zur Auf rechterhaltung der erwünschten Schlamm-Stabilisation; die geforderte biologische Reinigungsleistung ist dann auf alle Fälle gewährleistet.
Ist der tägliche Abwasseranfall wesentlich kleiner als der, der Planung einer Anlage zugrundegelegten (z. B. bei Inbetriebnahme einer für ein bestimmtes Ausbauziel dimensionierten Anlage), können während der Übergangszeit durch eine entsprechende Einstellung der Regulier- und Absperrklappe 17 beide Belüftungs becken mit Abwasser beschickt, und beide Druckluft pumpen für die gleiche, angepasste Rücklaufschlamm- förderleistung eingestellt werden, so dass dann die An lage wie eine übliche Oxydationsanlage funktioniert,
in welcher der biologische Abbau und die Sc_hiamm-Sta- bilisierung unter Einhaltung -der für diesen Betrieb zu lässigen Schlammbelastung im. gleichen Becken ge währleistet sind.
Soll aus irgendwelchen Gründen eines der beiden Belüftungsbecken abgestellt werden, so kann mit nur einem- Becken eire Notbetrieb aufrechterhalten werden, der zumindest eine biologische Teilreinigung während dieser Zeit gewährleistet. Es ist sogar möglich, vor übergehend das Nachklärbecken auszuschalten und in dieser Zeit die beiden Belüftungsbecken durch inter- mittierenden Aufstaubetrieb, ähnlich wie er bei Oxyda tionsgräben praktiziert wird, auch für die Nachklärung einzusetzen.
Die erfindungsgemässe Anlage wird vorzugsweise beiderseits der Längsachse symmetrisch aufgebaut und aus Fertigbetonteilen zusammengesetzt.
In Fig. 4 erkennt man die voneinander getrennt ge zeichneten Umrisse der drei Becken 1, 2, 3. In das Becken 1 fliesst entsprechend dem dicken ausgezoge nen Pfeil Abwasser ein, wird darin in beschriebener Weise verarbeitet und fliesst durch den Überlauf in das Nachklärbecken 3. Gleichzeitig. wird- entsprechend dem gestrichelten Pfeil Schlamm aus dem Becken 3 in Bek- ken 1 gepumpt, von wo der Schlammüberschuss paral lel .zum dicken, ausgezogenen Pfeil mit dem gereinigten Wasser in Becken 3 gelangt.
Zwischen den Becken 2 und 3 besteht ebenfalls ge- mäss gestricheltem Pfeil ein Schlammkreislauf. Das als dünner ausgezogener Pfeil angedeutete zusätzliche Wasser, welches in Spitzenzeiten in Becken 1 gelangt, fliesst gemäss dünnem ausgezogenen Pfeil in Becken 2 über, von wo es nach Reinigung durch den hungernden Schlamm in Becken 3 gelangt.
Der Schlammüberschuss, welcher im Becken 2 zu rückbleibt und sich ansammelt, wird gemäss strich punktiertem Pfeil, in der Regel zeitweise, auf das Trok- kenbeet 21 gefördert.
Der weisse dicke Pfeil, welcher aus Becken 3 her auszeigt, bedeutet das abfliessende gereinigte Wasser. Die örtliche Lage der Pfeile ist unmassgeblich. Sie ist nur nach Gesichtspunkten der Übersichtlichkeit ge wählt.
Method for wastewater purification and sewage treatment plant for carrying out the method The invention relates to a method for wastewater purification, in particular for the full biological purification of non-pre-treated wastewater, with a two-stage ventilation unit and a secondary clarification stage, with the wastewater supplied to it being circulated, aerated and fed in the first aeration stage is mixed with the sludge deposited in the secondary clarification stage and returned to the first aeration stage,
and a water-sludge mixture is passed from the first aeration stage into the secondary clarification stage, the excess sludge deposited in the secondary clarification stage, which is not returned from there to the first ventilation stage, is transferred to the second ventilation stage and is circulated, aerated and stabilized there is, and wherein the purified water runs from the secondary clarification stage.
The inventive method is intended in particular for smaller settlements of z. B. serve 100 to 5000 residents for the purification of commercial and domestic wastewater, in addition to the biological from construction of the wastewater and aerobic stabilization of the sludge to a largely odorless product can be guaranteed. should. In such smaller settlements, the systems commonly used today are mostly either. inadequate or must be kept disproportionately large.
The biological wastewater treatment of raw water with aerobic degradation of the sludge (stabilization) is mainly used today in small and medium-sized systems, with two processes being known: In the first known process variant, the cleaning process and the oxidative sludge stabilization take place in the same basin where usually either a high sludge concentration (8 to 10 kg / ms) and a short aeration time (e.g. 24 hours) or a normal sludge concentration (3 to 5 kg / ms) with a long aeration time (2 to 3 days) becomes.
The final clarification can either take place in the ventilation room itself or in a downstream clarifier.
In the second known process variant, the cleaning process and the sludge stabilization are separate. The biological cleaning of the raw or partially pre-clarified wastewater flowing into the system takes place in a so-called aeration basin, whereby the sludge is then deposited, partly returned to the aeration basin and partly for the purpose of further aeration and stabilization of the excess sludge in another basin 6 to 10 Days is ventilated, aerobically degraded and stabilized.
In small catchment areas, the amount of waste water fluctuates very strongly (e.g. hourly maximum 1 / 1Q to 1/14 of the day), so that very large tank volumes per inhabitant are required to ensure good cleaning on average.
In addition, according to the generally applicable regulations for water protection when draining in a mixed system in rainy weather, 1.5 times the dry weather peak (in special cases twice) must be biologically cleaned, which in turn requires additional tank volumes.
Another uncertainty factor lies in the often uncertain development of small settlements in particular, where if there is a sharp increase in the amount of wastewater, additional treatment units have to be installed that work in the same or similar manner, so that economically and procedurally appropriate conditions can no longer result.
To eliminate these and other disadvantages of existing Kläranla conditions is the aim of the invention. It is to be created with her a principle corresponding to the aerobic plants and a sewage treatment plant suitable for its exercise, which offers significant advantages in terms of cleaning performance, adaptability to different loads and in terms of space requirements.
The method according to the invention is characterized in that liquid is fed continuously or intermittently from the second aeration stage into the final clarification stage common to both aeration stages.
The second aeration stage is expediently continuously fed with sludge from the secondary clarification stage, while only the peak wastewater quantities that cannot be processed by the first aeration stage are fed to it. The starving sludge in the second stage can thus be used to quickly clean the peak amounts of water, although sufficient stabilization of the sludge is still possible if the dimensions are correct.
Surprisingly, the throughput quantities per tank volume unit can be kept considerably higher according to the method according to the invention than with the methods practiced up to now.
It is an advantage if on average as much sludge is added to the second aeration stage as there is daily excess sludge in the first aeration stage. This achieves an enrichment of sludge in the second stage, from which it can be temporarily discharged.
For a better understanding it should be mentioned that the first aeration stage corresponds to the so-called activated sludge stage or activated sludge stage of the conventional processes, while the second stage can combine the effects of the activation stage and the stabilization stage of known processes.
With suitable control of the process, optimal values and thus space savings can be achieved with regard to sludge load, aeration time and oxygen balance.
Normally, an aeration tank in small systems must be dimensioned to at least the 14-hour average of the daily occurrence. Due to the low volume of water during the night, there are fluctuations in operating loads in a ratio of 1: 8 to 1:12. In the method according to the invention, the basin for the first aeration stage (aeration basin) can normally be dimensioned, for example, to the 24-hour average, which allows the load fluctuations from day to night operation to be reduced to only 1: 4. In addition, the aeration tank can be made 1.5 to 2 times smaller.
If one looks at the wastewater incidence curve of small towns, it can be seen that, based on the total amount, approx. 70% of the daily amount occurs in the range of the 24-hour average and approx. 30 o / a as a peak. In order to clean a maximum of 30% of the daily amount, the aeration tanks must therefore be dimensioned 1.5 to 2 times larger, which is certainly uneconomical. On the other hand, with separate stabilization (oxidation) in the existing stabilization basin, a considerable amount of activated sludge remains.
In the method according to the invention, this amount of sludge can now be used for cleaning work. As from experience with oxidation systems, in which the process of biological cleaning performance as well as the desired stabilization of the activated sludge is guaranteed when, among other things (sufficient oxygen supply, sufficient turbulence, etc.) the contamination of the sludge in the basin with contaminants in the area between 40-50 g BOD5 per kg activated sludge solids.
In the method according to the invention can. Now the stabilization basin, which is normally fallow, is fed with enough wastewater per day, with a corresponding increase in O2 input, that the above-mentioned sludge load of 40-50 g BOD5 per kg of solids is not exceeded; under normal conditions that is just about 30,000 of the daily amount that occurs as an hourly peak.
The extent to which pool volume can be saved compared to the known oxidation systems with the same cleaning performance is exemplified by a system for 500 residents with 300 l / inhabitant and day wastewater and 75 g / inhabitant and day BOD5- Accumulation presented numerically: Waste water accumulation 175 ms / day BOD5 37.5 kg / day a) Oxidation plant of normal construction:
Permissible sludge load: 45 g BOD5 / kg solids. Solid concentration in. Basin: on average, safely reachable 6 kg / ms. Required pool volume:
EMI0002.0059
Normally these systems are dimensioned for the daily occurrence, that would be 175 ms in the given case. b) Plant according to the invention:
EMI0002.0069
Aeration basin chosen 30 ms. Mean = minimum ventilation time =
EMI0002.0075
BOD5 = 70% of 37.5 = 26 kg / day.
Permissible sludge load for complete biological cleaning = 0.25 kg BOD5 / kg solids. Required sludge concentration:
EMI0002.0088
Stabilization basin, also chosen, 30 ms. Excess sludge amount = approx. 0.6 - BOD5 / day = 0.6 - 37.5 = 23 kg / day. Achievable concentration when removing from the secondary clarifier funnel: approx. 8 kg / m3.
Daily excess sludge amount:
EMI0003.0007
Total sludge solids in the stabilization basin: 30 ms - 8 kg / m3 = 240 kg.
Sludge pollution with cleaning of the peak incidence of 30 a / o. the daily amount:
EMI0003.0014
In this way, full biological cleaning as well as satisfactory sludge stabilization can be guaranteed in the stabilization basin.
Comparison of the tank volumes: Oxidation system: 140 ms (possibly 175 m3) system according to the invention: 60 m3 (2 X 30 m3) Saving: 80-115M3 Since the aeration tank of the system according to the invention, e.g.
B. In contrast to an oxidation plant of the usual type, which can be operated with a relatively small sludge concentration, there is no need to fear that the secondary clarification of normal dimensions will be overloaded. In the case of activated sludge operation with a high sludge concentration of z. B.
8-10 kg / m3 result in very large secondary clarifiers. Since this fact is not always sufficiently taken into account in practice, many oxidation systems work with practically no excess sludge, because this is diverted into the pre-flood as suspended matter in the drain.
In the case of stabilization basins with a high sludge concentration, only approx. 2-3% of the wastewater volume will normally circulate as an activated sludge mixture via the secondary treatment during normal operation and only approx. 20-30% during peak operation.
which is why, on average, there is no significantly increased solids load in the secondary clarification.
If the system is preferably formed symmetrically, it can also be operated in parallel with a correspondingly small amount of waste water, in which case it then works like a conventional oxidation system.
To maintain emergency operation, each of the two aeration basins can be temporarily switched off without impairing the cleaning performance wesent Lich.
The system is easy to enlarge: z. B. by extending the two aeration basins and Einset zen more aeration rotors and the cultivation of another secondary clarifier in the longitudinal direction. By connecting a mechanical cleaning system and creating a sludge digestion system and operating both aeration units as aeration tanks, it can be expanded to a mechanical-biological system at any time.
The invention also relates to a sewage treatment plant for carrying out the method according to the invention, which is characterized in that two aeration basins which can optionally be charged with wastewater are provided, which are connected to one another by a line so that the upstream water in one ventilation basin flows into the other aeration basin can overflow processing basin, both aeration basins are connected to a common secondary clarifier by headwaters, and means are provided to lead to each of the two aeration basins adjustable amounts of sludge from the secondary clarifier.
Appropriately, in at least one of the Belüf processing basins, which serves as a stabilization basin, the upper course is formed in the glass secondary clarifier as a clarification bag.
It is also advisable to design the overflow characteristics of the upper falls connecting the aeration basins with the secondary settling hedges (e.g. Thompson upper falls) so that the immersion of the rotors provided in the aeration basins varies per unit of time depending on the amount of wastewater and as a result the oxygen input is proportional to the amount of liquid flowing through each aeration basin.
The invention is explained below with reference to the drawing, for example: Fig. 1 shows a sewage treatment plant in the direction of the arrows 1-T in FIG.
FIG. 2 shows a section according to II-11 in FIG. 1.
Fig. 3 shows one. Section (without background) along line III-III in FIG. 1.
Fig. 4 shows a block diagram of an embodiment of the invention.
The system consists of a first aeration basin, the aeration basin 1 and a second aeration basin, the stabilization basin 2 and a secondary clarification basin 3 with a floating sludge room 4. The two aeration basins are preferably used as circulation basins with rotor ventilation 11, 12 and horizontal circulation of the activated sludge mixture educated.
The wastewater, preferably raw, or completely or partially mechanically pre-cleaned, flows from the inlet channel 14 into the distribution channel 15 and from there directly into the activation tank 1, where it is mixed with the activated sludge, from the aeration device 11, which is preferably a horizontal rotor of the known type is designed, ventilated and circulated. The operating parameters in basin 1 are those of a normal activated sludge plant with full biological cleaning of z. B. 3-4 hours mean aeration time, and a sludge load of 0.2-0.4 kg BOD5 / kg Activates sludge solids.
Up to a certain sewage inflow, e.g. B. at the level of the mean hourly load, the sewage activated sludge flows: mixed through the bottom run 5 over the upper fall 7 into the floating sludge trap 4 and from this into the secondary clarifier 3, where the activated sludge settles and the biologically treated wastewater via the drainage channel 20 drains to the receiving water. Most of the activated sludge that settles in the secondary clarifier 3 is pumped with the compressed air pump 9,
which is supplied with compressed air by the compressor 13, is constantly fed back into the aeration tank 1, the flow rate being controlled by a corresponding metering of the amount of air at the slide 13.1. The Spie gel fluctuations in the basin 1 are determined by the charac teristics of the raid 7, whereby a far-reaching adjustment of the immersion depths of the rotor and thus the oxygen input proportional to the throughput is achieved.
The excess sludge arising during the cleaning process is continuously conveyed from the funnel tip of the secondary clarification tank 3 in a thickened state by the compressed air pump 10 into the stabilization tank 2, whereby the delivery rate of the pump 10 is regulated as required by adding more or less compressed air with the slide 13.2 can be.
In the stabilization basin 2, the excess sludge is circulated horizontally by the aeration rotor 12 and aerated and thereby stabilized aerobically. The control of the immersion depth of the rotor 12 by the raid 8 it follows in the same way as that of the rotor 11 by the raid 7.
Due to the conveying effect of the compressed air pump 10, a constant circulation of sludge between the secondary clarifier 3 and basin 2 is therefore maintained, the drain from basin 2 being passed through the floor drain 6, the overflow 8 and the floating sludge chamber 4; the circulation volume corresponds to the daily excess sludge volume, i.e. approx. 2-3% of the daily waste water volume.
Since this water circulation sludge, before it can overflow into the secondary clarifier 3, the sludge pocket 6.1 flows through with a clarification time of about 30 minutes, the sludge concentration is. of the outflow from the clarification tank 6.1 must always be smaller than that in basin 2, which increases the sludge concentration in basin 2. The stabilized sludge can be removed from the depression 19 with the sludge pump 23 and pumped onto the drying beds 21, which are preferably used as a roof over all or part of the system (e.g.
Machine house and secondary clarifier) are designed; the same sludge pump 23 also enables the removal of deposits in the bottom depression 18 of the basin 1 (sand etc.) and pumping them over into the basin 2 for stabilization.
If the amount of wastewater flowing into basin 1 rises above the loading rate permitted for basin 1 during peak occurrences (during the daytime peaks or in rainy weather), basin 1 is relieved via the relief channel 22 into basin 2, the discharge amount being determined by the specified length and the adjustable height of the overflow edge 22.1 and the correspondingly established drainage characteristic of the overflow 7 is metered.
Since, with increasing loading of the basin 2 with the sewage-activated sludge mixture, the level rises in the same, controlled by the discharge characteristics of the overflow 8, via which the total amount of liquid supplied to the basin 2 must flow into the secondary clarification basin 3, the immersion depth of the ventilation rotor 12 increases accordingly and to the extent that the supply of the pool 2 with oxygen is guaranteed with every load.
Corresponding charging of basin 2 with return sludge during balancing operation is ensured by the fact that it is not fed with waste water alone, but with a waste water / activated sludge mixture from basin 1, with the total amount of return sludge being returned the secondary clarification tank 3, which is common to both tanks, is carried out by the compressed air pump 9.
The delivery rate of the compressed air pump 10 remains that of normal operation (the daily excess sludge amount) even during the equalization operation. The daily amount of contaminants that can be fed into the stabilization basin is determined by the permissible sludge load to maintain the desired sludge stabilization ; The required biological cleaning performance is then guaranteed in all cases.
If the daily amount of wastewater is significantly less than that on which the planning of a system is based (e.g. when commissioning a system dimensioned for a specific expansion goal), both aeration basins can be filled with wastewater during the transition period by setting the regulating and shut-off valve 17 accordingly , and both compressed air pumps can be set for the same, adapted return sludge delivery rate, so that the system then functions like a normal oxidation system,
in which the biological degradation and the sludge stabilization in compliance with the permissible sludge load for this operation in. same basin are guaranteed.
If one of the two aeration basins is to be turned off for any reason, then emergency operation can be maintained with only one basin, which ensures at least partial biological cleaning during this time. It is even possible to temporarily switch off the secondary clarifier and, during this time, also use the two aeration basins for secondary clarification by means of intermittent back-up operation, similar to what is practiced with oxidation ditches.
The system according to the invention is preferably constructed symmetrically on both sides of the longitudinal axis and composed of precast concrete parts.
4 shows the separately drawn outlines of the three basins 1, 2, 3. In basin 1, wastewater flows in accordance with the thick solid arrow, is processed in the manner described and flows through the overflow into secondary clarifier 3 . Simultaneously. according to the dashed arrow sludge is pumped from basin 3 into basin 1, from where the excess sludge reaches basin 3 parallel to the thick, solid arrow with the purified water.
There is also a sludge cycle between basins 2 and 3 according to the dashed arrow. The additional water indicated as a thin solid arrow, which reaches basin 1 at peak times, flows into basin 2 according to the thin solid arrow, from where it reaches basin 3 after cleaning through the starving sludge.
The excess sludge, which remains in the basin 2 and accumulates, is conveyed to the drying bed 21, as a rule temporarily, according to the dashed-dotted arrow.
The white thick arrow, which points out of basin 3, means the draining purified water. The location of the arrows is irrelevant. It has only been selected for reasons of clarity.