DE19546921C2

DE19546921C2 - Einrichtung zur Rückhaltung verwirbelbarer Aufwuchskörper in Bioreaktoren

Info

Publication number: DE19546921C2
Application number: DE1995146921
Authority: DE
Inventors: Reinhard Koch; Volkmar Dr Peukert
Original assignee: ENTWICKLUNG VON UMWELTTECHNIK
Current assignee: ENTWICKLUNG VON UMWELTTECHNIK
Priority date: 1995-06-26
Filing date: 1995-12-13
Publication date: 1998-10-15
Anticipated expiration: 2015-12-14
Also published as: DE19546921A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Rückhaltung verwirbelbarer Aufwuchs körper für Mikroorganismen mit einem spezifischen Gewicht < 1,0 g/cm³ und < 1,0 g/cm³ in belüfteten und durchflossenen Bioreaktoren. Mit der Erfindung wird eine verstopfungs- und wartungsfreie Rückhaltung der Aufwuchskörper in intensiv belüfte ten und durchflossenen Bioreaktoren, wie z. B. in biologischen Kläranlagen, erreicht. Es ist bekannt, daß für die Rückhaltung von Aufwuchskörpern in belüfteten und durchflossenen Bioreaktoren Sieb- bzw. Rechenanlagen oder gelochte Platten vorge sehen werden. So wird z. B. in der Europäischen Patentanmeldung 0 058 974 "Verfahren, Vorrichtung und Mittel zur Abwasserreinigung" beschrieben, daß die Rückhaltung der verwirbelbaren Bewuchskörper in der belüfteten Stufe der Kläran lage durch eine Siebanlage erfolgt.

Beim Linpur-Verfahren zur Reinigung von Abwasser werden die schaumstoffartigen Bewuchskörper am Ablauf des belüfteten Beckens auch mechanisch durch eine Sieb einrichtung zurückgehalten und wieder in das Becken zurückbefördert.

Diese Art der Rückhaltung schränkt den Einsatz von Aufwuchskörpern in Kläranlagen stark ein. Selbst bei mechanisch vorgereinigtem Abwasser ist der Faseranteil noch so hoch, daß nach geraumer Zeit mit Störungen durch Verstopfungen gerechnet werden muß.

Auch durch die Körper selbst sowie deren Besiedlung mit Mikroorganismen kann es zu Querschnittsverengungen und Verstopfungen kommen und somit zu Havariesitua tionen.

Probleme, die bei der Rückhaltung verwirbelbarer Aufwuchskörper in Kläranlagen durch Einsatz von Siebeinrichtungen entstehen können, werden z. B. im F/E-Vorhaben des Bundesministeriums für Forschung und Technologie, "Einsatz von Schwebekör pern zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit biologischer Kläranlagen" (Forschungs bericht 02 WA 8538, 1987), beschrieben. Bei der Bearbeitung gab es Schwierigkeiten bezüglich der Rückhaltung der Schwebekörper, denn diese bewirkten Verstopfungen, wurden deformiert und teilweise trotz Rechenanlage in die Nachklärung ausgetragen.

Ein weiterer entscheidender Nachteil dieser Art der Rückhaltung von Aufwuchskör pern ist, daß die Größe der Aufwuchskörper durch einen Mindestdurchmesser der Sieb- bzw. Rechenanlage begrenzt wird. Die Durchmesser der Körper müssen größer als die Durchmesser der Durchlässe sein. Die Begrenzung der Körpermaße bedeutet eine Einschränkung der spezifischen Bewuchsfläche pro Schüttvolumen.

Aufwuchskörper mit einem Durchmesser < 1,5 cm können mit der beschriebenen Technologie in Praxisanlagen nicht oder nur mit einem unvertretbar hohen Wartungsaufwand zurückgehal ten werden.

Weiterhin wird gemäß GB 1 527 766 nach einem Bioreaktor, wie in der Abwassertechnik üblich, eine separate Nachkläreinrichtung vorgesehen, in der spezifisch schwere Körper, wie suspendierte oder auch trägerfixierte Biomasse vom gereinigten Abwasser getrennt werden. Die Nachkläreinrichtung kann nicht belüftet werden. Die Verweilzeit beträgt in der Nachkläreinrichtung mehrere Stunden, so daß während dieser Zeit die Aktivität der Organismen mangels Sauerstoff unterbrochen wird. Nach dem Abtrennen wird die Biomasse von der Nachkläreinrichtung in den Bioreaktor zurückgepumpt. Eine direkte Rückhaltung von Aufwuchskörpern im Bioreaktor ist nach der GB 1 527 766 nicht möglich.

Bei der JP 59-59 296 A handelt es sich um eine Einrichtung mit einem getrennten, separaten Nachklärbecken. Die vorher im Zusammenhang mit der GB 1 527 766 geschilderten Nachteile treffen hier ebenfalls zu.

Letztendlich soll noch auf die JP 55-106 597 A verwiesen werden. Bei dieser Einrichtung kommen spezifisch schwere Aufwuchskörper zum Einsatz. Die Rückhaltung erfolgt im unteren Teil des Reaktors. Eine Rückhaltung von Aufwuchskörpern in ideal durchmischten Wirbelbett reaktoren ist mit dieser Einrichtung nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Einrichtung zu entwickeln, mit der eine verstopfungs- und wartungsfreie Rückhaltung von Aufwuchskörpern mit spezifischen Gewichten < 1,0 g/cm³ und < 1,0 g/cm³, unabhängig von Form und Größe der Körper, in durchströmten und intensiv belüfteten Bioreaktoren, z. B. in Kläranlagen, möglich wird.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß wie folgt gelöst.

In einem belüfteten und durchflossenen Bioreaktor befinden sich Aufwuchskörper, die von Mikroorganismen besiedelt sind, wobei die Dicke des Biofilms durch die Scherkräfte im Wirbelbett konstant gehalten wird.

In Ablaufnähe des Bioreaktors befinden sich zwei Tauchwände und gemäß einer anderen gleichermaßen wirksamen Lösung befinden sich in Ablaufnähe zwei Rohre, die konzentrisch zueinander vertikal im Bioreaktor angeordnet sind.

Bei einer konstanten Durchflußmenge im Bioreaktor ergibt sich eine konstante Strö mungsgeschwindigkeit zwischen den beiden Tauchwänden bzw durch den Kreis ringquerschnitt, welcher durch die Differenz zwischen dem Durchmesser des äußeren und des inneren Rohres gegeben ist.

Es kommen Aufwuchskörper zum Einsatz, die mit Mikroorganismen besiedelt, ein spezifisches Gewicht von < 1,0 g/cm³ oder < 1,0 g/cm³ besitzen. Entsprechend ihres spezifischen Ge wichtes haben die Aufwuchskörper eine bestimmte Auftriebs- oder Fallgeschwindigkeit in dem zu behandelnden Medium, z. B. Abwasser. (Die bestimmte Auftriebs- oder Fallgeschwindigkeit bezieht sich auf ein stillstehendes Medium).

Damit ergibt sich hinsichtlich der Strömungsgeschwindigkeit zwischen den Tauchwänden bzw. zwischen innerem und äußerem Rohr folgendes:

- Bei einer geringeren Abströmgeschwindigkeit des Abwassers als die Auf triebsgeschwindigkeit der Aufwuchskörper mit einem spezifischen Gewicht < 1,0 g/cm³ können die Aufwuchskörper trotz Gegenströmung aufschwimmen, so daß sich die Aufwuchskörper selbständig im Abwasser separieren.
- Bei einer geringeren Aufströmgeschwindigkeit des Abwassers als die Fallge schwindigkeit der Aufwuchskörper mit einem spezifischen Gewicht < 1,0 g/cm³ können die Aufwuchskörper trotz Gegenströmung hinab sinken.

Die zwei Tauchwände sind unter Beachtung des Aufschwimmens bzw. des Hinabsin kens der Aufwuchskörper im Gegenstrom folgendermaßen ausgeführt:

- Bei der Verwendung von Aufwuchskörpern mit einem spezifischen Gewicht < 1,0 g/cm³ beginnt die in Abflußrichtung erste Tauchwand unter der Abwasser oberfläche und endet am Bioreaktorboden. Im unteren Teil kann diese Tauchwand in Richtung Ablauf etwas eingeknickt sein. Die zweite Tauchwand beginnt über der Oberfläche des Abwassers und endet vor dem Bioreaktorboden.
- Bei der Verwendung von Aufwuchskörpern mit einem spezifischen Gewicht < 1,0 g/cm³ beginnt die erste Tauchwand über der Oberfläche des Abwassers und endet vor dem Reaktorboden. Die zweite Tauchwand beginnt unter der Abwasser oberfläche und endet am Bioreaktorboden. Im unteren Teil kann diese Tauchwand in Richtung Zulauf des Bioreaktors etwas eingeknickt sein.

Die zwei konzentrisch zueinander und vertikal angeordneten Rohre sind unter Be achtung des Auftriebes bzw. des Fallens der Aufwuchskörper im Gegenstrom wie folgt ausgeführt:

- Bei der Verwendung von Aufwuchskörpern mit einem spezifischen Gewicht < 1,0 g/cm³ befindet sich der Einlauf in das äußere Rohr unter der Abwasserober fläche, und das äußere Rohr endet am Bioreaktorboden. Beim inneren Rohr befin det sich der Einlauf über dem Bioreaktorboden und das Rohr ragt aus der Oberflä che des Abwassers hinaus. Im Bereich der Oberfläche des Abwassers zweigt vom inneren Rohr der Ablauf ab.
- Bei der Verwendung von Aufwuchskörpern mit einen spezifischen Gewicht < 1,0 g/cm³ befindet sich der Einlauf in das äußere Rohr über dem Bioreaktorbo den. Das äußere Rohr ragt aus der Oberfläche des Abwassers hinaus. Der Einlauf in das innere Rohr befindet unter der der Oberfläche des Abwassers.
Das innere Rohr wird in der Nähe des Bioreaktorbodens so verlegt, daß es außer halb des äußeren Rohres auf die Höhe der Abwasseroberfläche geführt werden kann und dann als Ablauf dient.

Die Abstände zwischen der Abwasseroberfläche und der Tauchwand bzw. des Rohres, welche unter der Abwasseroberfläche beginnen und die Abstände zwischen Tauchwand bzw. Rohr, welche vor dem Reaktorboden enden, sind so bemessen, daß sich bereits in den Einlaufbereichen die technologisch bedingte Fließgeschwindigkeit des Abwassers als Gegenströmung für die aufschwimmenden oder hinabsinkenden Aufwuchskörper einstellen kann.

Die Erfindung wird an folgenden Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Ab bildungen näher erläutert:

Beispiel 1, es wird auf Fig. 1 und 2 verwiesen. Rückhaltung von Aufwuchskörpern mit einem spez. Gewicht < 1,0 g/cm³.

Das belüftete Becken einer Kläranlage mit einem Volumen von 400 m³, einer Was sertiefe von 4,0 m und einer Beckenbreite von 3,5 m ist mit 15 Vol.% mit walzen förmigen Aufwuchskörpern mit einem Durchmesser von 5,0 mm, einer Länge von 6,0 mm und einem spezifischen Gewicht von 0,9 g/cm³ gefüllt.

Die Aufwuchskörper sind bewachsen. Die Dicke des Biofilms wird durch die Scher kräfte im Wirbelbett konstant < 0,5 mm gehalten.

Die Ablaufmenge des Reaktors beträgt max. 130 m³/h. In der Nähe des Reaktorab laufes sind zwei Tauchwände angeordnet. Die erste Tauchwand 1 beginnt am Reak torboden und endet 25 cm unter der Wasseroberfläche. Die zweite Tauchwand 2 be ginnt 30 cm über der Wasseroberfläche und endet 30 cm über dem Reaktorboden.

Der Abstand zwischen erster und zweiter Tauchwand beträgt 75 cm.

Bei einer Beckenbreite von 3,5 m und einer Spaltbreite von 75 cm beträgt die Fläche zwischen der ersten und der zweiten Tauchwand 2,6 m².

Bei einer maximalen Ablaufmenge von 130 m³/h beträgt die mittlere Abströmge schwindigkeit des Abwassers zwischen den Tauchwänden 1 und 2 etwa 50 m/h bzw. 0,83 m/min.

Die mittlere Auftriebsgeschwindigkeit der von Mikroorganismen besiedelten Auf wuchskörper beträgt dagegen 2,3 m/min.

Durch die im Vergleich zur Abströmgeschwindigkeit des Abwassers höhere Auf triebsgeschwindigkeit der Aufwuchsträger schwimmen diese ständig in den oberen, leicht turbulenten Bereich zurück und gelangen von dort wieder in das belüftete Bec ken der Kläranlage.

Beispiel 2, es wird auf 3 und 4 verwiesen. Rückhaltung von Aufwuchskörpern mit einem spez. Gewicht < 1,0 g/cm³.

Das belüftete Becken einer Kläranlage mit einem Volumen von 400 m³, einer Was sertiefe von 4,0 m und einer Beckenbreite von 3,5 m ist mit 15 Vol.% mit walzen förmigen Aufwuchskörpern mit einem Durchmesser von 5,0 mm, einer Länge von 6,0 mm und einem spezifischen Gewicht von 1,2 g/cm³ gefüllt.

Die Ablaufmenge des Reaktors beträgt max. 130 m³/h. In der Nähe des Reaktorablau fes sind zwei Tauchwände angeordnet. Die erste Tauchwand 1 beginnt 40 cm über der Wasseroberfläche und endet 30 cm über dem Reaktorboden. Die zweite Tauchwand 2 beginnt 30 cm unter der Wasseroberfläche und endet abgewinkelt am Reaktorboden.

Der Abstand zwischen erster und zweiter Tauchwand beträgt 75 cm.

Bei einer maximalen Ablaufmenge von 130 m³/h beträgt die mittlere Abströmge schwindigkeit des Abwassers zwischen den Tauchwänden etwa 50 m/h bzw. 0,83 m/ min.

Die mittlere Fallgeschwindigkeit der Aufwuchskörper beträgt dagegen 3,7 m/min.

Durch die im Vergleich zur Aufströmgeschwindigkeit des Wassers höhere Fallge schwindigkeit der Aufwuchsträger fallen diese ständig wieder in den unteren Teil der Zone zurück und gelangen über die Schräge der Tauchwand und durch Wirbel in das belüftete Becken der Kläranlage zurück.

Beispiel 3, es wird auf Fig. 5 und 6 verwiesen. Rückhaltung von Aufwuchskörpern reit einem spez. Gewicht < 1,0 g/cm³.

Bei einer weiteren Kläranlage beträgt die Ablaufmenge des Reaktors max. 15 m³/h.

Bei einem Durchmesser des äußeren Rohres von 60 cm und einem Durchmesser des inneren Rohres von 15 cm, beträgt die Fläche zwischen beiden Rohren etwa 0,27 m².

Bei einer maximalen Ablaufmenge von 15 m³/h beträgt die mittlere Abströmge schwindigkeit des Abwassers zwischen dem Innen- und Außenrohr etwa 55 m/h bzw. 0,92 m/min.

Die mittlere Auftriebsgeschwindigkeit der, von Mikroorganismen besiedelten Auf wuchskörper beträgt dagegen 2,3 m / min.

Durch die im Vergleich zur Abströmgeschwindigkeit des Wassers höhere Auf triebsgeschwindigkeit der Aufwuchsträger, schwimmen diese ständig in den oberen, leicht turbulenten Bereich zurück und gelangen von dort wieder in das belüftete Bec ken der Kläranlage.

Beispiel 4, es wird auf Fig. 7 und 8 verwiesen. Rückhaltung von Aufwuchskörpern mit einem spez. Gewicht < 1,0 g/cm³.

Bei einem Durchmesser des äußeren Rohres von 60 cm und einem Durchmesser des inneren Rohres von 15 cm beträgt die Fläche zwischen beiden Rohren etwa 0,27 m².

Bei einer maximalen Ablaufmenge von 15 m³/h beträgt die mittlere Aufströmge schwindigkeit des Abwassers zwischen dem Innen- und Außenrohr etwa 55 m/h bzw. 0,92 m/ min.

Die mittlere Fallgeschwindigkeit der von Mikroorganismen besiedelten Aufwuchskör per beträgt dagegen 3,7 m/min.

Durch die im Vergleich zur Aufströmgeschwindigkeit des Wassers höhere Fallge schwindigkeit der Aufwuchsträger gelangen diese ständig wieder in das belüftete Becken der Kläranlage zurück.

Claims

1. Einrichtung zur Rückhaltung verwirbelbarer Aufwuchskörper in Bioreaktoren, wobei die mit Mikroorganismen besiedelten Aufwuchskörper ein spezifisches Gewicht < 1,0 g/cm³ oder < 1,0 g/cm³ haben, gekennzeichnet dadurch, daß in einem be lüfteten Bioreaktor in Ablaufnähe des Bioreaktors zwei Tauchwände (1) (2) derart angeordnet sind, daß in Abhängigkeit vom spezifischen Gewicht der mit Mikroorganismen besiedelten Aufwuchskörper die erste Tauchwand (1) so angeordnet ist, daß das zu behandelnde Medium mit Aufwuchskörpern mit einem spezifischen Gewicht < 1 g/cm³ die erste Tauchwand (1) überströmen kann oder mit Auf wuchskörpern mit einem spezifischen Gewicht < 1 g/cm³ die erste Tauchwand unterströmen kann und die zweite Tauchwand (2) so angeordnet ist, daß das zu behandelnde Medium, welches von Auf wuchskörpern mit einem spezifischen Gewicht < 1,0 g/cm³ separiert wurde, die zweite Tauchwand (2) unterströmen kann oder daß das zu behandeln de Medium, welches von Aufwuchskörpern mit ei nem spezifischen Gewicht < 1,0 g/cm³ separiert wurde, die zweite Tauchwand (2) überströmen kann und daß die Fläche, begrenzt durch die Tauch wände (1) (2) und die Seitenwände des Bioreaktors, so bemessen ist, daß sich bei dem zu behandelnden Medium mit einem spezifischen Gewicht von < 1,0 g/cm³ zwischen den Tauchwänden (1) und (2) eine Strömungsgeschwindigkeit einstellt, die es er möglicht, daß die mit Mikroorganismen besiedelten Aufwuchskörper durch ihre Auftriebsgeschwindig keit nicht in den unteren Bereich zwischen die Tauchwände (1) (2) gelangen können und daß sich bei den zu behandelnden Medium mit Aufwuchs körpern mit einem spezifischen Gewicht < 1,0 g/cm³ eine Aufströmgeschwindigkeit einstellt, die es ermöglicht, daß die mit Mikroorganismen besiedelten Aufwuchskörper durch ihre Fallge schwindigkeit nicht in den oberen Bereich zwischen die Tauchwände (1) (2) gelangen können.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei Aufwuchskörpern mit spezifi schen Gewichten < 1,0 g/cm³ in Ablaufnähe des Reaktors die Tauchwände (1) (2) in der Weise ange ordnet sind, daß eine erste Tauchwand (1) unter der Flüssigkeitsoberfläche beginnt und am Boden des Reaktors senkrecht oder abgewinkelt endet und eine zweite Tauchwand (2) oberhalb der Flüssig keitsoberfläche beginnt und oberhalb des Reaktors endet.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei Aufwuchskörpern mit spezifi schen Gewichten < 1,0 g/cm³ in Ablaufnähe des Reaktors die Tauchwände (1) (2) in der Weise ange ordnet sind, daß eine erste Tauchwand (1) über der Flüssigkeitsoberfläche beginnt und über den Boden des Reaktors endet und eine zweite Tauchwand (2) unter der Flüssigkeitsoberfläche beginnt und am Reaktorboden senkrecht oder abgewinkelt endet.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3 gekenn zeichnet dadurch, daß bei den Tauchwänden (1) (2), je nachdem, ob sie unter der Flüssigkeitsoberfläche beginnen oder vor dem Bioreaktorboden enden, der Abstand zwischen Flüssigkeitsoberfläche und Beginn der Tauchwand oder der Abstand zwischen Ende der Tauchwand und dem Bioreaktorboden so bemessen ist, daß sich die Strö mung beim Umlenken in die vertikale Strömung bereits auf die Strömungsgeschwindigkeit zwi schen den Tauchwänden (1) (2) einstellt.

5. Einrichtung zur Rückhaltung verwirbelbarer Aufwuchskörper in Bioreaktoren, wobei die mit Mikroorganismen besiedelten Aufwuchskörper ein spezifisches Gewicht < 1,0 g/cm³ oder < 1,0 g/cm³ haben, gekennzeichnet dadurch, daß in dem belüf teten Bioreaktor in Ablaufnähe des Bioreaktors zwei Rohre (3) (4) derart angeordnet sind, daß das Rohr (4) von einem größeren Rohr (3) konzentrisch um schlossen wird, daß in Abhängigkeit vom spezifi schen Gewicht der mit Mikroorganismen besiedel ten Aufwuchskörper das äußere Rohr (3) so ange ordnet ist, daß das zu behandelnde Medium mit Aufwuchsträgern mit einem spezifischen Gewicht < 1,0 g/cm³ das äußere Rohr (3) überströmen kann oder mit Aufwuchskörpern mit einem spezifischen Gewicht < 1,0 g/cm³ das äußere Rohr (3) unter strömen kann und das innere Rohr (4) so angeord net ist, daß das zu behandelnde Medium, welches von Aufwuchskörpern mit einem spezifischen Ge < 1,0 g/cm³ separiert wurde, das innere Rohr (4) unterströmen kann oder daß das zu behandeln den Medium, welches von Aufwuchskörper mit ei nem spezifischen Gewicht < 1,0 g/cm³ separiert wurde, das innere Rohr überströmen kann und daß die sich als Kreisring darstellende Fläche, begrenzt durch den Umfang des äußeren und inneren Roh res, so bemessen ist, daß sich bei dem zu behandeln den Medium mit Aufwuchskörpern mit einem spe zifischen Gewicht < 1,0 g/cm³ eine Abströmge schwindigkeit einstellt, die es ermöglicht, daß die mit Mikroorganismen besiedelten Aufwuchskörper durch ihre Auftriebsgeschwindigkeit nicht in den unteren Bereich zwischen äußeren und inneren Rohr gelangen können und daß sich bei dem zu behandelnden Medium mit Aufwuchsträgern mit einem spezifischen Gewicht < 1,0 g/cm³ eine Auf strömgeschwindigkeit einstellt, die es ermöglicht, daß die mit Mikroorganismen besiedelten Auf wuchskörper durch ihre Fallgeschwindigkeit nicht in den oberen Bereich zwischen äußeren und inne ren Rohr gelangen können.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß bei Aufwuchskörpern mit spezifi schen Gewichten < 1,0 g/cm³ in Ablaufnähe des Reaktors zwei Rohre (3) (4) in der Weise angeord net sind, daß das Rohr (3) unter der Flüssigkeits oberfläche beginnt und am Reaktorboden endet und das zweite Rohr (4) oberhalb der Flüssigkeits oberfläche beginnt und oberhalb des Reaktorbo dens endet.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß bei Aufwuchskörpern mit spezifi schen Gewichten < 1,0 g/cm³ in Ablaufnähe des Reaktors zwei Rohre (3) (4) in der Weise angeord net sind, daß das Rohr (3) über der Flüssigkeits oberfläche beginnt und oberhalb des Reaktorbo dens endet und das zweite Rohr (4) unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche beginnt und am Reaktorbo den außerhalb des Umfangs von Rohr (3) in Rich tung Abfluß geführt wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 5, 6 und 7, gekenn zeichnet dadurch, daß bei den konzentrisch vertikal angeordneten Rohren (3) (4), je nachdem, ob sie unter der Flüssigkeitsoberfläche beginnen oder vor dem Bioreaktorboden enden, der Abstand zwi schen Flüssigkeitsoberfläche und Beginn des Roh res oder der Abstand zwischen Ende des Rohres und dem Reaktorboden so bemessen ist, daß sich die Strömung beim Umlenken in die vertikale Strömung bereits auf die Strömungsge schwindigkeit zwischen den Rohren (3) (4) einstellt.