DE69718464T2

DE69718464T2 - PROZESS UND VORRICHTUNG ZUR BEHANDLUNG VON FLIESSFÄhigem ABFALL

Info

Publication number: DE69718464T2
Application number: DE69718464T
Authority: DE
Inventors: J. Cummings
Original assignee: Anaerobics Inc
Current assignee: Waterleau Inc
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1997-04-22
Publication date: 2003-10-02
Anticipated expiration: 2017-04-23
Also published as: AU2806397A; EP0900178A4; EP0900178B1; ES2189959T3; DE69718464D1; EP0900178A1; DK0900178T3; ATE231110T1; US5733454A; WO1997041074A1

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf die Behandlung von fließfähigem Abfall und insbesondere auf die Erzielung einer effizienten Behandlung von Abwasser durch einen Film mit anhaftenden Mikroorganismen, auf ein Verfahren und eine Vorrichtung mit Pulsationsbett, mit intermittierender Einleitung von Abwasser in ein Bett aus biologisch inaktiven Trägerpartikeln, wobei Mikroorganismen am Bett oder an den Partikeln anhaften und darin eingeschlossen sind.

Hintergrund der Erfindung

Lösliches und ungelöstes kolloidales organisches Material in Abwässern aus Landwirtschaft, Haushalt und Industrie lässt sich durch Verfahren der aeroben mikrobiologischen Behandlung in Kohlendioxid, Wasser und Zellbiomasse oder Schlamm oder durch Verfahren der anaeroben mikrobiologischen Behandlung in Methan, Kohlendioxid, Wasser und Zellbiomasse umsetzen.
Aerobe Verfahren, wie das Verfahren mit aktiviertem Schlamm, erfordern eine Sauerstoffzufuhr zu den Mikroorganismen des Systems. Der Energiebedarf zur Auflösung dieses Sauerstoffs in dem zu behandelnden Abwasser kann zwischen 0,5 und mehr als 1,0 Kilowattstunden pro pound (1,1 bis 2,2 kWh pro Kilogramm) entzogenen biologisch abbaubaren organischen Materials liegen. Bei der Umsetzung von einem pound organischen Materials in Kohlendioxid und Wasser erzeugen die aeroben Mikroorganismen 0,4 bis 0,6 lbs (0,18 bis 0,27 Kilogramm) Schlamm, der schwierig zu handhaben, zu stabilisieren und zu beseitigen ist. Ferner sind für die mikrobielle Umwandlung des organischen Materials bestimmte Makro- und Mikronährstoffe, insbesondere Stickstoff und Phosphor, erforderlich, die in dem zu behandelnden Abwasser nicht immer verfügbar sind.
Verfahren der anaeroben mikrobiologischen Behandlung erzeugen Energie in Form von substituiertem Erdgas, sie erfordern keinen Energieaufwand für die Belüftung und nur eine minimale Energiezufuhr, sie erzeugen nur minimale Mengen an überschüssigem Zellmaterial und haben einen minimalen Bedarf an Nährstoffen. Ihre Anwendung wurde jedoch wegen der niedrigen Geschwindigkeit und geringen Effizienz der Umwandlung, der Empfindlichkeit gegen schwankende Belastungen und einer schlechten ästhetischen Qualität des abfließenden Mediums als stark eingeschränkt erachtet. Mehrere anaerobe Systeme wurden entwickelt, welche die Effizienz der anaeroben Verfahren verbessern und Behandlungssysteme bieten, die im Vergleich zu den areoben Verfahren die Betriebskosten senken. Zu den anerkannten Systemen für die Abwasserbehandlung gehört das anaerobe Schlammbettverfahren mit Aufwärtsströmung (UASB für upflow anaerobic sludge blanket), das statische anaerobe Filter mit Aufwärts- oder Abwärtsströmung, das anaerobe Fließbett und das Expansionsbett mit anhaftendem anaeroben Film.
Das UASB Verfahren ist ein anaerobes Verfahren mit hoher Reaktionsgeschwindigkeit, bei dem inaktive Partikel aus dem bioresistenten Anteil eines Impfschlamms oder zugeführten Abwasserschlamms als Nuclei für das Wachstum dichter Schlammflocken oder Körnchen dienen. Das Abwasser wird aufwärtsströmend durch das Schlammbett geleitet. Der Granulationsvorgang ist notwendig, um hohe Bakterienkonzentrationen zu erreichen. Die biologische Konzentration ist jedoch nicht gleichmäßig über das Schlammbett verteilt. Die Konzentration ist gewöhnlich am höchsten am Boden des Reaktors, wo es schwierig ist, das mit den Bakterien zu behandelnde Abwasser aufzunehmen und am niedrigsten nahe der Oberseite, wo die Aufnahme am gleichmäßigsten ist. Systeme dieser Art sind nicht effizient.
Es gibt viele anaerobe Verfahren mit statischem Filterbett, bei denen die Strömung aufwärts oder abwärts gerichtet ist, einschließlich von Strömungskombinationen. Solche Verfahren haben ruhende Filter und eine minimale Oberfläche wegen des Durchmessers der Trägermedien, der erforderlich ist, um das Problem der Verstopfung möglichst gering zu halten. Die Fließbett- Technologie überwindet das Verstopfungsrisiko, das bei statischen Filtern auftritt, durch Einsetzen eines Bettes von kleinem Durchmesser mit Biofilm- Trägermaterial im Reaktor und hydraulische Fluidisierung des Bettes mit Abwasser. Die Geschwindigkeit der Aufwärtsströmung der Flüssigkeit ist hoch genug, um die Partikel in den Schwebezustand zu versetzen und ihnen den Anschein der Bewegung im Fließbett zu vermitteln. Typische Geschwindigkeiten der Bettexpansion sind höher als 100% des statischen Volumens. Das Verhältnis der Partikeloberfläche zum Volumen ist niedrig, die Umlaufgeschwindigkeit des Schlamms ist hoch und die Fähigkeit der Handhabung von Feststoffen ist gering.
Die Technologie des Expansionsbettes mit anhaftendem anaeroben Film verwendet ein hydraulisch expandiertes bzw. gestrecktes Filterbett und die typische Expansionsgeschwindigkeit liegt bei ca. 20%.
Das US Patent 4,284,508, für Jewell erteilt, offenbart ein hydraulisch expandiertes Bett aus inaktiven Partikeln mit kleinem Durchmesser und anhaftenden Mikroorganismen zur Reinigung des Abwassers von biologisch abbaubaren organischen Stoffen. Das Abwasser wird eingeführt durch Löcher im Boden des Reaktors und fließt mit niedriger Geschwindigkeit kontinuierlich aufwärts durch das Bett, wobei sich anhaftende Bakterien vermehren und das organische Material in Methan und Kohlendioxidgas, gereinigtes Wasser und eine kleine Menge abfließendes Restmedium umwandelt. Das abfliessende Restmedium wird, während es aufwärts durch das Filterbett fließt, durch den Film gefiltert. Die typische Expansion des Bettes liegt bei annähernd 20% des statischen Volumens. Die inaktiven Trägerpartikel mit Partikeldurchmessern von weniger als 0,2 mm bieten eine außerordentlich große Oberfläche für das biologische Anhaften von Mikroorganismen und deshalb sind hohe Konzentrationen von Mikroorganismen pro Volumeneinheit möglich. In diesem gestreckten Filterbett sind die Partikel vorwiegend im Wesentlichen bewegungslos und nur in einem gegebenen Volumen vom durchfließenden Wasser in Suspension gehalten. Die organischen Abfallstoffe werden an der Unterseite des gestreckten Filterbettes mit dem anhaftenden Film eingepumpt und sie fließen mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit von 0,1 bis 8 Gallonen/Minute/square foot (ca 4 bis 326 Liter/Minute/m²) aufwärts. Die niedrige Fließgeschwindigkeit hält ein gestrecktes Filterbett in einem Suspensionszustand, in dem die Partikel gleichmäßig verteilt sind und stellt außerdem sicher, dass die Bakterien im Bett zurückgehalten werden. Teilweise gefilterte und behandelte Abfallstoffe werden im Kreislauf von der Oberseite zum Boden des Bettes zurückgeführt. Nach Abschluss der Behandlung wird ein Gemisch aus Gas und abfließendem Material von der Oberseite zu einem Düker befördert, wo Methangas und Kohlendioxid vom abfließenden Medium aus stabilisiertem Schlamm und gereinigtem Wasser getrennt werden. Die Fließgeschwindigkeit des Materials durch das gestreckte Filterbett lässt sich durch Pumpen regeln, um unterschiedliche Biomassen im Bett zu berücksichtigen und eine konstante Höhe des gestreckten Filterbettes aufrecht zu erhalten. Die Rückführung des behandelten Abfallmaterials im Kreislauf regelt die Aufwärtsströmung mit niedriger Geschwindigkeit. Es ist ein schwerer Nachteil dieses Systems, dass zylindrische Reaktoren von kleinem Durchmesser erforderlich sind, um eine gleichmäßige Expansion des Bettes und eine gleichmäßige Verteilung des Abwassers sicherzustellen. Eine Ausweitung des Verfahrens auf Anwendungen im großtechnischen Maßstab mit einer hohen Geschwindigkeit der anaeroben Behandlung wurde nicht erreicht.
In EP-A-0 563 434 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur anaeroben Behandlung von fließfähigem Abfall in einem Behälter offengelegt, wo der fließfähige Abfall durch eine Vielzahl von Auslassöffnungen nahe am Boden des Behälters eingeführt wird. Im Behälter ist ein Verteilungsnetz vorhanden, das eine Vielzahl von Verteilerrohren und einen Sequenzierungsmechanismus einschließt, um in die Rohre nacheinander jeweils einmal ein Gemisch aus Gas und Schlamm einzuspeisen. Der Hauptzweck des Verfahrens und der Vorrichtung ist anscheinend, einen zufriedenstellenden Mischvorgang im Behälter zu erreichen und die Ansammlung von Filterschlamm an der Oberfläche des Gemisches zu verhindern.
In DE-A-36 41 260 wird ein Reaktor zur aeroben - anaeroben Abwasserreinigung mit gepulstem Durchfluss zur Intensivierung des Metabolismus offengelegt.
Ein Zweck dieser Erfindung ist es, ein System zur Behandlung des Abfallstroms mit hoher Geschwindigkeit.
Ein Zweck dieser Erfindung ist es, ein System zur biologischen Behandlung von Abwasser mit hoher Reaktionsgeschwindigkeit zu schaffen.
Ein Zweck dieser Erfindung ist es, ein System zu schaffen, das maximale Konzentrationen der Mikroorganismen pro Volumeneinheit bringt.
Ein Zweck dieser Erfindung ist es, ein System zu schaffen, das den größtmöglichen Kontakt des zu behandelnden Abwassers mit den aktiven Mikroorganismen bietet.
Ein Zweck dieser Erfindung ist es, ein System zu schaffen, das eine maximale Filtrierung des Abwassers bietet.
Ein Zweck dieser Erfindung ist es, ein System zu schaffen, das den Energiebedarf auf ein Minimum reduziert.
Ein Zweck dieser Erfindung ist es, ein System zu schaffen, das eine gleichmäßige Verteilung des Abwassers sicherstellt.
Ein Zweck dieser Erfindung ist es, ein System zu schaffen, das eine maximale Prozess-Steuerung bietet.
Nach einem Gesichtspunkt der gegenwärtigen Erfindung schaffen wir ein Verfahren zur biologischen Behandlung von fließfähigem Abfall in einem Behälter, bei dem der zu behandelnde fließfähige Abfall durch eine Vielzahl von Auslassöffnungen, die sich nahe dem Boden des Behandlungsbehälters befinden, eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Bett aus biologisch inaktiven Trägerpartikeln im Behälter vorgesehen ist, wobei die Partikel am Bett oder an den Partikeln anhaftende und darin eingeschlossene Mikroorganismen aufweisen;
dass der zu behandelnde fließfähige Abfall mit relativ konstanter Fließgeschwindigkeit nacheinander durch jede der Vielzahl von Auslassöffnungen, gefolgt von einer hydraulisch intermittierenden Ruheperiode in den Behälter eingeleitet wird, um einen Pfropfen des Bettes in der unmittelbaren Umgebung der Auslassöffnung zur Aufnahme der Mikroorganismen im fließfähigen Abfall auszudehnen und so den biologischen Abbau der Schmutzstoffe in dem fließfähigen Abfall zu fördern, wobei sich die der Reihe nach gebildeten Pfropfen als Reaktion auf die nacheinander erfolgenden Ausstöße aus den Auslassöffnungen durch das Bett nach oben bewegen;
dass sich die biologische Behandlung des fließfähigen Abfalls in den durch das Bett aufsteigenden Pfropfen fortsetzt;
dass eine behandelte flüssige Komponente des fließfähigen Abfalls oberhalb des Bettes angesammelt und die behandelte Flüssigkeit oberhalb des Bettes aus dem Behälter abgeschöpft wird.
Nach einem zweiten Gesichtspunkt der gegenwärtigen Erfindung schaffen wir eine Vorrichtung zur biologischen Behandlung von einem Strom fließfähigen Abfalls, umfassend einen Behälter, der einen Boden, eine Vielzahl von Auslassöffnungen nahe dem Boden des Behälters und eine Vielzahl von Auslassrohren, von denen jedes an mindestens eine Auslassöffnung angeschlossen ist, aufweist, sowie eine Pumpe, die strömungstechnisch an die Vielzahl von Auslassrohren angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet,
dass sich in dem Behälter ein Bett aus biologisch inaktiven Trägerpartikeln befindet und dem Bett aus Trägerpartikeln Mikroorganismen anhaften und in diesem eingeschlossen sind;
dass zwischen der Pumpe und der Vielzahl von Auslassöffnungen ein sequentieller Verteiler strömungstechnisch angeschlossen ist, um den Abfallstrom mit relativ konstanter Geschwindigkeit auf jede der Vielzahl von Auslassöffnungen nacheinander zu richten und einen intermittierenden Ausstoß eines fließfähigen Abfallstroms durch jede der Auslassöffnungen in einer Reihe von durch Ruheperioden gefolgten Pulsen so zu erzeugen, dass die Trägerpartikel mit den eingeschlossenen Mikroorganismen in der unmittelbaren Umgebung jeder Auslassöffnung in den fließfähigen Abfall aufgenommen werden, um eine Reihe von Pfropfen zu bilden, die sich in Reaktion auf die aufeinander folgenden Ausstöße des fließfähigen Abfallstroms an jeder Auslassöffnung durch das Bett aufwärts bewegen;
dass Mittel zum Sammeln einer behandelten flüssigen Komponente des fließfähigen Abfalls oberhalb des Bettes vorgesehen sind; und
dass Mittel zum Abschöpfen der behandelten Flüssigkeit aus dem Behälter oberhalb des Bettes vorgesehen sind.
Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der gegenwärtigen Erfindung beispielshalber unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wie folgt:
Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Behälters zur Abfallbehandlung.
Fig. 2 ist eine Vorderansicht eines Behälters zur Abfallbehandlung.
Fig. 3 ist eine Vorderansicht eines Behälters zur Abfallbehandlung und des Gassammelsystems.
Fig. 4 ist eine Draufsicht eines Behälters zur Abfallbehandlung.
Fig. 5, 6 und 7 sind Perspektivansichten der Gassammeleinrichtungen.
Fig. 8 ist eine Endansicht des Abfall-Recyclingsystems.
Fig. 9 ist eine Frontansicht des Abfall-Recyclingsystems.
Fig. 10 ist eine Draufsicht auf das Abfall-Recyclingsystem.
Fig. 11 ist eine Perspektivansicht der Überlaufzusammenstellung
Fig. 12 ist eine Endansicht der Überlaufzusammenstellung

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit Pulsationsbett und anhaftendem Film bietet ein System mit niedrigen Anschaffungs- und Betriebskosten zur Erzielung einer hocheffizienten Behandlung des Abfallstroms mit hoher Geschwindigkeit. Der behandlungsfähige Abfall schließt jeden fließfähigen Abfallstrom ein, der in einen Behälter zur Abfallbehandlung, der ein Bett aus Partikeln aufweist, die fähig sind, die Schmutzstoffe im Abfallstrom abzubauen, eingepumpt werden kann. Abfallströme dieser Art schließen Abwässer aus Haushalt, Industrie, Landwirtschaft und Grundwasser ein, sowie halbfeste Abwasserströme, wie Faulschlamm, aktivierter Abfallschlamm und andere Abfallschlämme aus Haushalt, Industrie und Landwirtschaft, einschließlich von Lösungsmitteln, Ölen und dergleichen. Das Bett aus Partikeln kann porige oder nichtporige, in Wasser unlösliche anorganische und organische Stoffe einschließen, die fähig sind, Schmutzstoffe aus dem Abfallstrom zu entfernen oder Wirkstoffe zur Entfernung von Schmutzstoffen aus dem Strom aufzunehmen, wie zum Beispiel Mikroorganismen, Katalysatoren und Absorptionsmittel.
Das Verfahren lässt sich insbesondere für die Behandlung von Abwasser unter Verwendung eines Bettes mit daran anhaftenden und darin eingeschlossenen Mikroorganismen anpassen. Das System erreicht eine kontinuierliche und vollständige Vermischung von unbehandeltem Abwasser mit behandeltem Abwasser vor der Einleitung des Gemisches in das Bett mit anhaftenden und eingeschlossenen Mikroorganismen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 und Fig. 2 wird ein einzelner Behälter für die Abfallbehandlung gezeigt, der Bioreaktor 20, der aus zwei Zonen zusammengesetzt ist, einer unteren Zone 22, in der ein heterogenes Gemisch von Mikroorganismen, zum Beispiel Bakterien, in einem Bett von biologisch inaktiven Trägerpartikeln 24 mit kleinem Durchmesser anhaftet und darin eingeschlossen wird und einer oberen Zone 26, in der eine Trennung des behandelten Abwassers von gasförmigen und ungelösten Nebenprodukten erreicht wird. Das zu behandelnde Abwasser wird auf der Ansaugseite 28 einer Kreislaufpumpe 30 mit niedriger bis mittlerer Druckhöhe und mittlerem bis hohem Durchsatzvolumen eingespeist, die das behandelte Abwasser von der oberen Zone 26 des Reaktors durch das Umlaufrohr 32 zurückführt und ein Gemisch aus behandeltem und unbehandeltem Abwasser intermittierend an speziell angeordneten Auslassöffnungen 34 nahe dem Boden 36 der unteren Zone 22 des Reaktors einleitet. Die Abstände zwischen den Auslassöffnungen liegen zwischen 6 Zoll (15,2 cm) und 60 Zoll (152 cm), vorzugsweise zwischen ca. 12 Zoll (30,5 cm) und 36 Zoll (91,5 cm).
Der Abwasserstrom kann 100% bis 0% unbehandeltes Abwasser und 0% bis 100% behandeltes Abwasser enthalten.
Die Trägerpartikel haben einen Durchmesser, der vorzugsweise zwischen 0,005 und 3 mm liegt, wobei ein Bereich von ca. 0,05 bis 0,2 mm noch mehr zu bevorzugen ist. Das spezifische Gewicht der Partikel liegt vorzugsweise zwischen 0,01 und 3 Gramm pro Milliliter. Die Partikel schließen porige oder nichtporige in Wasser unlösliche anorganische und organische Stoffe ein, wie Sand, Granat, Vulkanschlacke, Flugasche, Kohle, Glas, Kunststoff, Aktivkohle, Aluminium und Diatomeenerde und Gemische davon. Solche Partikel haben einen sehr hohen Quotienten Oberfläche/Volumen für das Anhaften aktiver Mikroorganismen und damit ist gewährleistet, dass eine maximale Konzentration der aktiven biologischen Populationsdichte im Pulsationsbettsystem erreicht wird.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erstrecken sich aus einzelnen Rohrleitungen 42 bestehende einzelne Ausstoßsysteme von einem gemeinsamen Sammler oder Verteiler 44 auf der Ausstoßseite der Kreislaufpumpe 30 ausgehend. Der gemeinsame Verteiler befindet sich außerhalb der Reaktorwand und die Rohrleitungen 42 erstrecken sich waagrecht durch die Reaktorwand hindurch und oberhalb des Bettes von Trägerpartikeln und Mikroorganismen 24. Dann führen die Rohrleitungen 42 vertikal nach unten in das Bett 24 zu einer speziellen Auslassöffnung 34 über dem Boden des unteren Reaktorabschnittes. Jede Ausstoßrohrleitung kann an einem Rückschlagventil 46 enden, das im Ruhezustand einen Rücklauf des Trägermediums und der Mikroorganismen in die Rohrleitung verhindert. Zwischen der seitlichen Außenwand des Reaktors und dem gemeinsamen Verteiler 44 kann jede Rohrleitung ein Absperrventil 48, ein Rückschlagventil 50 und ein Gummitaschenventil 52 oder eine gleichwertige Einrichtung zum Regeln aufweisen. Das Gummitaschenventil kann pneumatisch oder elektrisch zu betätigen sein. Ein geeignetes Gummitaschenventil kann von der Firma Red Valve, Carnegie, Pennsylvania, geliefert werden. Ein Zeitschaltwerk 54, zum Beispiel ein Timer mit Kurvenscheibe oder eine damit gleichwertige Einrichtung, wird verwendet, um die Betätigung jeder Regelvorrichtung mit Gummitaschenventil zu steuern und damit einen intermittierenden Ausstoß von Abwasser durch jede Ausstoßrohrleitung zu erreichen.

Anwendbarkeit im industriellen Bereich

Die Strömung der zurückgeführten Flüssigkeit durch den unteren Abschnitt des Reaktorbettes ist vorzugsweise unabhängig von der Strömung des unbehandelten Abwassers. Dies erreicht man durch die Einleitung des unbehandelten Abwassers entweder mit einer Speisepumpe 60 oder durch Schwerkraft auf der Ansaugseite 28 der Kreislaufpumpe 30. Die Speisepumpe 60 wird vorzugsweise um ungefähr einen Faktor 2 überdimensioniert, so dass für ein System mit einem Tagesdurchsatz von 10 000 Gallonen (37 900 Litern) die Speisepumpe vorzugsweise eine Nennleistung von 20 000 Gallonen (75 800 Liter) pro Tag haben soll. Damit bleibt der Flüssigkeitsstrom durch die Kreislaufpumpe 30 relativ konstant, während der Strom des unbehandelten Abwassers stark schwanken kann. Bei dieser Konfiguration der Strömung hat ein Strom unbehandelten Abwassers, der stärker ist, als der Rücklaufstrom, keinen Einfluß auf die hydraulische Strömung im Bett. Die überschüssige Flüssigkeit, die nicht durch die Kreislaufpumpe 30 von der oberen Zone 26 kommt, gelangt aus dem System heraus durch das Flüssigkeitsabführungssystem 64. Ist kein unbehandelter Abwasserstrom vorhanden, dann ist die gesamte Flüssigkeitsmenge, die durch die Kreislaufpumpe 30 gelangt, das behandelte Abwasser aus der oberen Zone 26 des Reaktors. Die Fließgeschwindigkeit des Abwassers zum gemeinsamen Verteiler des Kreislaufsystems liegt vorzugsweise zwischen ca. 0,15 bis 15 Gallonen/Minute (0,57 Liter bis 57 Liter/Minute) pro Quadratfuß (0,0929 Quadratmeter) des während eines Ausstoßes beaufschlagten biologischen Bettes, wobei 3 bis 9 Gallonen pro Minute (11,37 bis 34,11 Liter pro Minute) pro Quadrartfuß (0,0929 Quadratmeter) noch mehr zu bevorzugen ist. Der Pumpendruck muss ausreichen, um den kombinierten statischen Druck des Bettes und die Reibungsverluste der Installation zu überwinden.
Die Befreiung der gasförmigen Nebenprodukte von dem anhaftenden ungelösten Partikelmaterial aus dem Bett, bevor das Abwasser in das Abwasserkreislaufsystem eingeleitet oder durch das Abführungssystem aus dem Reaktor entfernt wird, erfolgt über eine Reihe (mindestens zwei) einander überlappender Leitblechkonfigurationen, deren Aufgabe es ist, das Gas zu sammeln und gleichzeitig Flüssigkeit und Feststoffe voneinander zu trennen. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 bilden die Leitbleche/Gassammler 70, 72 Luftraumzonen 74, 76, in denen sich gasförmige Produkte sammeln und schräge Seitenwände 78, 80, mit deren Oberfläche das ungelöste Material mit den daran anhaftenden Gasblasen in Berührung kommt. Nach dem Kontakt wird das ungelöste Material von den Gasblasen befreit und setzt sich rasch wieder im Bett ab, während die Gasblasen hochsteigen, zum Beispiel der schrägen Seitenwand 78 eines Leitblechs/Gassammlers 70 entlang zur Gassammelzone 74. Das Gas wird aus der Luftraumzone durch die Öffnungen 82, 84 in der Oberseite der Sammler abgeführt.
Vorzugsweise wird aus dem System nur geklärtes, behandeltes Abwasser abgeführt oder in den Kreislauf gebracht. Dies wird erreicht, indem der Flüssigkeitsablauf 86 und die Zuführung 88 zum Kreislauf oberhalb der Klärleitbleche des Systems von Leitblechen/Sammlern installiert wird. Die Installation der Zuführung zum Ablauf 86 innerhalb des Reaktors kann aus einem waagrechten Rohr mit einer oder mehreren Öffnungen 90 oder einer Überlaufkonfiguration bestehen. Die Installation der Zuführung zum Ablauf ist vorzugsweise von der Oberseite des Reaktors aus direkt zugänglich. Die Zuführung 88 zum Kreislauf ist unterhalb der Zuführung zum Ablauf angeordnet und sie kann aus einem waagrechten Rohr mit einer oder mehreren Öffnungen 92 bestehen. Der stabilisierte Schlamm wird in einer Zwischenzone 94 oberhalb des Bettes angesammelt. Der Schlamm lässt sich ohne weiteres im Rahmen des normalen Betriebs aus dem Reaktor entfernen. Dies erreicht man durch Anordnung von einem oder mehreren innen angebrachten waagrechten Rohren 96 zum Entfernen des Schlamms mit einer oder mehreren Öffnungen 98 in der Zwischenzone 94 oberhalb des Reaktorbettes. Wegen seiner geringeren Dichte wandert der aus dem System abzuführende Schlamm durch das Bett nach oben und sammelt sich als Schlammschicht 100 oben auf dem Reaktorbett an. Mit zunehmender Ablagerung nimmt die Dicke der Schlammschicht zu. Wenn die Dicke der sich ablagernden Schlammschicht auf ein vorbestimmtes Niveau angestiegen ist, wird ein Schlammabführungsventil 102 manuell oder automatisch geöffnet, während ein Flüssigkeitsablaufventil 104 geschlossen wird. Damit wird der Schlamm mit dem Durchsatz des einfließenden Abwasserstroms abgeführt, bis die Schlammschicht auf ein vorbestimmtes Niveau abgenommen hat und an diesem Punkt werden die Ventile wieder in ihre ursprüngliche Stellung gebracht.
Der gesamte durch die Kreislaufpumpe geschickte Recyclingstrom eines Gemisches aus behandeltem und unbehandeltem Abwasser wird nacheinander so zu jeder der unabhängigen Auslassöffnungen geleitet, dass ein Ausstoßpuls des Abwassergemisches zu einer bestimmten Auslassöffnung geleitet wird, während die übrigen Auslassöffnungen keinen Recyclingstrom erhalten. Wenn alle Auslassöffnungen einen Ausstoßpuls erhalten haben, wird die Ausstoßsequenz wiederholt. Während des Pulses wird das Bett hydraulisch angehoben und vollständig mit dem Abwassergemisch am Boden des unteren Reaktorabschnittes um die Auslassöffnung herum integriert. An jeder der unabhängigen Auslassöffnungen wird ein Pfropfen des einfließenden Gemisches aus behandeltem und unbehandeltem Abwasser mit den anhaftenden und eingeschlossenen Mikroorganismen in der unmittelbaren Umgebung der Auslassöffnung aufgenommen und perkoliert gleichzeitig durch das Bett nach oben. Auf diese Weise wird die Verteilung des Abwassers im gesamten Reaktor erreicht. Nach dem Ausstoßpuls und während die nächste Auslassöffnung ihren Ausstoßpuls erhält, erhalten die Mikroorganismen im Pfropfen eine Ruhepause zur Umwandlung des organischen Materials im Abwasser. Das zuerst ausgestoßene Abwassergemisch bewegt sich intermittierend als Pfropfen durch das Bett nach oben, wenn die nachfolgenden Ausstoßpulse das Bett oberhalb der Auslassöffnung anheben und mischen. Das Pulsintervall, das heißt, die Länge der Zeit, in welcher der Strom auf eine Auslassöffnung oder auf eine Gruppe der Auslassöffnungen gerichtet ist, liegt vorzugsweise zwischen ca. 6 Sekunden und 60 Minuten, wobei ein Zeitraum zwischen 1 und 5 Minuten noch mehr zu bevorzugen ist.
Durch das Öffnen eines Regelventils erfolgt ein Ausstoßpuls, mit dem das Abwasser an der Auslassöffnung ausgestoßen wird. Der Ausstoßpuls fluidisiert das Medium in einer Zone um die Auslassöffnung herum und integriert das Abwasser mit den Partikeln und anhaftenden und eingeschlossenen Mikroorganismen in dieser Zone und bildet einen Pfropfen integrierten Materials. Jeder nachfolgende Ausstoßpuls verursacht eine Aufwärtsbewegung des Pfropfens, der Partikel, Flüssigkeit und Gas enthält, durch die darüberliegenden Zonen, bis der Pfropfen die Oberseite des Bettes erreicht. Die seitliche Vermischung des Pfropfens ist minimal, obwohl sich die Pfropfen waagrecht ausdehnen können, während sie vertikal durch das Bett nach oben steigen. Die Ausstoßpulse sind eventuell nicht an jeder Auslassöffnung identisch, weil es schwierig ist, den Flüssigkeitsstrom durch unterschiedliche Rohrlängen hindurch zu regeln. In einer Ausführungsform der Erfindung wird das System mit einer Auslassöffnung für jedes Auslassrohr betrieben. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist mehr als eine Auslassöffnung mit jedem Auslassrohr verbunden.
Mit dem erfindungsgemäßen System ist es nicht notwendig, eine genau bestimmte Fließgeschwindigkeit des Flüssigkeitskreislaufs durch das Bett von anhaftenden und eingeschlossenen Mikroorganismen einzuhalten. Wegen der intermittierenden Ausstoßpulse des Abwasserstroms wird eine vollständige Integration des unbehandelten Abwassers mit den anhaftenden und eingeschlossenen Mikroorganismen bei kleinstem Volumen der im Kreislauf befindlichen Flüssigkeit und ohne kontinuierlichen hydraulischen Rücklauf der Flüssigkeit erreicht. Der Ausstoßpuls erreicht die Aufnahme der aktiven Mikroorganismen im unbehandelten Abwasser an der Auslassöffnung und im Bett in unmittelbarer Umgebung oberhalb der Auslassöffnung, ohne im ganzen Bett einen kontinuierlich expandierten, fluidisierten oder vollständig gemischten hydraulischen Zustand aufrecht zu erhalten. Jede Fließgeschwindigkeit, die eine Aufnahme in einem kleinen Bereich um jede Auslassöffnung herum erreichen kann, ist zufriedenstellend. Dies schafft einen breiten Bereich von Fließgeschwindigkeiten für das Recycling und ergibt Auftriebsgeschwindigkeiten, die für einen erfolgreichen Betrieb des Systems annehmbar sind und das für die hydraulische Regelung des Bettes erforderliche Flüssigkeitsvolumen signifikant reduzieren.
Die unterschiedliche Dichte zwischen dem behandelten Abwasser, den gasförmigen Nebenprodukten und dem ungelösten Material ermöglicht die Trennung in der Ruhezone oberhalb des Bettes. Mit jedem Ausstoßpuls an einer bestimmten Auslassöffnung wird das Bett hydraulisch angehoben und gasförmige Nebenprodukte werden freigegeben und befördern ungelöstes Material in die Zone oberhalb des Bettes. Direkt nach dem Ausstoßpuls lässt die Ruheperiode, die eintritt, während an anderen Auslassöffnungen nacheinander der Ausstoßpuls folgt, Zeit genug für das Absetzen des durch die Gase nach oben beförderten ungelösten Materials im Bett.
Um das Wachstum der auf der Oberfläche der Trägerpartikel anhaftenden Mikroorganismen anzuregen, wird das Pulsationsbettsystem mit intermittierender Zufügung von Chargen eines Impfschlamms betrieben, bis die biologische Aktivität im Pulsationsbett eingesetzt hat. So wird das Pulsationsbett, das dosierte Mengen der für die biologische Aktivität erforderlichen Nährstoffe, wie etwa eine heterogene Bakterienkultur, Makro- und Mikronährstoffe enthält, mit der Zuführung eines schwachen Stroms des zu behandelnden unbehandelten Abwassers in Betrieb genommen. Dosierte Chargen von bekannter Fähigkeit, das unbehandelte Abwasser abzubauen, werden auf der Ansaugseite der Kreislaufpumpe direkt mit dem unbehandelten Abwasser und den Nährstoffen zugegeben. Das Impfmedium wird im Bett eingeschlossen und bleibt über lange Zeiträume erhalten, was ein rasches Anhaften und einen raschen Start des Verfahrens ermöglicht.
Der Betrieb des Systems erfolgt optimal bei verschiedenen Temperaturen abhängig von den zum Einsatz kommenden Mikroorganismen und der Art des zu behandelnden Abwassers. Bevorzugt wird eine Betriebstemperatur zwischen ca. 4ºC und 60ºC. Zur Regelung der Betriebstemperatur kann der Abwasserstrom durch einen Wärmetauscher geschickt werden, bevor er in den Reaktor gelangt. Der Wärmetauscher kann an eine Wärmequelle, wie zum Beispiel eine Heißwasserumlaufpumpe, angeschlossen werden. Thermophile Bakterien sind wirksamer bei Temperaturen von ca. 50ºC bis 60ºC und sie sind zu bevorzugen, wenn das Abwasser hohe Konzentrationen von biologisch abbaubarem organischem Material enthält, wie zum Beispiel Fette und Glykole. Mesophile Bakterien sind wirksamer bei Temperaturen von ca. 30ºC bis 40ºC und sie sind zu bevorzugen, wenn das Abwasser mittlere Konzentrationen von biologisch abbaubarem organischem Material enthält, einschließlich von Auszügen aus Geländeauffülmaterial und bestimmte Abwässer aus der Nahrungsmittelbehandlung. Cryophile und psychrophile Bakterien sind wirksamer bei Temperaturen unter 25ºC und zu bevorzugen für verdünnte Abwässer einschließlich von Haushaltsabwasser.
Bei verschiedenen Operationen wird das unbehandelte Abwasser zuerst durch einen Siebkorb geschickt, um Partikel über einer bestimmten Größe zu entfernen.
Unter einem weiteren Gesichtspunkt dieser Erfindung wird in der Schlammschicht eine Ausflockung des aus dem Pulsationsbettsystem ausgeschiedenen ungelösten Materials erreicht. Während das ungelöste Partikelmaterial durch das Pulsationsbett fließt, fördert der intermittierende Flüssigkeitsstrom, der durch jede Auslasszone gelangt, die Filterung des eingeschlossenen ungelösten Partikelmaterials. Das eingeschlossene Partikelmaterial wird während der Ruhepausen zwischen den Ausstoßpulsen zu großen Aggregaten zusammengepresst. Diese Aggregate ergeben eine Schlammschicht, die selbst zu einem Filter wird, der weiteres Partikelmaterial einschließt und große Flocken ausbildet. Somit hat der aus dem Pulsationsbettsystem ausgeschiedene Schlamm ein außerordentlich hohes Absetz- und Entwässerungsvermögen und es erübrigt sich, ein kostspieliges dreiphasiges Trennsystem an der Oberseite des Reaktors zu verwenden.
Das vorstehend anhand von Fig. 1 und 2 beschriebene einzelne Recyclingsystem lässt sich erweitern, indem in einem einzelnen Reaktor ein oder mehrere Recyclingsysteme in Reihe geschaltet werden. Durch Kombination von einem oder mehreren Recyclingsystemen innerhalb eines einzelnen Reaktors wird eine hocheffiziente Entfernung des biologisch abbaubaren organischen Materials erreicht. Das unbehandelte Abwasser wird einem ersten Recyclingsystem zugeführt wie vorstehend beschrieben und das resultierende teilweise behandelte Abwasser wird durch Schwerkraft seitlich über aufeinanderfolgende in Reihe miteinander verbundene Recyclingsysteme weiter bewegt, wonach der endgültige flüssige Abfall aus dem letzten Recyclingsystem der Reihe abgeführt wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 ist die Vorderansicht eines einzelnen Behälters zur Abfallbehandlung, Bioreaktor 120, gezeigt, der obere und untere Abschnitte 122, 124 aufweist und fünf Recyclingsysteme 126, 128, 130, 132, 134, die nebeneinander angeordnet und in Reihe geschaltet sind. Jedes System weist eine Anzahl Zuführungen 136, zum Beispiel acht Zuführungen, für die einzelnen Auslassrohrleitungen 42 (Fig. 1) auf. Das Gassammelsystem umfasst sechs einander überlappende Leitbleche/Gassammler 140, 142, 144, 146, 148, 150, die quer über die Oberseite des Behälters miteinander verbunden sind. Fig. 4 zeigt eine Draufsicht des Bioreaktors 120 und die Leitbleche/Gassammler 140, 142, 144, 146, 148, 150. Gassammelleitungen 152 führen die Gase von jedem Leitblech/Gassammler des Bioreaktors über eine Gasleitung 154 ab.
Auf Fig. 5, 6 und 7 bezogen sind bevorzugte Ausführungsformen der Leitbleche/Gassammler gezeigt, abhängig von der Position, in der sie auf dem Bioreaktor angeordnet sind. Leitbiech/Gassammler 140 ist an der linken Seite des Bioreaktors 120 angeordnet. Leitblech/Gassammler 142 überlappt die Leitbleche/Gassammler 144, 146, 148, der gleichen Bauart und zusammen mit dem an der rechten Seite angeordneten Leitbiech/Gassammler 150 bilden sie ein geschlossenes System zur Trennung von Gas und Partikelmaterial aus den fünf Recyclingsystemen. Die Seitenwandabschrägung von jedem Leitbiech/Gassammler liegt vorzugsweise zwischen 15º und 45º auf die Horizontale bezogen, wobei ein Winkel zwischen 25º und 35º noch mehr zu bevorzugen ist. Die Seitenwandüberlappung beträgt vorzugsweise zwischen 1 Zoll (2,54 cm) und 12 Zoll (30,48 cm), wobei Werte zwischen 3 Zoll (7,6 cm) und 8 Zoll (20,32 cm) noch mehr zu bevorzugen sind.
Auf Fig. 8 bezogen wird eine Endansicht des Bioreaktors 120 gezeigt. Darin wird das erste Recyclingsystem der Reihe von fünf Recyclingsystemen gezeigt. Die Kreislaufpumpe 30 pumpt ein Gemisch aus behandeltem und unbehandeltem Abwasser über einen gemeinsamen Sammler oder Verteiler 44 durch jedes Auslassrohr 42 über ein Gummitaschenventil 52, ein Rückschlagventil 50 und ein Sperrventil 48 für jedes Auslassrohr. Falls gewünscht, kann der Abwasserstrom über einen Wärmetauscher 58 (Fig. 9) geschickt werden, um eine gewünschte Betriebstemperatur zu erzielen. Das behandelte Abwasser wird aus der oberen Zone des Bioreaktors abgesaugt durch Einlassöffnungen 92 und Rohr 88 und Rohr 32 zur Kreislaufpumpe 30. Unbehandeltes Abwasser wird auf der Ansaugseite des Umlaufrohrs 32 durch das Einlassventil 56 eingepumpt und mit dem Rücklaufstrom gemischt. Das Abwasser wird aus jedem Auslassrohr 42 an einer Auslassöffnung 34 nahe dem Boden des Bettes 24 des Bioreaktors ausgestoßen.
Bei dieser Konfiguration der Strömung hat ein Strom unbehandelten Abwassers, der stärker als der Rücklaufstrom ist, keinen Einfluß auf die hydraulische Strömung innerhalb des Bettes. Das überschüssige Abwasser, das nicht durch die Kreislaufpumpe 30 strömt, fließt zurück über das Umlaufrohr 32 der Pumpe, gelangt in die obere Zone 26 des Reaktors, wo es mit dem aus dem Bett verdrängten behandelten Abwasser vermischt wird. Das kombinierte Abwasser gelangt dann durch Schwerkraft weiter zur Serienbehandlung in den nachfolgenden Recyclingstufen. Unter Bedingungen, bei denen kein unbehandelter Abwasserstrom vorhanden ist, ist die gesamte Flüssigkeitsmenge, die durch die Kreislaufpumpe geschickt wird, das behandelte Abwasser aus der oberen Zone 26 des Reaktors.
Auf Fig. 9 und 10 bezogen wird eine Vorderansicht und eine Draufsicht des Bioreaktors mit den fünf in Reihe geschalteten Recyclingsystemen 126, 128, 130, 132, 134 gezeigt. Das unbehandelte Abwasser wird über eine Pumpe an einem Ende des Bioreaktors durch das Einlassventil 56 zur ersten Kreislaufpumpe 30a gefördert. Jedes Recyclingsystem ist an eine Kreislaufpumpe 30 (a, b, c, d, e) angeschlossen, die das behandelte Abwasser über den gemeinsamen Verteiler 44 (a, b, c, d, e) und eine Garnitur Schlauchtasehenventile 52 (a, b, c, d, e, a', b', c', d', e') aus den Recyclingrohren 88 (a, b, c, d, e), 32 (a, b, c, d, e), zu den Auslassrohren 42 (a, b, c, d, e, a', b', c', d', e') befördert.
Ein Zeitschaltwerk und/oder Mikroprozessor steuert das sequentielle Öffnen und Schließen von jedem Schlauchtaschenventil so, dass das Abwasser intermittierend pulsartig zugeführt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird jede der fünf Garnituren von Schlauchtaschenventilen gleichzeitig in der gleichen Reihenfolge geöffnet. Wird das Abwasser über einen Wärmetauscher 58 geschickt, so lässt sich die Temperatur des Abwassers und des Bettes regeln.
In einer bevorzugten Konfiguration der miteinander verbundenen Systeme können abwechselnd Systeme mit einem zusätzlichen Verbindungsrohr 170 zwischen alternierenden Umlaufrohren 32 ausgestattet sein, wodurch unzulänglich behandeltes Abwasser von einem auf die Fließrichtung bezogen abwärts gelegenen Recyclingsystem für eine nachfolgende weitere Behandlung zu einem aufwärts gelegenen Recyclingsystem zurück befördert werden kann. Dies ist besonders nützlich in einer Überlastungssituation im Recyclingsystem der ersten Stufe, weil so die nachfolgenden Recyclingsysteme die erste Stufe bei der Behandlung unterstützen können. In einem in Reihe geschalteten Recyclingsystem könnte das Ablaufwasser durch einen Seitenstrom weiter stromabwärts befördert und stromabwärts wieder in den Kreislauf geschickt werden oder von einer stromabwärts gelegenen Recyclingeinheit zu einer stromaufwärts gelegenen Recyclingeinheit zurück befördert werden. In ähnlicher Weise kann bei einer hohen Konzentration des Abwassers das teilweise behandelte Abwässer aus dem Bett herausgedrängt und zu einem stromabwärts gelegenen Recyclingsystem befördert werden.
Ein solches System ist in der Lage, auch stark belasteten Abfall erfolgreich zu behandeln, selbst wenn die Belastung tausendmal höher ist, als Haushaltsabwasser. Wenn der Bakterienfilm auf den Partikeln des Bettes mit Schmutz überladen ist, werden weitere Bakterien gebildet und die Wirksamkeit des Systems verstärkt.
Auf Fig. 11 und 12 bezogen wird ein Überlauf 180 gezeigt, der benützt werden kann, um das aus der oberen Zone des Bioreaktors 120 abgeführte Abwasser aufzunehmen. Ein oder mehrere Überläufe 180 sind in Abständen quer über die Oberseite des Bioreaktors angeordnet und wenn das Niveau des ablaufenden Abwassers über den oberen Rand des Überlaufs ansteigt, fließt das Abwasser in den Überlauf und wird von dort durch ein Rohr 182 aus dem Behälter abgeführt.
Die Leistung des Systems kann optimiert werden, indem die Menge an organischem Material, die das System effizient behandeln kann, überwacht wird. Dies wird erreicht, indem man einen Wandler, wie zum Beispiel einen pH- Wert-Aufnehmer, aber nicht auf diesen beschränkt, und einen Mikroprozessor im System anbringt, um festzustellen, ob ein ungünstiger Zustand, wie etwa ein niedriger pH-Wert besteht, um dann den Zufluss von unbehandeltem Abwasser abzuschalten, bis sich wieder günstige Bedingungen eingestellt haben. Eine pH-Elektrode 190 im Umlaufrohr 32 und eine zwischen der Elektrode und der Pumpe 60 (Fig. 1) angeschlossene Regeleinrichtung 192 mit einem Mikroprozessor kann anaerobe Systeme gegen Überlastung mit organischem Material schützen. Ein Meßfühler für den biologischen oder biochemischen Sauerstoffbedarf und eine Regeleinrichtung mit Mikroprozessor im Rücklaufrohr 32 der letzten Stufe kann die entsprechende Konzentration biologischen oder biochemischen Sauerstoffbedarf des abfließenden Materials so regeln, dass eine bestimmte Konzentration im abfließenden Material gewährleistet ist.
Das erfindungsgemäße Pulsationsbettsystem mit anhaftendem Film eignet sich zur Verwendung mit anaeroben, fakultativen oder aeroben Bakterien.
Ein anaerober biologischer Prozess vermindert den biochemischen Sauerstoffbedarf (BSB) durch Entziehung von biologisch abbaubarem organischem Material aus dem Abwasser. Das organische Material wird in Methan, Kohlendioxid, Wasser und Zellmaterial umgesetzt. Das Pulsationsbett des Reaktors wird mit fakultativen und anaeroben Mikroorganismen, einschließlich von säurebildenden und Methan bildenen Bakterien, geimpft.
Ein sauerstofffreier biologischer Prozess verursacht im Abwasser eine Denitrifizierung und Sulfatreduktion. Das Pulsationsbett des Reaktors wird mit fakultativen Mikroorganismen geimpft.
Ein aerober biologischer Prozess vermindert den biologischen Sauerstoffbedarf, indem das Abwasser in Kohlendioxid und Zellmaterial umgesetzt wird und er kann auch eine Nitrifizierung des Abwassers bewirken. Das Pulsationsbett wird mit fakultativen und aeroben Mikroorganismen geimpft. Zusätzlich wird eine Sauerstoffquelle benötigt. Vorzugsweise wird das behandelte Abwasser für den Recyclingvorgang durch eine Sauerstoffbelüftungseinrichtung außerhalb des Bioreaktors geschickt und dann in den Bioreaktor zurück gebracht.
Ein Abwasser-Behandlungssystem könnte eine Kombination von einer oder mehreren Pulsationsbetteinheiten mit anhaftendem Film verschiedener Mikroorganismen sein. Zum Beispiel kann man eine anaerobe Einheit, eine aerobe Einheit und eine anoxische, sauerstofffreie Einheit in einer Reihe miteinander verbinden, so dass das Abwasser nacheinander von einer Einheit zur nächsten gelangt, um einen vollständigen Abbau des Abfalls zu gewährleisten. In einem weiteren Beispiel könnte ein einzelner Behälter, der anaerobe und fakultative Mikroorganismen enthält, mit einem Behälter, der aerobe Mikroorganismen enthält, in Reihe geschaltet werden, so dass das Abwasser nacheinander von einem Behälter zum nächsten gelangt, um einen vollständigen Abbau des Abfalls zu gewährleisten.
Das Pulsationsbettsystem mit dem anhaftenden Film ist wirksamer als die bestehenden Systeme mit gestrecktem Filterbett und anhaftendem Film und es ergibt eine geringere Umweltbelastung. Durch pulsweise intermittierendes Ausstoßen der Flüssigkeit in das Bett anstelle der Einspeisung eines kontinuierlichen Stroms wird für jeden Pfropfen des Stroms eine Ruhezeit geschaffen, in der eine vollständige Aufnahme der Mikroorganismen in das Abwasser und eine längere Abbauzeit ermöglicht wird, was zu einem hocheffizienten Behandlungskreislauf führt. Die intermittierende und sequentielle Verteilung der Ausstoßpulse ermöglicht eine außerordentlich gute Aufnahme der Mikroorganismen im Abwasser ohne Expansion des Bettes.
Die Erfindung wurde zwar in Verbindung mit einer derzeit bevorzugten Ausführungsform beschrieben, aber der Fachmann erkennt, dass viele Abwandlungen und Änderungen daran möglich sind, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, dessen Festlegung allein durch die angefügten Ansprüche beabsichtigt ist.

Claims

1. Verfahren zur biologischen Behandlung von fließfähigem Abfall in einem Behälter (20), in den der zu behandelnde fließfähige Abfall durch eine Vielzahl von Auslaßöffnungen (34), die sich nahe dem Boden (36) des Behandlungsbehälters (20) befinden, eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Behälter (20) ein Bett aus biologisch inaktiven Trägerpartikeln (24) vorgesehen ist, wobei die Partikel (24) am Bett oder an den Partikeln anhaftende und darin eingeschlossene Mikroorganismen aufweisen, wobei der zu behandelnde fließfähige Abfall mit relativ konstanter Fließgeschwindigkeit nacheinander durch jede der Vielzahl von Auslaßöffnungen (34) gefolgt von einer hydraulisch intermittierenden Ruheperiode in den Behälter (20) eingeleitet wird, um einen Pfropfen des Bettes in der unmittelbaren Umgebung · der Auslaßöffnung zur Aufnahme der Mikroorganismen auszudehnen und so den biologischen Abbau der Schmutzstoffe in dem fließfähigen Abfall zu fördern, wobei sich die der Reihe nach gebildeten Pfropfen als Reaktion auf die nacheinander erfolgenden Ausstöße des fließfähigen Abfalls aus den Auslaßöffnungen (34) durch das Bett nach oben bewegen, wobei sich die biologische Behandlung des fließfähigen Abfalls in den durch das Bett aufsteigenden Pfropfen fortsetzt, wobei eine behandelte flüssige Komponente des fließfähigen Abfalls oberhalb des Bettes angesammelt und die behandelte Flüssigkeit oberhalb des Bettes aus dem Behälter abgeschöpft wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine behandelte Feststoffkomponente des fließfähigen Abfalls eine Schlammschicht (100) zwischen dem Bett und der behandelten Flüssigkeit bildet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem ein Teil der Schlammschicht (100) aus dem Behälter abgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem es sich bei dem Abfall um Abwasser handelt und an den Partikeln ferner ein Biofilm anhaftet, der den biologischen Abbau der im Abwasser enthaltenen Schmutzstoffe eines jeden Pfropfens durch die Mikroorganismen fördert.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das ferner die kontinuierliche Vermischung des behandelten Abfalls aus der oberen Zone mit unbehandeltem Abfall beinhaltet, um einen vermischten Abfall zu bilden, bevor dieser in das Bett eingeleitet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das ferner das Kontaktieren von gasförmigen Produkten und anhaftenden Suspensionspartikeln sowie der aus dem Bett ausgestoßenen Flüssigkeit mit einer teilweise in die Schicht aus behandeltem Abfall in der oberen Zone des Behälters eingetauchten Gassammeleinrichtung beinhaltet, um das gasförmige Produkt von den Suspensionspartikeln und der Flüssigkeit zu trennen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, das ferner die Abführung gasförmiger Produkte der Behandlung aus der oberen Zone des Behälters beinhaltet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das ferner die Einstellung einer Betriebstemperatur in dem Bett beinhaltet, indem der Abfall durch einen Wärmetauscher geleitet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das ferner die Sauerstoffanreicherung des Abfalls, bevor dieser in den Behälter eingeleitet wird, beinhaltet.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Vielzahl von Auslaßöffnungen mit einer Kreislaufpumpe zusammenwirkt, um im Behälter ein einzelnes Pulsationsbettsystem zu bilden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem im Behälter ein oder mehrere Pulsationsbettsysteme in Reihe miteinander verbunden sind.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Entfernung von biologisch abbaubarem organischem Material aus dem Abfall unter anaeroben Bedingungen und zur Umwandlung des biologisch abbaubaren organischen Materials in Methan, Kohlendioxid, Wasser und Zellmaterial, wobei die Mikroorganismen fakultative und anaerobe Mikroorganismen, einschließlich säurebildender und Methan bildender Bakterien umfassen.

13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche und zur Entfernung von biologisch abbaubarem organischem Material aus dem Abwasser unter aeroben Bedingungen, wobei die Mikroorganismen aerobe Mikroorganismen umfassen.

14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Erzielung eines Wachstums des anhaftenden Biofilms und der eingeschlossenen Mikroorganismen im Bett, das ferner die Aufnahme von heterogenen Bakterienkulturen sowie von Makro- und Mikronährstoffen im Abfall beinhaltet.

15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein oder mehrere Behälter in Reihe miteinander verbunden sind.

16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem ein erster Behälter im wesentlichen anaerobe und fakultative Mikroorganismen und ein zweiter Behälter im wesentlichen aerobe Mikroorganismen enthält.

17. Vorrichtung zur biologischen Behandlung eines fließfähigen Abfallstroms, umfassend einen Behälter (20), der einen Boden (36), eine Vielzahl von Auslaßöffnungen (34) nahe dem Boden des Behälters (20) und eine Vielzahl von Auslaßrohren (42), von denen jedes an mindestens eine Auslaßöffnung (34) angeschlossen ist, aufweist sowie eine Pumpe (30), die strömungstechnisch an die Vielzahl von Auslaßrohren angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem Behälter ein Bett aus biologisch inaktiven Trägerpartikeln (24) befindet und dem Bett aus Trägerpartikeln Mikroorganismen anhaften und in diesem eingeschlossen sind, daß zwischen der Pumpe (30) und der Vielzahl von Auslaßöffnungen (34) ein sequentieller Verteiler (44) strömungstechnisch angeschlossen ist, um den Abfallstrom mit relativ konstanter Geschwindigkeit auf jede der Vielzahl von Auslaßöffnungen (34) nacheinander zu richten und einen intermittierenden Ausstoß eines fließfähigen Abfallstroms durch jede der Auslaßöffnungen (34) in einer Reihe von durch Ruheperioden gefolgten Pulsen zu erzeugen, so daß die Trägerpartikel mit den eingeschlossenen Mikroorganismen in der unmittelbaren Umgebung jeder Auslassöffnung in den fließfähigen Abfallstrom aufgenommen werden, um eine Reihe von Pfropfen zu bilden, die sich in Reaktion auf die aufeinander folgenden Ausstöße des fließfähigen Abfallstroms an jeder Auslaßöffnung (34) durch das Bett aufwärts bewegen, und daß Mittel (26) zum Sammeln einer behandelten flüssigen Komponente des fließfähigen Abfalls oberhalb des Bettes und Mittel (86) zum Abschöpfen der behandelten Flüssigkeit aus dem Behälter oberhalb des Bettes vorgesehen sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, umfassend eine Schlammschicht (100), die zwischen dem Bett aus Trägerpartikeln und der behandelten Flüssigkeit aus einer behandelten Feststoffkomponente des fließfähigen Abfalls gebildet wird, und Mittel (96, 98) zum Abschöpfen von mindestens einem Teil der Schlammschicht aus dem Behälter (20).

19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, wobei es sich bei dem fließfähigen Abfallstrom um Abwasser handelt und die Partikel ferner einen daran anhaftenden Biofilm aufweisen.

20. Vorrichtung nach Anspruch 17, 18 oder 19, wobei die Pumpe eine Kreislaufpumpe ist, die ferner ein Umlaufrohr aufweist, dessen eines Ende an der Saugseite der Kreislaufpumpe angeschlossen ist und dessen anderes Ende oberhalb des Bettes innerhalb einer Schicht aus behandeltem Abfall angeordnet ist, um einen Teil des behandelten Abfalls mit unbehandeltem Abfall zu vermischen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 17, 18, 19 oder 20, die ferner ein Regelventil aufweist, das in der Leitung zwischen jeder Auslaßöffnung und der Pumpe angeschlossen ist, wobei durch das Öffnen und Schließen des Regelventils der Ausstoß des Abfalls geregelt wird.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, die ferner eine Zeitschalteinrichtung aufweist, die am Regelventil zur Steuerung des intermittierenden Öffnens und Schließens des Regelventils angeschlossen ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei sich jedes Auslaßrohr von oberhalb des Bettes bis nahe der Bodenfläche des Bettes erstreckt.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 23, die ferner einen Wärmetauscher aufweist, der strömungstechnisch mit der Pumpe verbunden ist, um in dem Bett eine gewünschte Temperatur zu erreichen.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 24, wobei die Mikroorganismen aus der Gruppe gewählt werden, die anaerobe, aerobe und fakultative Mikroorganismen und Mischungen davon umfaßt.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 25, die ferner zwei oder mehr Gassammeleinrichtungen aufweist, wobei jede Gassammeleinrichtung eine geschlossene Oberseite, eine offene Unterseite und eine schräge Seitenwand aufweist, wobei jede Gassammeleinrichtung nebeneinanderliegend und sich quer über die gesamte Behälterbreite erstreckend so an der Oberseite des Behälters angeschlossen ist, daß die schräge Seitenwand einer jeden Gassammeleinrichtung mit der schrägen Seitenwand der benachbarten Gassammeleinrichtung überlappt, wobei die Unterseite jeder Gassammeleinrichtung teilweise in die Schicht aus behandeltem Abfall eingetaucht ist.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 26, wobei jede der Vielzahl von Auslaßöffnungen mit einer Kreislaufpumpe zusammenwirkt, um in dem Behälter ein einzelnes Pulsationsbettsystem zu bilden.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, die ferner ein oder mehrere im Behälter in Reihe angeschlossene Pulsationsbettsysteme aufweist.