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Dokumentenidentifikation DE3827715C2 20.02.1992
Titel Einrichtung und Verfahren zur mikrobiologischen Wasseraufbereitung
Anmelder Metz Mannheim GmbH, 6800 Mannheim, DE
Erfinder Götz, Helmut, 5455 Rengsdorf, DE;
Scheibinger, Ludwig, Dipl.-Ing., 8000 München, DE;
Steinbach, Peter, Dr., 6701 Kallstadt, DE
Vertreter Meyer-Roedern, Graf von, G., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 6900 Heidelberg
DE-Anmeldedatum 16.08.1988
DE-Aktenzeichen 3827715
Offenlegungstag 22.02.1990
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 20.02.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.02.1992
IPC-Hauptklasse C02F 3/04
IPC-Nebenklasse C02F 3/30   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur mikrobiologischen Wasseraufbereitung, insbesondere Stickstoffeliminierung, mit einem aufsteigend durchströmten überfluteten ersten Festbettreaktor zur mikrobiologischen Denitrifikation, mit einem oberhalb des ersten Festbettreaktors befindlichen Überlauf, der mit einem zweiten Festbettreaktor zur mikrobiologischen Nitrifikation verbunden ist, und mit einem Ablaufteil unter dem zweiten Festbettreaktor.

Eine derartige Einrichtung ist aus der EP-A 02 47 212 bekannt. Sie hat einen ersten Festbettreaktor, dem feststofffreies Wasser zur Denitrifikation zugeführt wird. In dem Festbettreaktor befindet sich ein Schüttbett aus körnigem Material, das als mechaniches Filter und Träger für denitrifizierende Mikroorganismen dient. Das denitrifizierte Wasser wird einem zweiten überfluteten Festbettreaktor zur mikrobiologischen Nitrifikation zugeführt, der mit statischen Mischelementen für die Mischung von gasförmigen und flüssigen Strömen gefüllt ist und von dem Wasser im Fallstrom durchlaufen wird.

Die bekannte Einrichtung hat den Nachteil, daß das körnige Material des Schüttbetts in dem ersten Festbettreaktor den größten Teil des Reaktionsvolumens einnimmt und nur kleine Zwischenräume als Aufenthaltsorte für die Mikroorganismen bietet, so daß die Wasseraufbereitungskapazität pro Volumeneinheit entsprechend gering ist. Um zu verhindern, daß sich die Zwischenräume in dem körnigen Material durch sedimentierende Partikel zusetzen, ist es erforderlich, das Wasser vorzufiltrieren und den Festbettreaktor in kurzen Zeitabständen zu durchspülen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine im Aufbau unaufwendige, kompakte, für eine Modulbauweise ausgezeichnet geeignete Einrichtung der genannten Art zu schaffen, die bei geringen Anforderungen hinsichtlich einer Vorbehandlung des Wassers eine hohe Wasseraufbereitungskapazität hat und sich durch einen wartungsarmen Betrieb auszeichnet.

Diese Ausgabe wird mit einer derartigen Einrichtung dadurch gelöst, daß der erste Festbettreaktor ein aus geschlossene aufsteigende Strömungswege zwischen sich einschließenden Segmenten aufgebauter Block ist, der sich oberhalb eines Sedimentationsabteils befindet, in das über einen Zulauf, der in einigem Abstand von der Unterseite des ersten Festbettreaktors angeordnet ist, Wasser eingespeist wird, daß der Überlauf mit einer Berieselungsanlage in Verbindung steht, die sich oberhalb des als Tropfkörper ausgebildeten zweiten Festbettraktors befindet, und daß das Ablaufteil unter dem zweiten Festbettreaktor als Auffangwanne ausgebildet ist.

Bei dieser Einrichtung geht der mikrobiologischen Wasseraufbereitung eine bei unaufwendigem Aufbau sehr wirksame mechanische Feststoffabscheidung durch Sedimentation in dem Sedimentationsabteil voraus. Durch die Anordnung des Zulaufs in dem Sedimentationsabteil mit einigem Abstand von der Unterseite des Festbettreaktors entsteht eine einheitliche biologische Wirkungszone, in der sich eine Wirbelschicht mit einer schwebenden Schlammflockenwolke bilden kann, in der eine Vorklärung des Wassers durch hier angesiedelte Mikroorganismen erfolgt. Der in dem Sedimentationsabteil anfallende Schlamm kann in unaufwendiger Weise abgezogen werden. Durch die Verriegelung des Wassers in der oberhalb des zweiten Festbettreaktors vorgesehenen Berieselungsanlage wird das Wasser in einem nicht kontinuierlichen Strom verteilt, von Stickstoff, Kohlendioxid und anderen im Wasser gelösten Gasen gestrippt und in unaufwendiger Weise mit Sauerstoff angereichert. Die Tatsache, daß der Festbettreaktor der mikrobilogischen Denitrifikationsstufe aufsteigend und der Festbettreaktor der Nitrifikationsstufe als Tropfkörper fallend durchströmt wird, ist mit Blick auf die zu installierende Pumpenleistung und einen kompakten Aufbau der Einrichtung von Vorteil.

Aus dem Journal WPCF, 1974, Nr. 5, Seiten 937-946 ist ein zur Nitrifikation dienender zweiter Festbettreaktor bekannt, der als Tropfkörper ausgebildet ist, und dem das Wasser mit einer Berieselungsanlage zugeführt wird. In seinem oberen Teil erfolgt ein Abbau des biologischen Sauerstoffbedarfs (BOD). Der Reaktor baut dadurch sehr hoch. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung kann der BOD in dem aufsteigend durchsströmten ersten Festbettreaktor abgebaut werden. Für beide Festbettraktoren ist so ein kompakter, für eine Modulbauweise ausgezeichneter geeigneter Aufbau möglich.

Im Zulauf der erfindungsgemäßen Einrichtung kann außer dem erwähnten Sedimentationsabteil eine weitere Einrichtung zur mechanischen Feststoffabscheidung angeordnet sein, und zwar insbesondere ein Filter, vorzugsweise ein Dünnschichtfilter, oder ein Mikrosieb. Die Feststofftrennung dient dazu, das zu behandelnde Wasser von groben Feststoffen bis hin zu in kolloidaler Form vorliegenden Verunreinigungen zu befreien und diese von der mikrobiologischen Wasseraufbereitungsstufe fernzuhalten. In deren Ablauf kann ebenfalls eine Einrichtung zur mechanischen Feststoffabscheidung liegen. Es besteht beispielsweise die Möglichkeit, die Auffangwanne selbst als Sedimentationsbehälter auszubilden, oder der Auffangwanne ein Sedimentationsbecken nachzuordnen. Alternativ oder zusätzlich kann auch im Ablauf eine Filtration oder Mikrosiebung des behandelten Wassers erfolgen. Das Wasser wird so von durch die mikrobiologische Wasseraufbereitung entstandenen Feststoffen, insbesondere aus den Festbettreaktoren mitgerissenem Bio-Rasen, vollständig befreit.

Der in der Denitrifikationszone liegende Festbettreaktor ist ein aus geschlossene aufsteigende Strömungswege zwischen sich einschließenden Segmenten aufgebauter Block. Der in der Nitrifikationszone liegende Festbettreaktor ist hingegen vorzugweise aus Segmenten aufgebaut, die miteinander kommunizierende und sich insbesondere kreuzende Strömungswege zwischen sich einschließen. Es könne aber auch anders geformte Segmente Verwendung finden. Die Segmente bestehen vorzugsweise aus gezogener Kunststofffolie. Sie haben eine große, die Strömungswege begrenzende Oberfläche, die zur Ansiedlung der Mikroorganismen gut geeignet ist.

Aus der DE-OS 27 44 050 ist eine Füllung für Tropfkörper zur Wasseraufbereitung in Form abgehängter, weicher Folien bekannt. Diese sind für einen aufsteigend durchströmten überfluteten Festbettreaktor nicht geeignet.

Alternativ sind einer oder beide Festbettreaktoren als Wirbelschichtreaktoren aufgebaut.

Der zu der erfindungsgemäßen Einrichtung führende Zulauf kann an einen in dem Sedimentationsabteil angeordneten Verteiler angeschlossen sein. Damit wird eine gute Verteilung des Wassers und eine effektive Ausnutzung des in der Denitrifikationszone liegenden ersten Festbettreaktors erreicht. Um diesen vorteilhaften Effekt zu verstärken, ist der Verteiler vorzugsweise in einigem Abstand von der Unterseite des ersten Festbettreaktors angeordnet, über dessen vollen Querschnitt er das Wasser verteilt.

Vom Boden des Sedimentationsabteils geht vorzugsweise ein Schlammabzug ab, mit dem sedimentierte Feststoffe, zu denen insbesondere von dem ersten Festbettreaktor abgelöster Bio-Rasen gehört, bei Bedarf auf unaufwendige Weise abgezogen werden können. Bei einer Ausbildung der Auffangwanne als Sedimentationsbehälter empfiehlt es sich, diesen ebenfalls am Boden mit einem Schlammabzug zu versehen.

Am unteren Ende des zweiten Festbettreaktors sollte sich über der Auffangwanne ein Luftzutritt befinden. Damit ist eine Luftzufuhr zu dem in der Nitrifikationszone liegenden zweiten Festbettreaktor nach dem Kamineffekt, also in unaufwendiger Weise ohne Gebläse gewährleistet.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist vorzugsweise ein sämtliche Anschlüsse an einer Seite aufweisendes kompaktes Modul. Man kann so problemlos eine der gewünschten Kapazität entsprechende Anzahl parallelgeschalteter Module in einer Reihe anordnen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch eine Einrichtung zur mikrobiologischen Wasseraufbereitung zeigt.

Im Vorlauf der Einrichtung liegt ein mechanisches Filter 10, beispielsweise in Gestalt eines Plattenfilters, in dem das Wasser dem Feinsieb der Filterplatten entsprechend von groben Feststoffen befreit wird. Statt des Filters 10 kann auch ein anderer mechanischer Abscheider, insbesondere ein Mikrosieb, Verwendung finden. Das aus dem Filter oder Mikrosieb 10 kommende Wasser wird mit einer Pumpe 12 unter Überdruck zu dem Wasseraufbereitungsmodul 14 gefördert, über dessen Zulauf 16 es zu einem Verteiler 18 gelangt, der in einem Sedimentationsabteil 20 liegt. Oberhalb des Verteilers ist ein erster Festbettreaktor 22 angeordnet, in dem eine mikrobiologische Denitrifikation des Wassers stattfindet. Der Festbettreaktor 22 besteht aus Segmenten 24, die aus gezogener Kunststoffolie hergestellt sind und geschlossene aufsteigende Strömungswege 26 zwischen sich einschließen. Der Verteiler 18 ist in einigem Abstand von der Unterseite 28 des Festbettreaktors 22 angeordnet. Er dient dazu, das Wasser über dessen vollen Querschnitt in dem Sedimentationsabteil 20 zu verteilen. Dabei herrschen vergleichsweise ruhige Strömungsverhältnisse, so daß in dem Wasser noch enthaltene Schwebstoffe und von dem Festbettreaktor 22 abgelöster Bio-Rasen Gelegenheit haben, im Gegenstrom zu der aufsteigenden Wasserströmung zu sedimentieren. Das Sedimentationsabteil 20 verjüngt sich mit wenigstens einer Schrägwand 30 nach unten. Die Keil- oder Kegelform des Sedimentationsabteils fördert die Entstehung einer Wirbelströmung, die sich auf die Agglomeration und Ausflockung von Feststoffen vorteilhaft auswirkt. Im Bodenbereich des Sedimentationsabteils 20 ist ein Schlammabzug 32 vorgesehen, über den der sich ansammelnde Schlamm periodisch abgezogen wird.

Die die Strömungswege 26 begrenzende Oberfläche der Segmente 24 bildet den Ansiedlungsbereich für die sesillen Mikroorganismen, die unter anoxischen Bedingungen die mikrobiologische Wasserreinigung einschließlich der Denitrifikation übernehmen. Dabei erfolgt eine Umsetzung von in dem Wasser gelösten Nitraten zu gasförmigem Stickstoff. Im Prinzip veratmen die Mikroorganismen bei im Wasser nicht vorhandenem gelöstem Sauerstoff den chemisch gebundenen Sauerstoff des Nitrates, wodurch das Nitrat reduziert und zu gasförmigem Stickstoff umgewandelt wird. Zugleich werden die im Wasser gelösten organischen Kohlenstoffe verarbeitet.

Oberhalb des ersten Festbettreaktors 22 ist eine Überlaufrinne 34 angeordnet, die das Wasser über ein Verrieselungsrohr 36 der sich anschließenden Nitrifikationsstufe zuführt. Bei der Verrieselung, die z. B. durch ein sprinklerartiges Versprühen mit nach oben gerichteten Düsen, durch Herabtropfen auf einen Prallteller oder eine Kaskade von Pralltellern u.a.m. erfolgen kann, wird das Wasser in einem nicht-kontinuierlichen Strom verteilt. Dabei werden im Wasser gelöste Gase, insbesondere Stickstoff und Kohlendioxid, gestrippt und das Wasser zugleich mit Luftsauerstoff angereichert. Neben dem ersten Festbettreaktor 22 ist davon getrennt ein zweiter Festbettreaktor 38 angeordnet, auf den das Wasser herabrieselt. Der zweite Festbettreaktor 38 ist ein Tropfkörper, der ebenfalls aus Segmenten 40 aufgebaut ist, die aus gezogener Kunststoffolie hergestellt sind. Im Gegensatz zu dem geschlossene aufsteigende Strömungswege aufweisende ersten Festbettreaktor 22 kreuzen sich aber die zwischen den Segmenten 40 des zweiten Festbettreaktors 38 ausgebildeten Strömungswege 42 vielfältig, so daß eine Querverteilung und lange Verweildauer des herabtropfenden Wassers gewährleistet sind.

Unter dem zweiten Festbettreaktor 38 befindet sich eine Auffangwanne 44. Diese ist so dimensioniert, daß zwischen dem sich darin sammelnden Wasser und der Unterseite 46 des zweiten Festbettreaktors 38 ein Luftspalt 48 verbleibt, zu dem von außen ein Luftzutritt erfolgen kann, wie dies durch den Pfeil 50 angedeutet ist. Der zweite Festbettreaktor 38 wird so nach dem Kamineffekt in aufsteigender Strömung mit Luftsauerstoff versorgt. In dem zweiten Festbettreaktor 38 erfolgt durch an der Oberfläche der Segmente 40 angesiedelte Mikroorganismen unter aeroben Bedingungen eine Nitrifikation des Wassers, bei der Ammoniak über Nitrit zu Nitrat abgebaut (aufoxidiert) wird.

Die Auffangwanne 44 hat einen nach unten geneigten Boden 52, von dessen tiefstem Punkt der Ablauf 54 des Wasseraufbereitungsmoduls 14 abgeht. Der Ablauf 54 kann zu einem Sedimentationsbecken oder zu einem weiteren Filter oder Mikrosieb führen (nicht dargestellt). Es besteht auch die Möglichkeit, die Auffangwanne 44 selbst als Sedimentationsbehälter auszubilden.

Die Festbettreaktoren 22, 38 der Denitrifikations- und/oder Nitrifikationszone können auch aus anders gestalteten Segmenten bzw. Trägermaterialien oder als Wirbelschichtreaktoren aufgebaut sein (nicht dargestellt). Das Wasseraufbereitungsmodul 14 hat sämtliche Anschlüsse auf einer Seite, so daß man der gewünschten Kapazität entsprechend mehrere parallelgeschaltete Wasseraufbereitungsmodule 14 in einer Reihe anordnen kann.

Liste der Bezugszeichen:

10 Filter, Mikrosieb

12 Pumpe

14 Wasseraufbereitungsmodul

16 Zulauf

18 Verteiler

20 Sedimentationsabteil

22 erster Festbettreaktor

24 Segment

26 Strömungsweg

28 Unterseite

30 Schrägwand

32 Schlammabzug

34 Überlaufrinne

36 Verrieselungsrohr

38 zweiter Festbettreaktor

40 Segment

42 Strömungsweg

44 Auffangwanne

46 Unterseite

48 Luftspalt

50 Pfeil

52 Boden

54 Ablauf


Anspruch[de]
  1. 1. Einrichtung zur mikrobiologischen Wasseraufbereitung, insbesondere Stickstoffeliminierung, mit einem aufsteigend durchströmten überfluteten ersten Festbettreaktor zur mikrobiologischen Denintrifikation, mit einem oberhalb des ersten Festbettreaktor befindlichen Überlauf, der mit einem zweiten Festbettreaktor zur mikrobiologischen Nitrifikation, verbunden ist, und mit einem Ablaufteil unter dem zweiten Festbettreaktor, dadurch gekennzeichnet, daß der erste erste Festbettreaktor (22) ein aus geschlossene aufsteigende Strömungswege (26) zwischen sich einschließenden Sigmenten (24) aufgebauter Block ist, der sich oberhalb eines Sedimentationsabteils (20) befindet, in das über einen Zulauf (16), der in einigem Abstand von der Unterseite des ersten Festbettreaktors (22) angeordnet ist, Wasser eingespeist wird, daß der Überlauf (34) mit einer Berieselungsanlage (36) in Verbindung steht, die sich oberhalb des als Tropfkörper ausgebildeten zweiten Festbettreaktors (38) befindet, und daß das Ablaufteil unter dem zweiten Festbettreaktor (38) als Auffangwanne (44) ausgebildet ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zulauf (16) und/oder im Ablauf (54) der Auffangwannd eine Einrichtung zur mechanischen Feststoffabscheidung angeordnet ist, insbesondere ein Filter (10), vorzugsweise ein Dünnschichtfilter, oder ein Mikrosieb.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Festbettreaktor (38) ein aus miteinander kommunizierende und sich insbesondere kreuzende Strömungswege (42) zwischen sich einschließenden Segmenten (40) aufgebauter Block ist.
  4. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (24, 40) aus gezogener Kunststoffolie bestehen.
  5. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Festbettreaktor als Wirbelschichtreaktor aufgebaut ist.
  6. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf (16) an einen in dem Sedimentationsabteil (20) angeordneten Verteiler (18) angeschlossen ist.
  7. 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler (18) in einigem Abstand von der Unterseite des ersten Festbettreaktors (22) angeordnet ist und das Wasser über den vollen Querschnitt des ersten Festbettreaktors (22) verteilt.
  8. 8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß vom Boden des Sedimentationsabteils (20) ein Schlammabzug (32) abgeht.
  9. 9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich am unteren Ende des zweiten Festbettreaktors (38) über der Auffangwanne (44) ein Luftzutritt (48) befindet.
  10. 10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangwanne (44) als Sedimentationsbehälter ausgebildet ist.
  11. 11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Auffangwanne (44) ein Sedimentationsbecken nachgeordnet ist.
  12. 12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie als vorzugsweise sämtliche Anschlüsse an einer Seite aufweisendes kompaktes Modul (14) aufgebaut ist.






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