DE3347525A1

DE3347525A1 - Process and apparatus for the flotative separation and concentration of biomasses and process for biological waste water treatment

Info

Publication number: DE3347525A1
Application number: DE19833347525
Authority: DE
Inventors: Heinz-Günter 5067 Kürten Weißenberg; Marko Prof. Dr. 5000 Köln Zlokarnik
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1983-12-30
Filing date: 1983-12-30
Publication date: 1985-09-05

Abstract

The invention relates to a process for the flotation of fermentation sediment, in which a mixture of gas bubbles and fermentation sediments is introduced into an upper space of a flotation cell through which liquid flows in a turbulent manner, which then flows vertically through a space below, the flow being divided into individual vertical non-intermixing flow elements in such a manner that the ratio of the length of the flow path in the vertical direction h and the parameter d characterising the linear cross-section dimension of a flow element is at least 1.5. The invention further relates to an apparatus suitable therefor.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur flotativen Abtrennung undProcess and device for flotative separation and

Aufkonzentrierung von Biomassen und Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung und Aufkonzentrierung von Biomasse aus Fermentationstrüben, speziell ein Verfahren zur Abtrennung des Belebtschlammes von biologisch behandeltem Abwasser, eine hierfür geeignete Flotationszelle und ein Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung.Concentration of biomass and processes for biological wastewater treatment The present invention relates to a method for separation and concentration of biomass from fermentation pulps, specifically a process for separating the Activated sludge from biologically treated wastewater, a suitable flotation cell and a method for biological wastewater treatment.

Unter Fermentationstrüben im Sinne der vorliegenden Erfindung sollen Feststoff-Flüssigkeits-Systeme verstanden werden, in denen die Feststoffteilchen in etwa die Dichte der Flüssigkeit haben, die Feststoffteilchen leicht hydrophob sind und eine relativ breite Teilchengrößenverteilung von wenigen ß bis z.B. einigen 100 y, evtl. bis in den Millimeterbereich hinein, aufweisen.For the purposes of the present invention, fermentation pulps are intended to mean Solid-liquid systems are understood in which the solid particles approximately the same density as the liquid, the solid particles are slightly hydrophobic and have a relatively broad particle size distribution from a few ß to, for example, a few 100 y, possibly down to the millimeter range.

Teilchengrößen von 1 bis 10 ij Durchmesser, d.h. Größen einzelner Mikroorganismes sind an sich nicht flotierbar. Es ist demnach zunächst eine Flockung nötig. Die Flockenstruktur erlaubt aber nur die Flotation mit feinsten Gasblasen, da große Gasblasen aufgrund der Oberflächenrauhigkeit der Flocken struktur nicht haften können, da die Bedingung der Einhaltung des physikalisch vorgegebenen Benetzungswinkels ständig durchbrochen wird.Particle sizes from 1 to 10 ij diameter, i.e. sizes of individual Microorganisms are not inherently floatable. It is therefore initially a flocculation necessary. However, the flake structure only allows flotation with the finest gas bubbles, because large gas bubbles due to the Surface roughness of the flakes structure cannot adhere, since the condition of compliance with the physically prescribed Wetting angle is constantly broken.

Große Gasblasen, die eventuell dennoch einmal haften, erzeugen bei den Feststoffteilchen geringer Dichte einen so starken Auftrieb, daß im Nahbereich der Teilchen Turbulenz erzeugt wird, die zur Ablösung der Gasblasen führt.Large gas bubbles, which may still adhere, generate at the solid particles of low density such a strong buoyancy that in the close range turbulence is generated in the particles, which leads to the detachment of the gas bubbles.

Ein charakteristisches Beispiel für solche Fermentationstrüben ist das im Belebungsbecken einer biologischen Abwasserreinigungsanlage behandelte Abwasser, das zur Abtrennung der Biomasse und deren Rückführung in das Belebungsbecken einer Klärbehandlung unterzogen wird. Erfindungsgemäß soll die Klärbehandlung durch Flotation erfolgen.A characteristic example of such fermentation beets is the wastewater treated in the aeration tank of a biological wastewater treatment plant, to separate the biomass and return it to the aeration tank Is subjected to clarification treatment. According to the invention, the clarification treatment should be by flotation take place.

Besondere Schwierigkeiten bereitet die flotative Klärung von solchen in Belebungsbecken behandelten Abwässern, bei denen die Zufuhr des Sauerstoffs mittels Injektoren erfolgt. Beim Einsatz von Injektoren werden nämlich gleichzeitig hohe Scherkräfte auf die Flocken des Klärschlamms ausgeübt, so daß eine besonders feine Flocken struktur resultiert und damit unter Berücksichtigung der nachfolgenden teilweisen Rekoagulation auch ein besonders breites Feststoffteilchengrößenspektrum.The flotative clarification of these causes particular difficulties Wastewater treated in aeration tanks, in which the supply of oxygen by means of Injectors takes place. When injectors are used, high Shear forces exerted on the flakes of the sewage sludge, so that a particularly fine Flakes structure results and thus taking into account the following partial Recoagulation also has a particularly wide range of solid particle sizes.

Es hat nicht an Vorschlägen gefehlt, Flotationsverfahren zur Klärbehandlung von biologisch behandeltem Abwasser anstelle der allgemein üblichen Sedimentationsverfahren einzusetzen. Dazu wurden spezielle längsdurchströmte Flotationszellen entwickelt, die unter zusätzlicher Anwendung von chemischen Flotationshilfsmitteln wirksam sind.There has been no lack of proposals for flotation processes for clarification treatment of biologically treated wastewater instead of the commonly used sedimentation processes to use. For this purpose, special flotation cells with longitudinal flow developed with the additional use of chemical flotation aids are effective.

Der Einsatz von Chemikalien ist neben der dadurch bedingten Kostenbelastung des Verfahrens auch insofern nachteilig, als diese Chemikalien Verunreinigungen darstellen. Das Bestreben, den Zusatz von Chemikalien gering zu halten, führt aber in den bekannten Flotationszellen zu einer unbefriedigenden Flotationsleistung.The use of chemicals is in addition to the associated cost burden The process is also disadvantageous in that these chemicals are contaminants represent. The endeavor to keep the addition of chemicals low, however, leads in the known flotation cells to an unsatisfactory flotation performance.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Flotation von Fermentationstrüben, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Gemisch aus Gasblasen und Fermentationstrübe in einen oberen, turbulent durchströmten Raum (Turbulenzraum) eingebracht wird, b) die Dispersion danach einen darunterliegenden Raum (Beruhigungsraum) vertikal durchströmt, wobei c) die vertikale Strömung derart in einzelne vertikale sich nicht vermischende Strömungselemente auf geteilt wird, daß das Verhältnis aus Länge des Strömungsweges in vertikaler Richtung h und der die lineare Querschnittsabmessung eines Strömungselementes charakterisierenden Größe d mindestens 1,5 beträgt und d) die Verweilzeit der Flüssigkeit im Beruhigungsraum mindestens doppelt so lang ist wie die Verweilzeit im Turbulenzraum.The present invention now relates to a method for flotation of fermentation pulps, which is characterized in that a mixture of gas bubbles and fermentation pulp in an upper space with a turbulent flow (turbulence space) is introduced, b) the dispersion is then a space below (calming space) flows through vertically, with c) the vertical flow in such a way in individual vertical Non-intermingling flow elements are divided on that the ratio out Length of the flow path in the vertical direction h and the the linear Cross-sectional dimension of a flow element characterizing size d at least 1.5 and d) the residence time of the liquid in the calming chamber is at least is twice as long as the dwell time in the turbulence room.

Die Größe d soll erfindungsgemäß als die Wurzel aus der Querschnittsfläche eines vertikalen Strömungselementes definiert sein, wenn die Begrenzungsfläche des Strömungselementes bezüglich seiner Achse nur positive Krümmungen aufweist. Dies gilt z.B. für kreisförmige Querschnitte, Querschnitte mit regelmäßigen Vielecken, Rechtecken usw.According to the invention, size d should be the root of the cross-sectional area a vertical flow element be defined when the boundary surface of the Flow element has only positive curvatures with respect to its axis. this applies e.g. to circular cross-sections, cross-sections with regular polygons, Rectangles etc.

Weist dagegen die Querschnittsfläche des Strömungselementes sowohl positiv als auch negativ gekrümmte Begrenzungslinien auf, so soll d durch die Wurzel aus der sich durch die Tangente an die negativ gekrümmte Begrenzungslinie ergebenden Tangentenabschnittsteilfläche definiert sein. Ist das Strömungselement z.B. durch zwei konzentrische Zylinder begrenzt, so soll d definiert sein durch die Wurzel aus der Querschnittsfläche des Teiiströmungselementes, das durch die Tangentenfläche an dem inneren Zylinder und die äußere Zylinderfläche ergibt. Die für die Berechnung von d zugrundezulegende Fläche ist demnach ein Kreisabschnitt.In contrast, the cross-sectional area of the flow element has both positively as well as negatively curved boundary lines, then d should pass through the root from that resulting from the tangent to the negatively curved boundary line Tangent section face to be defined. Is the flow element e.g. bounded by two concentric cylinders, then d should be defined by the root from the cross-sectional area of the partial flow element passing through the tangent area on the inner cylinder and the outer cylinder surface. The ones for the calculation The area on which d is based is therefore a segment of a circle.

Das Verhältnis h/d soll vorzugsweise zwischen 2 und 3 betragen.The ratio h / d should preferably be between 2 and 3.

In dem oberen, turbulent durchiströmten Raum nimmt jedes Flüssigkeitsvolumen mindestens einmal eine horizontale Strömungsrichtung ein bevor es in den vertikal durchströmten Raum eintritt.In the upper, turbulent flow, each liquid volume increases at least once a horizontal flow direction before it enters the vertical flowed through enters.

Die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsströmung in dem vertikal durchströmten Raum soll bei 5 bis 15 m pro Stunde, vorzugsweise 8 bis 12 m pro Stunde liegen.The speed of the flow of liquid in the vertically flowing through it Space should be 5 to 15 m per hour, preferably 8 to 12 m per hour.

Die von Feststoffteilchen befreite Flüssigkeit wird unterhalb des vertikal durchströmten Raumes abgezogen.The liquid freed from solid particles is below the subtracted vertically flowed through space.

Die Feststoffteilchen schwimmen zusammen mit den Gasblasen auf der Oberfläche über dem turbulent durchströmten Raum auf und laufen über den Rand der Flotationszelle ab. Damit sich am Rand keine Feststoffteilchen festsetzen, ist in üblicher Weise ein Räumer vorgesehen, der die Oberkante des Randes abwischt.The solid particles float together with the gas bubbles on the Surface above the turbulent flow and run over the edge of the Flotation cell off. In order to prevent solid particles from adhering to the edge, in Usually a scraper is provided which wipes the top edge of the rim.

Es wurde gefunden, daß die Beruhigung der vertikalen Strömung durch Aufteilung in einzelne Strömungselemente für die erfindungsgemäß zu behandelnden Fermentationstrüben wesentlich für den Flotationserfolg ist. In dem Beruhigungsraum wird die Flüssigkeitsströmung so laminarisiert, daß auch Flocken, die nur eine geringe Aufstiegsgeschwindigkeit haben, noch die Chance besitzen, in den Turbulenzraum wieder aufzusteigen und damit an die Flüssigkeitsoberfläche zu gelangen. hier können auch Feststoffteilchen, die ihre Gasblase verloren haben oder von vornherein keine Gasblase hatten, sich an aufsteigende Flocken anlagern und mit nach oben genommen werden.It was found that the calming of the vertical flow by Division into individual flow elements for those to be treated according to the invention Fermentation pulp is essential for the success of flotation. In the calming room the flow of liquid is so laminarized that even flakes, which are only small Ascent rate still have the chance to get into the turbulent space again to rise and thus to reach the surface of the liquid. here can too Solid particles that have lost their gas bubble or from in advance had no gas bubble, attach themselves to rising flakes and take them up with them will.

Erfindungsemäß gelingt es, aus der Flotationszelle eine eingedickte Biomasse mit 30 bis 80 g TS pro Liter abzuziehen, wobei 90 bis 95 % des gesamten Feststoffgehaltes aus der Flüssigkeit entfernt werden. Die Steuerung der mittleren Konzentration der überfließenden eingedickten Biomasse erfolgt durch Regelung des Zuflusses von Fermentationstrübe in den turbulent durchströmten Raum und Regelung des Abzugs an gereinigter Flüssigkeit unterhalk des vertikal durchströmten Raumes. Die Menge des Uberlaufs kann zwischen 5 und 20 %, vorzugsweise zwischen 5 und 10 % der zugeführten Menge an Fermentationstrübe liegen.According to the invention, it is possible to obtain a thickened cell from the flotation cell Biomass with 30 to 80 g DM per liter to be deducted, whereby 90 to 95% of the total Solids content can be removed from the liquid. Controlling the middle Concentration of the overflowing thickened biomass takes place by regulating the Inflow of fermentation pulp into the turbulent flow and control the withdrawal of purified liquid below the vertical flow. The amount of overflow can be between 5 and 20%, preferably between 5 and 10 % of the added amount of fermentation pulp.

Die Erzeugung des Gemisches aus Fermentationstrübe und Gasblasen kann auf verschiedene Weise erfolgen.The production of the mixture from fermentation pulp and gas bubbles can done in different ways.

Zunächst ist es möglich, in bekannter Weise einen Teil der flotierten Flüssigkeit unter Druck mit Gas zu sättigen und diese Flüssigkeit mit der Fermentationstrübe vermischt in den turbulent durchströmten Raum einzuleiten (Druck-Entspannungsflotation). Jedoch verlangt dieses Verfahren größere Flotationszellen, da auch die im Kreislauf über den Druckgassättiger geführte Flüssigkeit durch die Zelle hindurchtreten muß. Ferner ist nachteilig, daß bei diesem Verfahren die einzudickende Fermentationstrübe zunächst durch die rückgeführte Flüssigkeit verdünnt wird. Vorzugsweise wird die Mischung aus Fermentationstrübe und Gasblasen daher in einem Flotationsinjektor gemäß europäischer Offenlegungsschrift 35 243 erzeugt und gleichzeitig in den turbulent durchströmten Raum eingebracht. Eine besonders bevorzugte Möglichkeit zur Erzeugung der Gasblasen besteht dann, wenn die Fermentation selbst in einem Turm von mindestens 10 m Höhe erfolgt. Bei der aeroben Fermentation wird nämlich Kohlendioxid erzeugt.First of all, it is possible in a known manner to part of the floated To saturate liquid under pressure with gas and this liquid with the fermentation pulp to be introduced mixed into the space with a turbulent flow (pressure-relaxation flotation). However, this method requires larger flotation cells, as those in the circuit Liquid passed through the pressurized gas saturator must pass through the cell. Another disadvantage of this process is that the fermentation pulp to be thickened is first diluted by the returned liquid. Preferably the Mixture of fermentation pulp and gas bubbles in a flotation injector according to European Offenlegungsschrift 35 243 generated and at the same time introduced into the turbulent flow. A particularly preferred option to generate the gas bubbles is when the fermentation itself in one Tower of at least 10 m height is made. In aerobic fermentation, namely Generates carbon dioxide.

Eine aus einem solchen Fermentationsturm austretende Fermentationstrübe enthält daher eine ausreichende Menge Kohlendioxid, die bei Entspannung auf Normaldruck, d.h.A fermentation pulp emerging from such a fermentation tower therefore contains a sufficient amount of carbon dioxide, which when released to normal pressure, i.e.

bei Abzug der Fermentationstrübe aus dem unteren Teil des Fermentationsturmes, zur Entstehung von Kohlendioxidblasen führt. Da bei dieser Verfahrensweise keine besondere Maßnahme zur Auflösung des Gases, wie z.B. bei der Druck-Entspannungsflotation, notwendig ist, wird diese Verfahrensweise im Sinne der vorliegenden Erfindung nachfolgend als Entgasungsflotation bezeichnet.when the fermentation pulp is withdrawn from the lower part of the fermentation tower, leads to the formation of carbon dioxide bubbles. Since with this procedure no special measures to dissolve the gas, e.g. in the case of pressure relaxation flotation, is necessary, this procedure is described below for the purposes of the present invention referred to as degassing flotation.

Die Einspeisung der Dispersion erfolgt vorzugsweise durch Trichterdüsen, die kegelförmig nach oben von der Ebene des übergangs von dem turbulent durchströmten Raum in den vertikal durchströmten Raum eintragen.The dispersion is preferably fed through funnel nozzles, the cone-shaped upwards from the plane of the transition from the turbulent flow Enter the space in the vertical flow.

Zur Verminderung der Turbulenz in dem turbulent durchströmten Raum kann aber auch ein Eintragsraum vorgesehen sein. In diesem Falle findet sich vorzugsweise axial in der Flotationszelle unterhalb des turbulent durchströmten Raumes ein Eintragsraum, in den z.B.To reduce the turbulence in the room with a turbulent flow however, an entry space can also be provided. In this case, is preferably found axially in the flotation cell below the turbulent flow area, an entry area, in the e.g.

durch Trichterdüsen in Richtung auf den Boden des Eintragsraums eingetragen wird, wobei die Dispersion dann den Eintragsraum zunächst vertikal nach oben bis zum turbulent durchströmten Raum durchtritt. Die Verweilzeit der Dispersion in dem Eintrittsraum soll geringer sein, als in dem turbulent durchströmten Raum, vorzugsweise weniger als halb so lang.entered through funnel nozzles in the direction of the floor of the entry space is, the dispersion then initially vertically up to the entry space to the room with a turbulent flow. The residence time of the dispersion in the The inlet space should be smaller than in the space with a turbulent flow, preferably less than half as long.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Flotationszelle zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die aus a) einem turbulent durchströmten Raum, der 20 bis 30 % des Volumens der Flotationszelle einnimmt, b) einem darunter angeordneten vertikal nach unten durchströmten Raum, dessen Volumen 50 bis 80 % des Volumens der Zelle einnimmt und dessen Querschnittsfläche mindestens 75 %, vorzugsweise mehr als 90 %, des Querschnitts der Zelle einnimmt, besteht und wobei c) ferner der vertikal durchströmte Raum in Segmente aufgeteilt ist, die je ein Verhältnis von Höhe h zu der die lineare Querschnittsabmessung eines Strömungselementes charakterisierenden Größe d von mindestens 1,5 aufweisen.The present invention also relates to a flotation cell for carrying out the process according to the invention, which flowed through a turbulent flow from a) Space that takes up 20 to 30% of the volume of the flotation cell, b) one below arranged vertically downward flow, the volume of which is 50 to 80% of the volume of the cell and its cross-sectional area occupies at least 75%, preferably occupies more than 90% of the cross-section of the cell, and wherein c) further the vertically flowed through space is divided into segments, each with a ratio from height h to that characterizing the linear cross-sectional dimension of a flow element Have a size d of at least 1.5.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zur biologischen Behandlung von Abwasser, wobei die Abtrennung des Belebtschlammes durch das erfindungsgemäße Flotationsverfahren erfolgt.The present invention is also a method for biological treatment of wastewater, whereby the separation of the activated sludge by the flotation process according to the invention takes place.

Ublicherweise wird der Belebtschlamm in sogenannten Dortmundbrunnen oder ähnlichen Konstruktionen durch Sedimentation abgetrennt, wobei ein Belebtschlamm mit einem Gehalt an Trockensubstanz von 5 bis 8 TS g pro Liter erhalten wird. Dieser eingedickte Belebtschlamm wird nach Abtrennung des bei der biologischen Abwasserreinigung entstehenden Uberschußschlamms in das Belebungsbecken zurückgeführt. Ublicherweise beträgt die Menge der e Rücklat1fschlamms 50 % oder mehr des den Belebungsbeckens insgesamt zugeführten Volumens an zu reinigendem Abwasser und Rücklaufschlamm. Durch Einsatz des erfindungsgemäßen Flotationsverfahrens wird ein eingedickter Belebtschlamm mit einer Konzentration von 30 bis 80, vorzugsweise 50 bis 80, g TS pro Liter erreicht, so daß der in das Belebungsbecken zurückgeführte Anteil auf 5 bis 10 % reduziert werden kann.The activated sludge is usually stored in so-called Dortmund wells or similar constructions separated by sedimentation, with an activated sludge with a dry matter content of 5 to 8 TS g per liter is obtained. This thickened activated sludge is after separation of the biological Excess sludge produced from wastewater treatment is returned to the aeration tank. Usually the amount of the return sludge is 50% or more of that of the activated sludge tank total supplied volume of wastewater to be cleaned and return sludge. By A thickened activated sludge is used for the flotation process according to the invention achieved with a concentration of 30 to 80, preferably 50 to 80, g DM per liter, so that the proportion returned to the aeration tank is reduced to 5 to 10% can be.

Dies bedeutet eine wesentliche Energieersparnis bei der Rückführung des Rücklauf schlammes zurück in den unter einem bestimmten hydrostatischen Druck stehenden Belebungsraum, wobei gleichzeitig der Klärflächenbedarf der Flotationszelle nur ein Drittel bis ein Fünftel des Klärflächenbedarfs von Sedimentationsklärbecken beträgt.This means a significant energy saving in the return of the return sludge back into the under a certain hydrostatic pressure standing activation room, while at the same time the clarification area requirement of the flotation cell only a third to a fifth of the clarification area required by sedimentation clarifiers amounts to.

Obwohl mit dem oben beschriebenen Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung bereits ein erheblicher technischer Fortschritt erreicht worden ist, besteht das erfindungsgemäß bevorzugte Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung darin, das Abwasser/Rücklaufschlamm-Verhältnis so einzustellen, daß im Belebungsbecken eine Schlammbelastung von 8 bis 12 g Trockensubstanz pro Liter erreicht wird. In diesem Falle kann die Verweilzeit im Belebungsbecken auf ein Drittel bis ein Fünftel der beim sonst üblichen Arbeiten mit 2 bis 3 g TS/l notwendigen Verweilzeit reduziert werden, so daß das notwendige Volumen für das Belebungsbecken wesentlich reduziert wird.Although with the method for biological wastewater treatment described above a considerable technical advance has already been achieved, that is according to the invention preferred method for biological wastewater purification in that Set the wastewater / return sludge ratio so that a Sludge load of 8 to 12 g dry matter per liter is achieved. In this Case, the residence time in the aeration tank can be one third to one fifth of the Reduced the required residence time when working normally with 2 to 3 g DM / l so that the volume required for the aeration tank is significantly reduced will.

Bei besonders bevorzugten erfindungsgemäßen biologischen Abwasserreinigungsverfahren besteht das Belebungsbecken aus einem turmartigen Becken mit einer Höhe von mehr als 10 m, bevorzugt 15 bis 30 m, wobei das behandelte Belebtschlamm-haltige Abwasser am Boden des turmartigen Beckens entnommen und der erfindungsgemäßen Flotationszelle unter Druckentspannung zugeführt wird. Das Belebtschlamm-haltige Abwasser gibt dann die während des biologischen Prozesses in dem Abwasser angereicherten Gase (beispielsweise N2 und CO2 bei der aeroben bzw. CO2 und CH4 bei der anaeroben Abwasserreinigung in Form feiner Gasblasen, die die Flotation bewirken), frei.In particularly preferred biological wastewater treatment processes according to the invention the aeration basin consists of a tower-like basin with a height of more than 10 m, preferably 15 to 30 m, the treated wastewater containing activated sludge taken from the bottom of the tower-like basin and the flotation cell according to the invention is supplied under pressure release. The wastewater containing activated sludge is then the gases enriched in the wastewater during the biological process (for example N2 and CO2 for aerobic or CO2 and CH4 for anaerobic wastewater treatment in the form of fine gas bubbles that cause flotation).

Besondere Maßnahmen zur Erzeugung der zur Flotation notwendigen Gasblasen, wie bei der bekannten Druckentspannungsflotation oder durch Injektoren ist nicht notwendig.Special measures to generate the gas bubbles necessary for flotation, as is the case with the known decompression flotation or by injectors is not necessary.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Den in den Figuren angegebenen Ziffern kommt folgende Bedeutung zu: 1 Flotationszelle 2 Vorrichtung zur Einspeisung der Fermentationstrübe bzw. Erzeugung der Dispersion Gasblasen/Biomasse 3 Zufuhrleitung für Fermentationstrübe 4 Zufuhrleitung für Gas 5 Turbulenzraum 6 Abfluß für die von Feststoffen befreite Flüssigkeit 7 Uberlauf und Sammelrinne für das Flotat 8 Flotatabflußleitung 9 Räumer für die Uberlaufkante 10 Antriebsachse für den Räumer 11 Räumergestänge 12 vertikale Untertelungswände der Zelle 13 Flüssigkeitsoberfläche 14 vertikal durchströmter Raum 15 Einlaßraum F d Querschnittsfläche eines vertikalen Strömungselementes.The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying figures explained. The numbers given in the figures have the following meaning: 1 Flotation cell 2 device for feeding the fermentation pulp or production the dispersion gas bubbles / biomass 3 supply line for fermentation pulp 4 supply line for gas 5 turbulence space 6 outflow for the liquid freed from solids 7th Overflow and collecting channel for the flotate 8 flotate discharge line 9 scraper for the overflow edge 10 Drive shaft for the scraper 11 scraper rods 12 vertical dividing walls the cell 13 liquid surface 14 vertically flowed through space 15 inlet space F d cross-sectional area of a vertical flow element.

In Fig. 1 wird der Flotationszelle 1 über die Leitung 3 die Fermentationstrübe zugeführt, die in der Trichterdüse 2 den Treibstrahl zur Ansaugung von Gas über Leitung 4 bildet. Einzelheiten der konstruktiven Gestaltung der Trichterdüse 2 sind aus der europäischen Offenlegungsschrift 35 243 bekannt. Die Trichterdüse entläßt das Gemisch aus feinen Gasblasen und Fermentationstrübe trichterförmig schräg nach oben in den turbulent durchströmten Raum 5. Das Gemisch tritt dann in den vertikal durchströmten Raum 14 ein, der durch Unterteilungswände 12 in einzelne vertikale Segmente aufgeteilt ist. Jedes Segment hat die Querschnittsfläche Fd. Das Verhältnis aus Höhe h des vertikal durchströmten Raumes 14 und der Quadratwurzel d aus Fd ist größer als 1,5. Die mit Gasblasen behafteten Flocken der Biomasse steigen entgegen der Flüssigkeitsströmung im vertikal durchströmten Raum 14 in den horizontal durchströmten Raum 5 auf und weiter bis zur Flüssigkeitsoberfläche 13. Die von Feststoffteilen in wesent- lichen befreite Trübe wird bei 6 am Boden der Zelle 1 abgezogen. Die Volumendifferenz aus bei 3 zugeführter Fermentationstrübe und bei 6 abgezogener von Feststoff befreiter Flüssigkeit läuft über den Rand 7 in eine Sammelrinne ab. Zur Vermeidung von Anbackungen auf dem Überlauf 7 sind Wischer 9 vorgesehen, die (bei kreisrundem Querschnitt der Zelle) von einer Achse 10 und über ein Gestänge 11 den Überlauf reinigen.In Fig. 1, the flotation cell 1 via the line 3, the fermentation pulp fed into the funnel nozzle 2, the propellant jet for sucking in gas over Line 4 forms. Details of the structural design of the funnel nozzle 2 are from European laid-open specification 35 243 known. The funnel nozzle discharges the mixture of fine gas bubbles and fermentation pulp at an angle in the shape of a funnel above in the turbulent flow room 5. The mixture then enters the vertical flowed through space 14, which is divided by dividing walls 12 into individual vertical Segments is divided. Each segment has the cross-sectional area Fd. The ratio from height h of the vertically flown through space 14 and the square root d of Fd greater than 1.5. The flakes of the biomass with gas bubbles rise in the opposite direction the liquid flow in the vertically flowed through space 14 in the horizontally flowed through Room 5 up and on to the surface of the liquid 13. Those of solid parts in essential Lichen freed turbidity becomes at 6 at the bottom of the cell 1 deducted. The difference in volume from fermentation pulp added at 3 and at 6 withdrawn liquid freed from solids runs over the edge 7 into a Collecting gutter. To avoid caking on the overflow 7, wipers 9 are provided provided that (with a circular cross-section of the cell) from an axis 10 and above a rod 11 clean the overflow.

Die Höhe H der Zelle kann typischerweise 0,8 bis 2 m betragen. Die Höhe h der Unterteilungswände 12, d.h. die Höhe h des vertikal durchströmten Raumes kann typischerweise 75 % der Zellenhöhe H betragen. Das Verhältnis aus Durchmesser D und Höhe H der Zelle kann etwa 0,8 bis 1 betragen. Fd beträgt etwa ein Viertel des Zellenquerschnitts. Die hier gezeigte Zelle kann stündlich mit dem 5- bis 10-fachen Zellenvolumen an Fermentationstrübe beaufschlagt werden. Der Uberlauf kann 5 bis 20 % der Zufuhrmenge betragen.The height H of the cell can typically be 0.8 to 2 m. the Height h of the partition walls 12, i.e. the height h of the space through which there is vertical flow can typically be 75% of the cell height H. The ratio of the diameter D and height H of the cell can be approximately 0.8 to 1. Fd is about a quarter of the cell cross-section. The cell shown here can increase by 5 to 10 times an hour Cell volume are applied to fermentation pulp. The overflow can be 5 to 20% of the feed amount.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Zelle, in der ein Einlaßraum 15 vorgesehen ist. Der am Boden geschlossene und oben offene Einlaßraum wird über die Trichterdüse 2 mit der Mischung aus Fermentationstrübe und Gasblasen beaufschlagt. Diese durchtritt den Einlaßraum 15 zunächst vertikal nach oben, durchströmt den turbulent durchströmten Raum 5 und anschließend den vertikal durchströmten Raum 14 nach unten. Der Abzug der von Feststoffen befreiten Flüssigkeit erfolgt zentral vom Boden des Gefäßes. Hierzu ist der Einlaßraum 15 auf nicht gezeichneten Stützen gelagert, so daß ein freier Durchfluß vom vertikal durchströmten Raum 14 zum Auslaß 6 vorhanden ist. Der Einlaßraum 15 hat einen Durchmesser D', der die Hälfte bis ein Drittel des Zellendurchmessers D betragen kann. Der vertikal durchströmte Raum 14 besteht aus dem zwischen der Begrenzungswand 12 des Einlaßraums 15 und der Außenwand der Zelle verbleibenden ringförmigen Raum. Der ringförmige vertikal durchströmte Raum 14 soll erfindungsgemäß als in vertikale Strömungselemente unterteilter Raum gelten. Zur Berechnung des erfindungsgemäß einzuhaltenden Verhältnisses h/d wird die in Fig. 2b (Querschnitt der Zelle) gezeichnete Fläche Fd, den durch die Tangente 16 am inneren Kreis 12 erzeugten Kreisabschnitt, zugrundegelegt. Jedem vertikalen Strömungspfad durch den vertikalen Strömungsraum 14 kann ein solches vertikales Strömungselement mit der Querschnittsfläche Fd zugeordnet werden.FIG. 2 shows a cell according to the invention in which an inlet space 15 is provided. The inlet space, which is closed at the bottom and open at the top, is via the Funnel nozzle 2 acted upon with the mixture of fermentation pulp and gas bubbles. This initially passes through the inlet chamber 15 vertically upwards, flows through the Turbulent flow through space 5 and then the vertically flowed through space 14 down. The removal of the solids-free liquid takes place centrally from the bottom of the jar. For this purpose, the inlet space 15 is on supports, not shown stored so that a free flow from the vertical flow through space 14 to the outlet 6th is available. The inlet space 15 has a diameter D ', the half to a third of the cell diameter D can be. The vertical The space 14 through which the flow passes consists of that between the boundary wall 12 of the inlet space 15 and the outer wall of the cell remaining annular space. The ring-shaped one vertically flowed through space 14 is according to the invention as in vertical flow elements subdivided space apply. To calculate the ratio to be maintained according to the invention h / d becomes the area Fd drawn in FIG. 2b (cross section of the cell), through which the tangent 16 on the inner circle 12 generated circle segment is used as a basis. Each vertical flow path through the vertical flow space 14 can be such vertical flow element can be assigned with the cross-sectional area Fd.

Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Zelle, deren Durchmesser D größer ist als ihre Höhe H. Erfindungsgemäß sind mehrere konzentrische kreisförmige vertikale Begrenzungswände 12 und 12' vorgesehen, die den vertikal durchströmten Raum 14 in mehrere ringförmige Räume aufteilt, so daß das Verhältnis h durch d größer 1,5 gewährleistet werden kann.Fig. 3 shows a cell according to the invention, the diameter D of which is larger is than their height H. According to the invention, several concentric circular vertical ones Boundary walls 12 and 12 'are provided, which in divides several annular spaces so that the ratio h through d ensures greater than 1.5 can be.

Fig. 4 und 5 zeigen andere Anordnungen für die vertikalen Unterteilungswände 12, wobei die Trichterdüsen 2 schräg nach oben strahlen und der durch die Trichteröffnung abgedeckte Raum unterhalb der Düsen als Totraum nicht von der Flüssigkeit durchströmt wird. Durch die Zufuhrleitung 3 wird in den Fig. 4 und 5 eine mit Druckgas beaufschlagte Fermentationstrübe zugeführt, die beim Durchtritt durch die Düsen das unter Druck gelöste Gas als Flotationsgas freigeben.Figures 4 and 5 show other arrangements for the vertical partition walls 12, whereby the funnel nozzles 2 radiate obliquely upwards and the one through the funnel opening covered space underneath the nozzles as a dead space that is not traversed by the liquid will. Through the supply line 3 is shown in FIGS. 4 and 5 with a pressurized gas applied Fermentation pulp is supplied, which is under pressure as it passes through the nozzles release dissolved gas as flotation gas.

Fig. 6 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung, bei dem die Flotationszelle 1 in Kombination mit einem turmartigen Belebungsbecken 20 mit einer Höhe Hr von 15 bis 30 m betrieben wird. Das im Belebungsbecken 20 behandelte Abwasser wird über ein Ventil 21 und Leitung 3 der Trichterdüse 2 zugeführt.6 shows the method according to the invention for biological wastewater purification, in which the flotation cell 1 in combination with a tower-like aeration tank 20 is operated with a height Hr of 15 to 30 m. The treated in the aeration tank 20 Waste water is fed to the funnel nozzle 2 via a valve 21 and line 3.

Die Flotationszelle 1 hat z.B. eine Höhe von 0,8 bis 2 m. Die Druckentspannung beim Eintritt in die Flotationszelle 1 beträgt demnach 1,4 bis 2,8 bar. Die bei dem biologischen Abbauprozeß im Belebungsbecken erzeugten und im Abwasser gelösten Gase reichen aus, um nach der Entspannung als Flotationsgas zu dienen. Die Regelung von Zulaufventil 21 und Ablaufventil 22 steuert die Menge des bei 8 abgezogenen Flotats, das in das Belebungsbecken 20 zurückgeführt wird.The flotation cell 1 has a height of 0.8 to 2 m, for example when entering the flotation cell 1 is accordingly 1.4 to 2.8 bar. The at the biological degradation process in the activated sludge tank and dissolved in the wastewater Gases are sufficient to serve as flotation gas after expansion. The regulation of inlet valve 21 and outlet valve 22 controls the amount of the withdrawn at 8 Flotate, which is returned to the aeration tank 20.

Beispiel 1 In eine Versuchsflotationszelle gemäß Fig. 2, die eine Höhe H gleich 0,8 m und einen Durchmesser D gleich 0,8 m aufwies, wobei der Durchmesser D' des Einlaufraums 15 40 cm und die Höhe h des vertikal durchströmten Raumes 14 60 cm betrug, wird der Ablauf vom Boden eines turmartigen Belebungsbecken mit 26,5 in Flüssigkeitshöhe durch eine Trichterdüse 2 eingespeist. Im Gegensatz zu Fig. 2 ist eine Gaszufuhrleitung 4 nicht vorgesehen. Es wurden keinerlei Flotations- bzw. Flockungsmittel zugegeben.Example 1 In a test flotation cell according to FIG. 2, the one Height H was 0.8 m and diameter D was 0.8 m, the diameter D 'of the inlet space 15 is 40 cm and the height h of the space 14 through which there is a vertical flow Was 60 cm, the drain from the bottom of a tower-like aeration tank is 26.5 fed in at liquid level through a funnel nozzle 2. In contrast to Fig. 2, a gas supply line 4 is not provided. No flotation or flocculant added.

Die Flotation erfolgte durch Freisetzung von ca. 20 1 Gas/ 3 m Flüssigkeit (überwiegend CO2). Fig. 7 zeigt den Austrag ar Uberlauf 7 in Prozent der zugeführten Menge an Trockensubstanz in Abhängigkeit von der sogenannten Leerrohrgeschwindigkeit, d.h. des Verhältnisses aus Volumenstrom des zugeführten behandelten Abwassers und Querschnitt der gesamten Zelle. Zur Berechnung der Strömungsgeschwindigkeit im vertikal durchströmten Raum 14 ist zu berücksichtigen, daß ein Teil der Querschnittsfläche durch den Einlaufraum 15 besetzt ist und ferner der Ueberlauf (Flotat) den vertikal durchströmten Raum nicht durchströmt.The flotation was carried out by releasing approx. 20 liters of gas / 3 m of liquid (mostly CO2). Fig. 7 shows the discharge ar overflow 7 as a percentage of the supplied Amount of dry matter depending on the so-called empty pipe speed, i.e. the ratio of the volume flow of the supplied treated wastewater and Cross-section of the entire cell. To calculate the flow velocity in the vertical flow through space 14 must be taken into account that part of the cross-sectional area is occupied by the inlet space 15 and also the overflow (flotate) the vertical flowed through space not flowed through.

Entsprechend ist die Strömungsgeschwindigkeit im vertikal durchströmten Raum 14 höher als die Leerrohrgeschwindigkeit. Das der Flotationszelle zugeführte Belebtschlamm-haltige Abwasser hatte eine Konzentration von 3 g Trockensubstanz pro Liter. Die in das Diagramm Fig. 6 eingetragenen Meßpunkte wurden für unterschiedliche Verhältnisse von Flotatüberlauf zu Zulauf ermittelt.The flow velocity is correspondingly in the vertical flow Room 14 higher than the duct speed. That fed to the flotation cell Wastewater containing activated sludge had a concentration of 3 g dry matter per liter. The measurement points entered in the diagram in FIG. 6 were for different Ratios of flotate overflow to inflow determined.

Dabei entsprechen die Kreise einem Verhältnis von 0,2, die Quadrate einem Verhältnis von 0,1 und die Dreiecke einem Verhältnis von 0,05.The circles correspond to a ratio of 0.2, the squares a ratio of 0.1 and the triangles a ratio of 0.05.

Beispiel 2 An ein Versuchsbelebungsbecken von 20 m Höhe und 22 m3 Beckenvolumen konnten alternativ ein Dortmundbrunnen oder eine erfindungsgemäße Flotationsstelle angeschlossen werden. Das Versuchsbecken wurde jeweils mit einem Industrieabwasser, das auch der benachbarten Großkläranlage zugeführt wurde, beaufschlagt.Example 2 On an experimental aeration tank with a height of 20 m and 22 m3 Basin volumes could alternatively be a Dortmund fountain or one according to the invention Flotation point can be connected. The experimental basin was each with a Industrial wastewater, which was also fed to the neighboring large wastewater treatment plant, acted upon.

Im Versuchbelebungsbecken herrschten die Bedingungen der Groekläranlage, solange die Schlammabtrennung und -rückführung über den Dortmundbrunnen erfolgte.The conditions of the large sewage treatment plant prevailed in the experimental aeration tank, as long as the sludge was separated and returned via the Dortmund well.

Nach Austausch des Dortmundbrunnens durch eine erfindungsgemäße Entgasungsflotationszelle konnte die Biomassekcnzentration im Belebungsbecken allmählich auf 10 g TS/l gesteigert werden. Ferner wurde die Abwasserzufuhr allmählich so gesteigert, daß derselbe Reinigungsgrad erzielt wurde, wie bei der Betriebsweise mit Dortmundbrunnen. Daher wurde auch der Lufteintrag in das Belebungsbecken so gesteigert, daß die über dem Becken austretende Abluft eine im wesentlichen konstante Sauerstoffkonzentration von 8 Vol.-% aufwies.After replacing the Dortmund fountain with a degassing flotation cell according to the invention the biomass concentration in the aeration tank was gradually increased to 10 g DM / l will. Furthermore, the sewage supply was gradually increased so that the same degree of purification was achieved, as with the operating mode with Dortmund fountain. Hence the Air entry into the activated sludge tank is so increased that the one exiting above the tank Exhaust air had an essentially constant oxygen concentration of 8% by volume.

Die nachfolgende Tabelle stellt die wesentlichen Betriebsbedingungen nach Erreichen stationärer Verhältnisse gegenüber: Parameter Stand der Technik Erfindung Schlammabtrennung durch Sedimentation Entgasungs- (Dortmundbrunnen) flotation (erf.-gem. Flo- tationszelle) Biomasse im Belebungsbecken 2 g TS/1 10 g TS/1 Zulauf Abwasser 2,75 m³/h 13,75 m³/h Biomasse im Rücklaufschlamm 5 g TS/1 50 GTS/1 Rücklaufschlamm 1,83m³/h 3,44 m³/h Verhältnis Rücklaufschlamm zu Gesamtzulauf ins Belebungsbecken 0,4 m³/m³ 0,2 m³/m³ notwendinge Klärfläche 0,92 m² 0,34³ spez. Beckenvolumenbedarf: Beckenolumen m³ m³ Abwasserzulauf 8---- 1,6---- m³/h m³/h spez. Klärflächenbedarf: Klärfläche m² m² Abwasserwulauf 0,33---- 0,025---- m³/h m³/h - Leerseite -The following table compares the essential operating conditions after steady-state conditions have been reached: Parameters prior art invention Sludge separation by sedimentation degassing (Dortmund fountain) flotation (required acc. to Flo- station cell) Biomass in the aeration tank 2 g TS / 1 10 g TS / 1 Waste water inlet 2.75 m³ / h 13.75 m³ / h Biomass in the return sludge 5 g TS / 1 50 GTS / 1 Return sludge 1.83 m³ / h 3.44 m³ / h Ratio of return sludge to Total inflow into the aeration tank 0.4 m³ / m³ 0.2 m³ / m³ necessary clarification area 0.92 m² 0.34³ spec. Pool volume requirement: Pool volume m³ m³ Waste water inlet 8 ---- 1.6 ---- m³ / h m³ / h spec. Clarification area requirement: Clarification area m² m² Wastewater bulge 0.33 ---- 0.025 ---- m³ / h m³ / h - blank page -

Claims

Claims 1. A method for the flotation of fermentation beets, characterized in that a mixture of gas bubbles and fermentation pulp in an upper, turbulent flow is introduced into a flotation cell, which then flows vertically through an underlying space, the flow so divided into individual vertical, non-mixing flow elements becomes that the ratio of the length of the flow path in the vertical direction h and characterizing the linear cross-sectional dimension of a flow element Size d is at least 1.5.

2. The method according to claim 1, characterized in that the residence time the liquid in the vertical flow is at least twice as long as the dwell time in the horizontally flowed-through room.

3. Flotation cell for fermentation beets consisting of a) one Turbulent flow space, the volume of which is 20 to 30% of the volume of the flotation cell occupies, and b) one arranged below it, vertically downwards flowed through space, the volume of which takes up 50 to 80% of the volume of the cell, c) its cross-sectional area at least 75%, preferably more than 90%, of the cross-section occupies the cell, and d) wherein furthermore the vertically flowed-through space in segments is divided, each having a ratio of height h to that of the linear cross-sectional dimension of a flow element characterizing size d of at least 1.5.

4. Cell according to claim 1, characterized in that there is also an inlet space is provided, which makes up a maximum of 20% of the cell volume.

5. Process for the biological treatment of waste water in an aeration tank and subsequent separation of the biomass from the treated wastewater and recycling the separated biomass in the activation room, characterized in that in the activation room a concentration of 8 to 12 g dry matter per liter is maintained, the separation of the activated sludge from the treated wastewater in a flotation cell according to one of claims 1 to 4 takes place in such a way that a flotate with a concentration of 30 to 80 g dry matter per liter is produced, the is returned to the aeration tank.

6. The method according to claim 5, characterized in that the biological Treatment in an aeration tank: is carried out, on the bottom of which a hydrostatic Pressure of 1.5 to 3.0 bar prevails, the treated wastewater from the bottom of the activated sludge tank into the flotation cell while reducing the hydrostatic pressure by at least 1 bar is introduced, and the degassing reaction that takes place is the flotation gas supplies.