Von Stefanie Gregg
Die Belüftung ist seit mehr als 40 Jahren eine primäre Methode zur Behandlung von kommunalem und industriellem Abwasser. Es ist eine natürliche Möglichkeit, den biologischen Sauerstoffbedarf (BSB) zu kontrollieren, die aerobe Verdauung von organischen Stoffen zu maximieren und Gerüche zu kontrollieren. Als fest etablierte Technologie werden Belüftungssysteme auch in Zukunft eine Rolle spielen. Gibt es jedoch eine Möglichkeit, die Effizienz zu verbessern und die Betriebskosten zu senken?
Einige Arten von Belüftungssystemen sind von Natur aus effizienter. Es erfordert weniger Energie, reinen Sauerstoff (O2) einzuspritzen, als Luftmengen in ein Belüftungsbecken zu drücken. Selbst eine mittelgroße Anlage kann eine Million Gallonen oder mehr pro Tag behandeln, und Bänke von Luftgebläsen und Oberflächenbelüftern, die kontinuierlich dreiphasig bei 460 V laufen, können leicht Kilowatt pro Stunde verbrauchen. Darüber hinaus ist klar, warum Strom in der Regel etwa 30 Prozent der Betriebskosten einer Anlage ausmacht.
Dementsprechend können mehrere Gebläse die Möglichkeit von systemweiten Pumpausfällen verringern. Gleichzeitig können sich organische Stoffe und andere Verunreinigungen im Inneren ablagern und den Abwasserfluss in Förderrohren behindern. Einige Verunreinigungen können auch die Einbauten von Geräten korrodieren.
Da Gebläse zu unterschiedlichen Zeiten verschleißen und ausfallen, kann es schwierig sein, sie alle auf einmal zu ersetzen – eine Entscheidung, die eine erhebliche Kapitalinvestition mit Unterstützung der Geschäftsleitung oder der Zustimmung der Regierung erfordert. Ein vollständiger Austausch kann bei älteren Anlagen erforderlich werden oder wenn die Gesamteffizienz der Abwasserbehandlung aufgrund neuer Entwicklungen oder saisonaler Nachfragefaktoren nicht mit dem wachsenden Behandlungsbedarf Schritt halten kann. Dies kann die Installation paralleler Luftstationen beinhalten, um mit der Nachfrage Schritt zu halten. In den meisten Fällen kann ein O2-Booster-System eine kostengünstige Alternative zum vollständigen Ersatz oder eine wertvolle Vorbehandlung Ergänzung zu einem bestehenden Belüftungssystem bieten.
Fünfmal besser als Luft
Die Übertragung von reinem Sauerstoff kann verschiedene Probleme lösen, ohne dass eine komplexe Konstruktion erforderlich ist. Ein zusätzlicher Sauerstofftransfer deckt den Spitzenbedarf beispielsweise bei erhöhtem Abwasserzufluss, verstärktem BSB/CSB, Stickstoffkonzentration oder großen Schwankungen der Schadstoffbelastungen. In einigen Fällen wollen die Behandlungsbehörden aus lokalen Umweltgründen zu höheren Behandlungsstandards übergehen, oder neue Anforderungen an bestehende Behandlungssysteme können die ursprüngliche Entwurfskapazität überschreiten. Gemeinden müssen möglicherweise auch die Kapazität aufgrund neuer Entwicklungen in der Region verbessern oder möchten einfach die maximale Abwasserbehandlungskapazität während und nach Stürmen verbessern.
Viele Probleme der kommunalen Abwasserbehandlung gehen auf eine unzureichende Sauerstoffversorgung zurück, und ein Signal für eine unzureichende Reinigung oder anaerobe Zersetzungsprozesse sind beleidigende Gerüche. Idealerweise sollten Pflanzen frühzeitig auf Gerüche und andere Behandlungsprobleme reagieren, um zu vermeiden, dass die Behandlungsziele überschritten werden oder Beschwerden in der Gemeinschaft auftreten. Oxygenierungssysteme sind natürlich viel effizienter als gerade Belüftung mit Luft 79 Prozent Stickstoff und nur etwa 21 Prozent Sauerstoff. Ebenso bietet 100 Prozent Sauerstoff etwa das Fünffache der Sauerstoffanreicherungskapazität eines Umluftsystems.
Sauerstoff kann auf verschiedene Arten in das Abwasser injiziert werden. In ergänzenden Systemen kann das Sauerstoffinjektionssystem als Vorbehandlung vor der Primärbelüftung oder häufiger direkt in einer belüfteten Behandlungslagune installiert werden. Die zusätzliche Sauerstoffversorgung ist in der Regel in der Nähe des Abwassereinlasses am effektivsten, Es können jedoch mehrere Injektoren in einem Behandlungsteich positioniert werden, um von mehreren Seiten aus zu behandeln und Behandlungsziele zu erreichen. Darüber hinaus kann ein zusätzliches System die Anforderungen an ein primäres Belüftungssystem schnell reduzieren und kontinuierlich oder nur während Spitzenbelastungen der Behandlung betrieben werden. Das Oxygenierungssystem kann ein niedrigeres Gasvolumen drücken, während die Behandlungseffizienz viel höher ist. Ein ergänzendes System kann auch die Nachfrage nach dem primären Belüftungssystem reduzieren und so zu niedrigeren Energie- und Wartungskosten beitragen.
Vorteile des Sauerstoff-Booster-Systems
- Schnelle Lösung für viele Geruchs- und Behandlungsprobleme
- Kostengünstige Investition
- Verbesserte Behandlungsleistung
- Optimierte Sauerstoffübertragung und -nutzung
- Geringer Wartungsaufwand
Abb. 1. Systemdiagramm.
Eine gängige Methode der Sauerstoffinjektion für kommunale Systeme sind spezielle Gasstrahlen (siehe Systemdiagramm Abb. 1). Abbildung 2 zeigt einen proprietären Satz von Gasdüsen für das SOLVOX® – V-System von Linde zur gleichmäßigen Verteilung von sauerstoffangereichertem Wasser. Jets sind einfach in bestehende Lagunen oder Behandlungstanks zu installieren. Die Installation umfasst einen Sauerstoffspeicher, ein Steuerungssystem und eine Verdampfereinheit, die das flüssige O2 in Niederdruck-Sauerstoffgas umwandelt. Das System ist so konstruiert, dass es den erwarteten Spitzenlasten entspricht, während das Steuerungssystem Sauerstoff misst, um den sofortigen Behandlungsbedarf zu decken und den Gesamtsauerstoffverbrauch zu minimieren. Das System umfasst auch Versorgungsleitungen für jede Strahlbank und ein Tauchgebläse für jeden Satz.
Abb. 2. Ein Booster-System mit Sauerstoffdüsen, das minimale Investitionen erfordert, einfach zu installieren ist und sich ideal für Belüftungsbehandlungslagunen eignet.
Eine weitere O2-Abgabemethode, die zur Behandlung vorgesiebter organischer Abwässer in großen Behandlungsbehältern verwendet wird, sind Sauerstoffschläuche oder Diffusionsmatten. Diese Methode wird häufiger als primäres Sauerstoffbehandlungssystem verwendet, kann aber auch als ergänzendes System zur strengeren Kontrolle von BSB in aeroben Behandlungstanks verwendet werden. Die speziell entwickelten Sauerstoffschläuche und Diffusionsmatten sind nützlich, um die aerobe Aktivität in Tanks mit mittlerer Tiefe zu maximieren. Für tiefe 15-20 ft. tanks ist eine Seitenstromeinspritzung wirtschaftlicher.
Sauerstoffschläuche oder Diffusionsmatten injizieren O2 in einer schlangenförmigen Anordnung nahe dem Boden des Tanks. Sauerstoff wird bei Drücken unter 100 psi abgegeben und drückt durch Perforationen, wodurch Tausende winziger Blasen durch die Flüssigkeit nach oben geschickt werden (siehe Abb. 3). Der Aufwärtsfluss von gelöstem Sauerstoff speist die aerobe Verdauung und trägt gleichzeitig zur Tankzirkulation bei. Ein Sauerstoffschlauch oder Diffusionsmatte mit 120 ft. die lineare Kapazität kann etwa 300 Perforationen pro Fuß umfassen und Sauerstoff mit etwa 300 bis 800 scf / h übertragen, abhängig von Abwasserbestandteilen, Wassertemperaturen und anderen Liefer- und Diffusionsfaktoren. In Verbindung mit einem Rückkopplungssystem kann die Überwachung des Gehalts an gelöstem Sauerstoff in der Nähe der Tankoberfläche dazu beitragen, die Sauerstoffanreicherung zu maximieren und ein nützliches Messgerät zur Unterdrückung von Gerüchen bereitzustellen. Gasdüsen oder Diffusionsmatten-Oxygenierungssysteme können in der Regel innerhalb von 1-2 Tagen installiert werden.
Einige kommunale Kläranlagen umfassen die Denitrifikation, und die Sauerstoffanreicherung kann eine kostengünstige Möglichkeit darstellen, die Effizienz von Belebtschlamm und anderen Denitrifikationsbehandlungssystemen zu steigern. Zusätzlich zu den oben genannten Verfahren kann Sauerstoff direkt in Druckrohre eingespritzt werden, wenn Abwässer zu oder von einem Behandlungstank fließen. Spezielle kugelförmige Düsen können auch ein Verstopfen verhindern, und die Art und Platzierung der Sauerstoffinjektion kann je nach Typ und Konfiguration des Systems variieren. Um es noch einmal zu wiederholen, ein zusätzliches Sauerstoff-Booster-System ist relativ einfach nachzurüsten. Die Denitrifikation ist ebenfalls erwähnenswert, da andere Verwendungszwecke der Sauerstoffanreicherung für die Standortplanung in Betracht gezogen werden sollten.
Abb. 3. Hochreiner Sauerstoff sprudelt durch perforierte Behandlungsschläuche, um die Belüftungseffizienz zu steigern.
Oxygenierungssysteme erfordern eine konstante Versorgung mit industrietauglichem Sauerstoff, haben aber nur wenige, wenn überhaupt, bewegliche Teile. Die einzige externe Energie wird dem Steuersystem (und Gebläsen für Strahlsauerstoff) gewidmet, so dass die Sauerstoffversorgung nur einen Bruchteil der Energie eines äquivalenten Belüftungssystems verbraucht. Hochreiner Sauerstoff (typischerweise > 99,5%) minimiert den Verschleiß der Einbauten des Abgabesystems und trägt zur Gewährleistung einer gleichbleibenden Behandlungsleistung bei.
Kommunale Kläranlagen können die Sauerstoffspeichertanks vor Ort besitzen oder leasen, und zertifizierter Sauerstoff wird durch eine jährliche oder mehrjährige Vereinbarung mit einem primären Industriegaslieferanten geliefert. Versorgungsanordnungen können Rohrleitungen für große kommunale Systeme oder telemetrische Tanküberwachungssysteme umfassen, so dass Lieferungen automatisch geplant werden können, wenn verflüssigter Sauerstoff unter ein bestimmtes Speicherniveau fällt.
Kurz gesagt, Sauerstoff-Booster-Systeme bieten eine schnelle Möglichkeit, die Behandlungsleistung erheblich zu verbessern und die Lebensdauer bestehender Kompressoren und luftbasierter Systeme zu verlängern. Eine Vor-Ort-Bewertung und BSB-Prüfung können bestehende Strömungs- und Behandlungsparameter bestimmen sowie die Anforderungen an ein Sauerstoff-Booster-System definieren. Während Oxygenierungssysteme manchmal in der Rettungsbehandlung verwendet werden, ist die beste Zeit, um ein Booster-System zu installieren, bevor saisonale Spitzen und lange bevor die vorhandene Kapazität überschritten wird.
Über den Autor: Stefanie Gregg ist Application Sales Engineer bei Linde mit mehr als 13 Jahren Engineering-Erfahrung in der industriellen und kommunalen Wasser-/Abwasserbehandlung. Sie unterstützt regelmäßig Wasseraufbereitungsfachleute in den USA. bei der Bewertung von Systemen zur Prozessverbesserung und der Entwicklung von Strategien für Spitzeneffizienzen. Gregg erwarb einen BS-Abschluss in Chemieingenieurwesen von der Drexel University.
Über Linde: Linde ist der größte kommerzielle CO2-Lieferant in Nordamerika mit einem flächendeckenden Vertriebsnetz. Das Unternehmen bietet auch Sauerstoff- (O2) und Ozon- (O3) Gasauflösungssysteme für die Wasseraufbereitung an. Das Linde Water Treatment Team untersucht die Herausforderungen bei der Wasseraufbereitung und entwickelt komplette technische Lösungen für die Speicherung, Dosierung und Injektion von Gasen. Für mehr Informationen, Besuchen Sie Linde unter www.lindewatertreatment.com , oder rufen Sie 800-755-9277 an.