Aufgrund der guten Erfahrungen mit der simultanen Denitrifikation werden zunehmend mehr Belebungsbecken mit Belüftungssystemen mit getrennter Belüftung und Umwälzung ausgerüstet. Dabei wird in einem Umlaufkanal beispielsweise eine Druckluftbelüftung installiert. Zusätzliche Strömungserzeuger (Rührwerke) sorgen für eine Umlaufströmung im Kanal, die ein Absetzen des Belebtschlammes verhindert. Der eigentliche Vorteil eines Belüftungssystems mit getrennter Umwälzung und Belüftung liegt jedoch in den relativ hohen Sauerstoffeintrags- und -ertragswerten mit einer relativ geringen Belegungsdichte der Belüftungselemente im Vergleich zu flächendeckenden Druckluftbelüftungssystemen. Die besseren Sauerstoffeinträge werden damit begründet, dass bei Systemen mit getrennter Umwälzung und Belüftung im Vergleich zu flächendeckenden Belüftungssystemen die Luftblasen bei der Entstehung am Belüftungselement aufgrund der zusätzlich aufgebrachten horizontalen Strömung durch die Rührwerke früher abreißen. Damit sind insgesamt eine größere Anzahl kleinerer Luftblasen mit einer entsprechend hohen spezifischen Grenzfläche im Wasser, die einen höheren Sauerstoffeintrag bewirken.
In Frankreich wurden an feinblasigen Belüftungssystem mit getrennter Umwälzung Sauerstoffzufuhrmessungen in Reinwasser durchgeführt (GILLOT, 1997), bei denen der Einfluss der Fließgeschwindigkeit in einem Rundbecken auf den Sauerstoffeintrag untersucht wurde. Mit steigender Wassergeschwindigkeit ergibt sich ein um bis zu 50 % höherer Sauerstoffeintrag bezogen auf stillstehendes Wasser. Diese Ergebnisse sind jedoch vor dem Hintergrund zu sehen, dass die Wassertiefe im Rundbecken nur 2,70 m betrug. Bei höheren Wassertiefen wird der Einfluss der Fließgeschwindigkeit auf den Sauerstoffeintrag abnehmen. Mit einem angenommenen spezifischen Energiebedarf für die Erzeugung der Druckluft von 5 Wh/m3 N×m und dem Betrieb der Rührwerke von 2,5 W/m3 kann ein Sauerstoffertrag von bis zu 3,5 kg/kWh bei einer Fließgeschwindigkeit im Rundbecken von 0,20 m/s erreicht werden. Bei einer Fließgeschwindigkeit von 0,50 m/s ergibt sich ein noch höherer Sauerstoffertrag in Reinwasser von bis zu 4,0 kg/kWh.
Neben der Wassergeschwindigkeit im Umlaufbecken hat auch die Anordnung der Belüftungselemente respektive der Belüftergitter Einfluss auf den Sauerstoffeintrag und -ertrag. Obwohl die örtlichen Verhältnisse eine wesentliche Rolle spielen, können Anhaltspunkte für die Größenordnung der Beeinflussung angegeben werden; s. GILLOT (1997). Es zeigt sich, dass mit Reduzierung der Anzahl der Belüftungsgitter, d.h. mit geringerer Belegungsdichte der spezifische Sauerstoffausnutzungsgrad reduziert wird. Die höchsten Sauerstoffeinträge bzw. spezifische Sauerstoffaufnahmen ergeben sich dann, wenn die Belüftungsgitter in dichter Folge im Umlaufbecken angeordnet werden. Die niedrigsten Werte wurden bei ungleichmäßiger Anordnung der Gitter festgestellt.
MANTOVANI (2000) gibt in einem grundlegenden Beitrag Hinweise zum Zusammenwirken zwischen Belüftungssystem und Umwälzeinrichtung in Umlaufbecken. Er zeigt, dass sich bei einem Verhältnis der Länge eines Umlaufbeckens L und der Breite B von 5 bis 5,5 sowie der Maßgabe, dass die Breite eines Umlaufkanals zwischen 0,8 bis 2 mal der Wassertiefe betragen soll, ein Mindestbeckenvolumen von 1.200 bis 1.500 m3 ergibt.
Zur Optimierung des Sauerstoffeintrags und Sauerstoffertrags in Umlaufbecken ist weiterhin die Positionierung der Rührwerke und der Belüftungsfelder im Umlaufkanal von großer Bedeutung. Bei der Positionierung der Rührwerke im Umlaufkanal sollte der Abstand der Rührwerke von der Umlenkung größer als die Breite des Kanals sein (MANTOVANI, 2000). Im Kanal sollte der Abstand der Rührwerke zur Beckenwand S1 mindestens 0,30 m und zwischen zwei Rührwerken S2 (im Querschnitt gesehen) mindestens 0,60 m betragen. Der Abstand zwischen Rührwerk und Wasseroberfläche S lässt sich mit der Gleichung S = 0,7 ⋅ DR-1,5 ermitteln, wobei mindestens 0,30 m vorzusehen sind (s. Abbildung 1).
Bei der Anordnung der Belüfterfelder in Umlaufbecken sind die in Abbildung 3 eingetragenen Mindestabstände zur Umlenkung im An- und Abströmbereich und zu den Rührwerken zu beachten.
Literatur
GILLOT, S. (1997):
Transfer d´oxygene en boues activees par insufflation d´air mesure et elements d´interpretation Ecole doctorale de Sciences Physiques et Chimiques, et d´Ingenierie, Université Paris XII – Val de Marne
MANTOVANI, A. (2000):
Aeration efficiency in horizontal flow systems and other non-full floor coverage aeration systems. Aeration Conference der Firma Nopon Oy in Helsinki am 02.10.2000