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Anlage zum biologischen Klären von Abwässern
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zum Klären von Abwässern in Klärbecken mit Hydrokulturen höherer Wasserpflanzen. Um zu verhindern, dass diese Wasserpflanzen Schwingrasen bilden, müssen sie am Boden des Beckens verankert sein, was bisher dadurch geschieht, dass die Pflanzen im Boden des Beckens eingepflanzt sind. Damit nun die Pflanzen den für ihr Wachstum erforderlichen Nährstoff nicht aus der Erde ziehen, sondern ihn nur dem Abwasser entnehmen, ist es bekannt, auf dem Boden des Beckens eine nährstofffreie Schicht von Kies vorzusehen, in der die Wasserpflanzen eingepflanzt sind.
Nun ist in Klärbecken eine Schlammbildung nicht zu vermeiden. Da der Schlamm in der Regel auch durch Mikroorganismen gebildet wird, die mit zur Klärung des Abwassers beitragen, ist es in gewissem Masse auch erwünscht, dass eine gewisse Schlammbildung vorhanden ist. Bei den bekannten Anlagen, bei denen zur Verankerung der Wasserpflanzen am Boden eine Kiesschicht vorgesehen ist, setzt sich dieser Schlamm auf dem Kies ab und dringt in die Hohlräume der Kiesschicht ein. Dadurch wird die Kiesschicht stark verunreinigt und bildet allmählich eine nahrhafte Schicht. Um nun den ursprünglich angestrebten Zweck einer nährstofffreien Verankerungsschicht für die Wurzeln der Wasserpflanzen zu erreichen, müsste die Kiesschicht wieder gereinigt werden, was praktisch unmöglich ist, da dann die ganze Kiesschicht aus dem Becken herausgenommen werden müsste.
Dadurch aber, dass die Wasserpflanzen durch die Verunreinigung der Kiesschicht nunmehr in einer nährstofffreien Schicht verwurzelt sind, wird ihre biologische Klärwirkung herabgesetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zum biologischen Klären von Abwässern zu schaffen, bei der die ganze Pflanze mit ihrer Wurzel zur Klärung des Abwassers beiträgt und bei der der sich am Boden des Beckens absetzende Schlamm leicht aus dem Becken zur weiteren Verwertung entfernt werden kann.
Diese Aufgabe ist gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass Haltevorrichtungen zum Halten der Rhizome der Wasserpflanzen unmittelbar über dem Boden des Beckens vorgesehen sind. Hiebei können als Haltevorrichtungen sich über dem Beckenboden erstreckende Fäden vorgesehen sein, die mit Ösen oder Schlingen zum Festhalten der Rhizome versehen oder zu einem Netz verflochten sein können. Es können aber auch die Rhizome aufnehmende Kästen vorgesehen sein. Diese Haltevorrichtungen können dann sehr einfach abnehmbar mit den Seitenwänden der Becken verbunden sein, so dass man zum Entfernen des sich am Boden ansetzenden Schlammes einfach die ganzen Haltevorrichtungen mit den Pflanzen aus dem Becken herausheben kann. Der am Boden verbliebene Schlamm kann nun mit bekannten Mitteln einfach herausgepumpt oder auf eine andere Weise aus dem Becken entfernt werden.
Die Erfindung ermöglicht es also, die zur biologischen Klärung in den Becken verwendeten Pflanzen am Boden des Beckens zu verankern und trotzdem die bei den bekannten Anlagen auftretenden Nachteile zu vermeiden.
Bei natürlichen Becken ist gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Rhizome in einem solchen Abstand über dem Boden gehalten sind, dass die Wurzeln der Wasserpflanzen nicht in den Boden eindringen können. Dadurch wird vermieden, dass die Wasserpflanzen sich
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ihre Nahrung aus dem Boden holen können und darauf angewiesen sind, auch mit der Wurzel sich Nährstoffe aus dem Abwasser herauszuholen, so dass auch die Wurzeln zur Klärung des Abwassers beitragen.
Die Erfindung ist mit besonderem Vorteil bei künstlichen Becken mit befestigten Böden und Wänden anwendbar. Hier ist ein Eindringen der Wurzeln der Wasserpflanzen in den befestigten Boden nicht zu befürchten, so dass die Rhizome sehr nahe über dem Boden des Beckens durch die Haltevorrichtungen festgehalten werden können. Die befestigten Wände geben darüber hinaus vorteilhafte Möglichkeiten, die Haltevorrichtungen an den Wänden zu befestigen. Wo solche Befestigungsmöglichkeiten an den Wänden jedoch fehlen, da können als Haltevorrichtungen entweder die oben genannten Kästen verwendet werden oder bei Verwendung von Fäden können diese in Rahmen eingespannt sein, die so schwer ausgeführt werden können, dass sie durch ihr eigenes Gewicht bei z. B. schräg abfallenden Seitenwänden auf diesen in einem Abstand über dem Boden aufliegen.
Die Anwendung von Kästen als Haltevorrichtungen hat den Vorteil, dass diese Kästen entweder in Strömungsrichtung angeordnet werden können und dadurch als Durchflussrinnen für das Abwasser dienen.
In diesem Fall ist es zweckmässig, den Kästen einen sich keilförmig nach oben verjüngenden Querschnitt zu geben, damit möglichst wenig Schlamm sich in den Kästen absetzt, so dass die Rhizome und Wurzeln sich möglichst lange in fliessendem Abwasser befinden, während sich der Schlamm zwischen den Kästen auf den schrägen Aussenwänden derselben absetzt.
Die Kästen können aber auch unmittelbar als Schlammfänger ausgebildet werden, so dass der Schlamm durch Herausheben der Kästen aus dem Becken entfernt werden kann. In diesem Fall ist es zweckmässig, nach oben offene Kästen mit einem Boden und senkrechten Seitenwänden vorzusehen und diese mit ihrer Längsachse quer zur Strömungsrichtung des Abwassers anzuordnen.
Für eine vorteilhafte Auswertung der Erfindung ist es wichtig, dass das Abwasser nicht nur an den submersen Teilen der Halme vorbeiströmt, sondern dass es nach Möglichkeit auch die Wurzeln erreicht.
Um dieses nun möglichst wirkungsvoll zu erreichen, sind gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung zur gleichmässigen Verteilung des Abwassers über dem Querschnitt der Abwasserströmung Umleitkörper vorgesehen. Ein solcher Umleitkörper kann schon gleich am Anfang der Anlage für das der Anlage z. B. aus einem Pufferbecken zuströmende Abwasser in Form einer über dem Becken angeordneten Verteilerrinne vorgesehen sein, die in ihrem Boden gleichmässig verteilte Löcher aufweist. Dadurch wird erreicht, dass das Abwasser dem Becken nicht in einer engen Strömung, sondern gleichmässig über die ganze Breite des Beckens verteilt zuströmt.
Dadurch, dass hiebei das Wasser in vielen Einzelstrablen eine Strecke durch die Luft fällt, wird es mit dem Sauerstoff der Luft angereichert, wodurch die biologische Klärung, insbesondere durch Mirkoorganismen, gefördert wird. Um die verteilende und Sauerstoff aufnehmende Wirkung der Verteilerrinne noch zu verstärken, können vorteilhaft unter den Löchern der Verteilerrinne Prallkörper vorgesehen sein. Als solche Prallkörper können z. B. Halbkugeln vorgesehen sein, wobei unter jedem Loch sich jeweils eine Halbkugel befindet. Es kann aber auch ein sich längs der ganzen Rinne unter dieser erstreckender zylindrischer Körper vorgesehen sein.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind als Umleitkörper in das Klärbecken einsetzbare, quer zur Strömungsrichtung verlaufende Zwischenwände vorgesehen, die mit über die Fläche der Wände verteilten Durchbrüchen versehen sind, deren Gesamtquerschnitt etwa so gross ist wie der Abwasserzuflussquerschnitt. Vorteilhafterweise sind hiebei die Durchbrüche benachbarter Zwischenwände verschieden verteilt. Dadurch, dass die Zwischenwände quer zur Strömungsrichtung verlaufen, muss das Abwasser durch die Durchbrüche in den Zwischenwänden hindurchströmen. Dadurch, dass der Gesamtquerschnitt der Durchbrüche etwa so gross ist wie der Abwasserzuflussquerschnitt, muss das Abwasser durch alle Durchbrüche gleichzeitig hindurchströmen, so dass es auf alle diese Durchbrüche verteilt wird.
Dadurch, dass die Durchbrüche benachbarter Zwischenwände verschieden verteilt sind, wird die Strömung zwischen den einzelnen Zwischenwänden durchmischt, so dass gewährleistet ist, dass das Abwasser in einer das ganze Volumen des Beckens gleichmässig erfassenden Strömung durch das Becken geleitet wird.
Hiebei ist es vorteilhaft, zwei Arten von Zwischenwänden vorzusehen. Bei den Zwischenwänden einer ersten Art sind die Durchbrüche längs eines Randes und bei den Zwischenwänden einer zweiten Art sind sie gleichmässig über die ganze Fläche verteilt. Ordnet man nun die Zwischenwände der beiden Arten abwechselnd nacheinander im Becken an und werden dabei die Wände der ersten Art abwechselnd mit entgegengesetzter Anordnung der Durchbrüche in das Becken eingesetzt, dann wird dadurch erreicht, dass die Strömung durch die Zwischenwände der ersten Art nur durch die Durchbrüche an einem Rand, z. B. an der Oberfläche des Wassers, hindurchgeleitet werden kann.
Bei der anschliessenden Zwischenwand der zweiten Art wird dann die Strömung gleichmässig über die ganze Fläche der Zwischenwand verteilt, um dann bei der nachfolgenden Zwischenwand nur durch die entgegengesetzt angeordneten Durchbrüche,
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am unteren Rand vorzugsweise in einer Reihe, die Bohrungen 17 gleichmässig über die ganze Fläche der Zwischenwand 14 verteilt und die Bohrungen 18 am oberen Rand der Zwischenwand 15 un- mittelbar unter dem Spiegel des Abwassers, vorzugsweise in einer Reihe, angeordnet sind. Zum Einsetzen dieser Zwischenwände 13, 14 und 15 in das Klärbecken 2 sind in den Seitenwänden 8 des Klär- beckens in den Zeichnungen nicht dargestellte Führungen vorgesehen.
Die Zwischenwände selbst bestehen aus Stahlblech und weisen in den Zeichnungen nicht dargestellte Verstärkungsrippen auf, die ein Durch- biegen der Zwischenwände verhindern.
Die Zwischenwände können auch im Boden des Beckens in entsprechenden Führungen verankert sein, die ein Durchbiegen der Zwischenwände am Boden verhindern. In einem solchen Fall sind gegebenenfalls nur noch am oberen Rand der Zwischenwände Versteifungsrippen erforderlich. Die Zwischenwände können aus einem andern Material, z. B. aus Holz, Beton, Kunststoff od. dgl., bestehen.
Die Zwischenwände 13,14 und 15 sind so im Becken 2 angeordnet, dass einer jeden Zwischen- wand immer eine Zwischenwand einer andern Art folgt, wobei zwischen jeweils zwei Zwischenwän- den 13 und 15 mit nur einer unten bzw. oben liegenden Bohrungsrëihe eine Zwischenwand 14 mit gleichmässig verteilten Bohrungen 17 angeordnet ist. Beim Durchströmen des Abwassers in Strömungs- richtung wird hiebei eine sehr intensive Durchmischung des Abwassers erzielt.
Durch diese Zwischenwände wird das Becken 2 in verschiedene Abschnitte unterteilt, von denen der erste Abschnitt derjenige ist, dem das Abwasser aus dem Pufferbecken 1 über die Verteilerrin- ne 10 zugeleitet wird.
Die Becken 3,4, 5,6 und 7 sind in der gleichen Weise ausgebildet, wie das Becken 2, nur dass jeweils ihre Endwände 22,23, 24 und 25 und die Endwand 26 des Beckens 7 in ihrer Höhe so ge- wählt sind, dass sie Überlaufrinnen bilden, die ein stetiges Überfliessen des durch den Eintrittsquerschnitt der ganzen Anlage einströmenden Abwassers gewährleisten. Das aus dem letzten Becken 7 ausströmende
Wasser ist soweit geklärt, dass in ihm Fische angesiedelt werden können.
Um die Flechtbinse am Boden der Becken 2-7 zu verankern, sind Haltevorrichtungen zum Halten der Rhizome der Flechtbinsen unmittelbar über dem Boden des Beckens vorgesehen. Diese Haltevorrich- tungen können verschieden ausgebildet sein.
Ein solches Haltemittel ist in Fig. 8 dargestellt. Es besteht aus sich über den Beckenboden 8 er- streckenden Fäden 31, die mit Ösen oderSchlingen 32 zum Festhalten der in denZeichnungennicht dargestellten Rhizome versehen sind. Diese Fäden sind an einander gegenüberliegenden Seitenwänden mittels Haken 33 od. dgl.. befestigt. Die Ösen 32 sind dabei so auf den Fäden 31 angeordnet. dass sie in benachbarten Reihen immer gegeneinander versetzt sind, so dass auch die mit diesen Schlingen festgehaltenen Pflanzen auf Lücke angeordnet sind. Als Fäden können hiebei Drähte aus Metall, Kunst- stoff od. dgl. oder geeignete Schnüre vorgesehen sein.
In Fig. 9 ist ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer aus Fäden bestehenden Haltevorrichtung dargestellt. Diese weist einen Rahmen 34 auf, in den ein Netz bildende Fäden 35 eingespannt sind.
Dieser Rahmen 34 kann ebenfalls in in den Seitenwänden vorgesehene Haken eingehängt werden. Bei
Becken mit geneigten Seitenwänden kann aber der Rahmen in einem Abstand über dem Boden unmittel- bar auf den Seitenwänden aufliegen. Damit der ganze Rahmen von den leichten Flechtbinsen nicht hoch- gehoben wird, kann er aus einem Rohr bestehen, das mit einem schweren Stoff, z. B. Sand od. dgl., ge-
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wände 13, 14 und 15 abgeteilten Abschnitt eines Beckens passen. Die Rhizome der Flechtbinse werden nun unterhalb des Netzes 35 in der gewünschten Anordnung angeordnet, so dass dann die Pflanze durch das Netz hindurch hochwächst und vom Netz in ihrer Lage festgehalten wird.
Bei dem in den Fig. 10 und 13 dargestellten Ausführungsbeispiel sind als Haltevorrichtungen im Querschnitt rechteckige Kästen 36 vorgesehen. Jeder Kasten 36 weist einen Boden 37 und zwei senkrechte Seitenwände 38 auf. Nach oben sind die Kästen 36 offen. Die Öffnung ist durch ein dem Netz 35 entsprechendes Netz 39 abgedeckt. DieseKästen können oben mit in denZeichnungennicht dargestellten Griffen zum bequemen Herausheben versehen sein. In diese Kästen werden nun unter das Netz 39 die Rhizome von Flechtbinsen in der gewünschten Anordnung angeordnet, so dass sie dort ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 festgehalten werden. Die Kästen dienen hiebei gleichzeitig als Schlammfänger. Sobald sich die Kästen 36 mit Schlamm gefüllt haben, können sie aus dem Becken herausgehoben und gereinigt werden.
Wie aus Fig. 13 ersichtlich, sind die Kästen mit ihrer Längsachse quer zur Strömungsrichtung angeordnet, um dadurch eine möglichst gleichmässige Ablagerung von Schlamm über die ganze Länge der Kästen zu erreichen.
Bei dem in Fig. 11 dargestellten Ausführungsbeispiel ist als Haltevorrichtung ein dem Kasten 36
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entsprechender Kasten 41 vorgesehen, bei dem an Stelle eines festen Bodens 37 ein Netz 42 vor- gesehen ist. Dieser Kasten 41 hat ausserdem Füsse 43, so dass dadurch ermöglicht wird, dass durch den Kasten auch eine Abwasserströmung stattfinden kann. Es kann unter gegebenen Umständen zweck- mässig sein, auch solche Kästen im Klärbecken anzuordnen.
Wie aus Fig. 13 ersichtlich ist, sind in jedem durch die Zwischenwände 13, 14 und 15 abgetrenn- ten Abschnitt des Beckens mehrere, im dargestellten Ausführungsbeispiel fünf, Kästen nebeneinander an- geordnet. Die Zwischenwände greifen hiebei in den Zwischenraum zwischen zwei benachbarte Kästen benachbarter Abschnitte des Klärbeckens ein. Hiebei ist vorgesehen, dass die Bohrungen 16 der Zwi- schenwände 13 so hoch über der unteren Kante der Zwischenwand angeordnet sind, dass sie sich in einem geringen Abstand über dem oberen Rand der Kästen 36 befinden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel von als Haltevorrichtungen dienenden Kästen ist in den Fig. 12 und
14 dargestellt. Jeder Kasten 44 weist einen sich keilförmig nach oben verjüngenden Querschnitt auf und ist nach oben und unten hin offen. Die obere spaltförmige Öffnung 45 ist durch im Abstand von- einander angeordnete, quer zum Spalt verlaufende Fäden 46 abgedeckt, während die untere Öffnung durch ein Netz 47 abgedeckt ist. Ausserdem sind die Kästen 44 an ihren Enden mit Füssen 48 ver- sehen. Diese Kästen werden nun zwischen den Zwischenwänden 13,14 und 15 mit sich in Strömungs- richtung erstreckender Längsachse angeordnet, wie das aus Fig. 14 ersichtlich ist.
In diese Kästen werden vor dem Einsetzen die Rhizome der Flechtbinse in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet, so dass die Flechtbinse selbst durch den Spalt 45 aus den Kästen 44 nach oben herauswächst. Diese
Kästen haben den Vorteil, dass der Schlamm sich im wesentlichen nicht in den Kästen, sondern zwischen den Seitenwänden 49 absetzt. Dadurch, dass die Kästen 44 sich in der Strömungsrichtung erstrecken und nach oben und unten offen sind, wird dabei erreicht, dass das Abwasser leicht durch die Kästen hin- durchströmen kann. Dieses kann dadurch gefördert werden, dass die Bohrungen am unteren Rand der
Zwischenwände 13 so angeordnet sind, dass sie sich mit dem Innenraum der Kästen decken.
Die ausser- halb der Kästen liegenden Bohrungen werden dann vorteilhafterweise über den Kästen angeordnet, damit sie nicht durch den zwischen den Kästen sich absetzenden Schlamm verstopft werden.
Die Wirkungsweise der Kläranlage besteht darin, dass beim Durchströmen eines jeden Beckens 2 - 7 das Abwasser gründlich durchmischt und gleichmässig den in den Becken eingepflanzten Pflanzen der
Hydrokultur zugeführt werden, wobei diese Pflanzen die im Wasser enthaltenen Fremdstoffe assimilieren und in nutzbare Biomasse umwandeln. Dadurch, dass hiebei die Rhizome und damit die Wurzeln eben- falls vom Abwasser umströmt werden, wird erreicht, dass die Pflanzen ausschliesslich darauf angewiesen sind, die notwendigen Nährstoffe dem Abwasser zu entziehen. Durch die Verankerung der Pflanzen mit- tels der Haltevorrichtungen wird verhindert, dass die Pflanzen einen Schwingrasen bilden.
Durch die Auf- teilung der ganzen Anlage in mehrere, im vorliegenden Fall in sechs Klärbecken, wird erreicht, dass in den einzelnen Klärbecken der Gütestufe des Abwassers angepasste Biotope geschaffen werden, die eine optimale biologische Klärung gewährleisten.
1m Herbst sterben die über dem Wasserspiegel befindlichen Pflanzenteile ab, so dass die Pflanzen in
Höhe des Wasserspiegels abbrechen. Der abgebrochene Teil ist so leicht, dass er auf der Wasseroberfläche schwimmt und leicht vom Ufer aus eingesammelt und einer weiteren Verwertung zugeführt werden kann.
Während des Winters bilden sich neue Triebe, die beim Hochwachsen innerhalb des Wassers ebenfalls die
Verunreinigungen assimilieren, so dass auch in den Wintermonaten eine Klärung des Wassers gewähr- leistet ist.
Bei der oben erwähnten Abwandlung, bei der die Zwischenwände im Boden verankert sind, können in diesen Fassungen für am unteren Rand der Zwischenwände 13,14 und 15 angeordnete Zapfen vorge- sehen sein. Dieses ist besonders bei Becken mit Bitumenwänden von Vorteil.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anlage zum biologischen Klären von Abwässern in Klärbecken mit Hydrokulturen höherer Wasser- pflanzen, die am Boden der Becken verankert sind, dadurch gekennzeichnet, dass Haltevor- richtungen (31,35, 36, 41, 44) zum Halten der Rhizome der Wasserpflanzen unmittelbar über dem Bo- den (8") des Beckens (2-7) vorgesehen sind.