AT392262B

AT392262B - Klaerfilter sowie damit gebildete biologische klaeranlage

Info

Publication number: AT392262B
Application number: AT2220/88A
Authority: AT
Inventors: Rudolf Ing Winkler
Original assignee: Oman Dieter
Priority date: 1988-09-09
Filing date: 1988-09-09
Publication date: 1991-02-25
Also published as: ATA222088A

Description

AT 392 262 B

Die Erfindung betrifft ein Klärfilter für eine biologische Kläranlage, bestehend aus einem oben offenen, mit Bakteriensubstrat gefüllten Behälter, der durch jeweils eine auf dem Behälterboden aufruhende, unter dem oberen Rand der Behälterwandung endende Trennwand in Kammern unterteilt ist und in jeder Kammer eine unter im Abstand vom Boden und oben etwa in Höhe des Randes der Behälterwandung endende vertikale Umlenkwand angeordnet ist und mit biologisch spezifischen Pflanzen besetzt ist, sowie eine biologische Kläranlage unter Verwendung eines oder mehrerer hintereinandergeschalteter Klärfilter.

Es sind zahlreiche biologische Kläranlagen bekannt, bei welchen als Bakteriensubstrat Kunststoffschnitzel eingesetzt werden. Aus der US-A 4002566 ist ein Wasserreinigungssystem u. a. in Verbindung mit einem Aquarium oder Swimming Pool beschrieben; hierbei wird zum einen auf biologischer Basis mittels Einsatzes von anorganischen, porösen Bakteriensubstraten eine Klärung des Wassers im Aquarium selbst und zum andern durch Weiterleiten des Wassers unter Lufteintragung in dasselbe aus dem Aquarium in einen mit Steinen und grobkörnigem Filtermaterial gefüllten Behälter eine mechanische Filterung des Wassers, das wieder ins Aquarium rückgeleitet wird, durchgefühlt.

Aus der DD-PS 233811 ist eine Vorrichtung zur biologischen Vorreinigung belasteter Oberflächenwässer bekannt, bei welcher ein vertikal durchströmter Reaktor aus einem Fallschenkel und einem Steigschenkel besteht. Hiebei ist in einen runden Behälter ein Zylinder als Steigschenkel zentrisch eingebaut, der nicht bis zum Boden des äußeren Zylinders reicht. Im unteren Bereich des Behälters ist eine Suspension anaerober, im mittleren Bereich eine Suspension aerober und im oberen Bereich eine Suspension autotropher Mirkoorganismen vorhanden.

Die AT-PS 380 863 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur biologischen anaeroben Denitrifikation von Aquariumwasser. In einem mit lotrechten Trennwänden versehenen Behälter, welche diesen in Kammern unterteilen, wodurch ein schleifenförmiger Strömungskanal gebildet ist, wird zu denitrifizierendes, sauerstoffhaltiges Wasser über eine weitgehend unter Luftsauerstoffabschluß stehende Einwirkstrecke geführt, welche den im Wasser gelösten Sauerstoff verbraucht. Diese lange Einwirkstrecke dient also der Schaffung anaerober Verhältnisse.

Die DE-OS 34 23 226 offenbart eine Anlage zur biologischen Reinigung von Abwasser, bestehend aus hintereinander angeordneten Filterbecken, die mit ein starkes Wuizelwerk aufweisenden Pflanzen besetzt sind, wobei die Becken vertikal oder horizontal von Abwasser durchströmt sind. Sämtliche bekannten Vorrichtungen und Systeme weisen jedoch gewisse Nachteile auf, weil sie einerseits mit nicht dauerhaft zufriedenstellend funktionierenden Bakteriensubstraten arbeiten und anderseits nicht für eine ausreichende und möglichst umfassende Klärung von mit die verschiedensten Belastungsstoffe enthaltenden Wässern, vor allem auch in größerem Maßstab, geeignet sind. Außerdem gewährleistet keine dieser Vorrichtungen einen kontinuierlichen Betrieb, wenn einzelne Elemente oder Teile der Klärvorrichtungen und -Systeme ausgetauscht bzw. erneuert werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Kläranlage und auch von Klärfiltern, die die geschilderten Nachteile nicht aufweisen und eine Wasserklärung im kontinuierlichen Betrieb auf weitestgehend biologischer Basis unter Einsatz vorwiegend natürlicher Materialien und in einem überwiegend aeroben Prozeß gewährleisten.

Die Erfindung besteht demnach darin, daß das Bakteriensubstrat von einem faser- oder mattenähnlichen Material überdeckt ist, auf welchem eine basische Pufferschicht angeordnet ist. Das faser- oder mattenähnliche Material besteht aus anorganischen, vorzugsweise an organischem Bindemittel armen, Faservliesen oder -gespinsten oder aus natürlichen organischen, gegebenenfalls aus Fasern gebildeten Vliesen, Geweben, Gespinsten oder Matten. Vorzugsweise wird ein aus anorganischen Fasern, Glas- oder Gesteinsfasem gebildetes Vlies bzw. Glas-, Schlacken-, Mineral- oder Steinwolle als Trennschicht zwischen Bakteriensubstrat und oberster Schicht aus anorganischem, teilchenförmigem Material eingesetzt, wobei diese zusammenhängende Trennschicht vor allem ein Durchmischen der Materialteilchen der darüber- und der darunterliegenden Schicht verhindern soll.

Diese Trennschicht kann aber beispielsweise auch aus Kokos- oder Jutefasem oder Korkmatten gebildet sein.

Die auf dem fasern- oder mattenähnlichen Material angeordnete Pufferschicht besteht aus teilchenförmigem, carbonatischem Gesteinsmaterial in Form von Sand oder Kies.

Hiefür kann vorteilhafterweise kalkhaltiges oder dolomitisches Gesteinsmaterial zur Pufferung des zu klärenden Wassers eingesetzt werden, um den pH-Wert des zur Versäuerung neigenden Wassers in Richtung Neutralpunkt zu bringen.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist es , daß die Trenn- und Umlenkwände im Behälter auswechselbar angeordnet sind.

Der besondere Vorteil eines derartigen Klärfilters liegt darin, daß das zu klärende Wasser zwangsweise in sehr intensivem Kontakt mit dem Bakteriensubstrat und damit auch mit den Bakterien durch den Klärfilter geführt wird, wobei der Klärbetrieb auch dann aufrechterhalten bleibt, wenn der Inhalt einer der mindestens zwei Kammern entleert und ausgetauscht wird. Zudem gewährleistet der spezielle Aufbau der Klärfilterfüllung in Kombination mit der Bepflanzung durch ganz bestimmte Makrofiora eine äußerst zufriedenstellende Klärung von Wasser.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist es, daß der Behälter ein mit einem dichten Boden versehener Betonring ist und daß die Innenwandung des Klärfilters mit vertikal verlaufenden Nuten zur Einführung der Trenn- und Umlenkwände versehen ist -2-

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Der besondere Vorteil liegt dabei in dem äußerst einfach zu handhabenden und auch den Austausch einzelner Kammern gewährleistenden Aufbau des Klärfilterbehälters, wobei speziell die Trenn- und Umlenkwände leicht einsetzbar und entfembar sind.

Die Erfindung besteht ferner darin, daß in jeder Kammer zwischen dem Boden und dem unteren Ende der Umlenkwand quer zu dieser mindestens ein sich horizontal erstreckendes, vorzugsweise aus porösem Tonmaterial bestehendes Rohrstück angeordnet ist. Dadurch ist gewährleistet, daß das das Bakteriensubstrat nach und nach durchwachsende Wurzelwerk der Bepflanzung ein Durchströmen des zu klärenden Wassers durch das Bakteriensubstrat nicht allzu sehr behindert, sondern vielmehr über einen langen Zeitraum ein relativ ungehinderter Strömungsquerschnitt freigehalten wind.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besieht das Bakteriensubstrat aus unterhalb 800 °C gebranntem Tongranulat, das zur Wärmedämmung gegebenenfalls mit bei 1200 °C gebranntem Blähton vermischt ist. Ein solches Bakteriensubstrat eignet sich ganz besonders gut für den Einsatz zur biologischen Klärung von Wasser, wobei Grundvoraussetzung ist, daß die eingesetzten Tonkügelchen hochporös sind und offene, an die Oberfläche reichende Poren besitzen.

Gegebenenfalls können aber auch andere Substrate, wie inerte Katalysatorträger eingesetzt werden. Um auch bei kühlen Außenbedingungen eine ausreichende Bakterienaktivität zu erhalten, kann das Bakteriensubstrat zur Wärmedämmung mit Blähton mit gesinterter Oberfläche und damit geschlossenen Poren versetzt werden.

Die Erfindung besteht ferner darin, daß die Klärfilter aus vorzugsweise drei Kammern aufgebaut und jeweils mit unterschiedlichen, biologisch spezifischen Pflanzen bestückt sind. Durch diese Ausgestaltung ist eine spezifische und umfassende biologische Klärung des Wassers erreichbar, wobei die Art der Bepflanzung abhängig von der Art der wasserbelastenden Stoffe ausgewählt wird.

Die Bepflanzung der Klärfilter erfolgt insbesondere mit Schilf, Binsen und/oder Iris. Dem zu klärenden Wasser werden durch die Bepflanzung Nährstoffe entzogen, wobei z. B. Schilf für den Abbau organischer KohlenstoffVerbindungen, wie Kohlehydrate, und Binsen für den Abbau von Eiweißstoffen verantwordich sind. Es gibt aber noch eine ganze Reihe anderer zu Zwecken der biologischen Reinigung von Wasser geeigneter Pflanzen, beispielsweise Tannenwedel, Seekanne, Pfeilkraut, Brennessel u. dgl.

Die Pflanzenauswahl ist vor allem stark von der Art der Belastungsstoffe des Wassers abhängig. Um andere wasserbelastende, auch für das Pflanzenwachstum schädliche Stoffe möglichst frühzeitig aus dem vom Becken abgezogenen zu klärenden Wasser zu entfernen, ist dem (den) Klärfilter(n) eine Schlammsammelstufe vorgeschaltet, wobei diese auch mit einem Einsatz für Kohle oder ähnlichem Filtermaterial, einem Öl- und/oder Benzinabscheider ausgestattet sein kann. Gegebenenfalls kann aber auch in das Becken vorgefiltertes Wasser eingeleitet werden.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine biologische Kläranlage mit einem oder mehreren hintereinandergeschalteten erfindungsgemäßen Klärfiltern, von welchen ein jedes aus einem oben offenen, mit Bakteriensubstrat gefüllten Behälter besteht, der durch jeweils eine auf dem Behälterboden aufruhende, unter dem oberen Rand der Behälterwandung endende Trennwand in Kammern unterteilt ist und in jeder Kammer eine unten im Abstand von Boden und oben etwa in Höhe des Randes der Behälterwandung endende vertikale Umlenkwand angeordnet ist und mit biologisch spezifischen Pflanzen besetzt ist, wobei den Klärfiltern eine Schlammsammelstufe vorgeschaltet ist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Bakteriensubstrat von einem faser- oder mattenähnlichen Material überdeckt ist, auf welchem eine basische Puffeischicht angeordnet ist.

Ein anderes Merkmal der Erfindung ist es, daß die Klärfilter kaskadenförmig aneinander gereiht sind und daß die einzelnen Klärfilter über Rinnen mit halbkreisförmigem Innenquerschnitt verbunden sind. Der Vorteil dieser Maßnahme ergibt sich einerseits aus der äußersten energiesparenden Weiterleitung des zu klärenden Wassers und anderseits aus der dadurch ermöglichten Eintragung von Luft in das Wasser, das zugleich auch der Erwärmung durch Sonneneinstrahlung zugänglich ist. Dadurch wird auch das Pflanzenwachstum begünstigt.

Erfindungsgemäß ist die biologische Kläranlage in einem geschlossenen Kreislauf mit dem das zu klärende Wasser enthaltenden Becken angeordnet.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispieles unter Zuhilfenahme der angeschlossenen Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen, an einen Swimming-Pool angeschlossenen Kläranlage, Fig. 2 als Detail der erfindungsgemäßen biologischen Kläranlage zwei in Verbindung stehende Klärfilter mit einem Detailschnitt gemäß (Π-ΙΙ), Fig. 3 die zwei Klärfilter gemäß Fig. 2 in Draufsicht mit einer Schnittdarstellung gemäß (ΠΙ-ΠΙ).

Fig. 1 zeigt ein in einem vorzugsweise ein Biotop bildenden Teich angeordnetes, als Swimming-Pool ausgebildetes Becken (1), dessen überlaufendes Wasser bzw. am Boden abgeführtes Wasser über einen Schacht zu einer Pumpe (2) und mittels dieser durch eine Leitung (3) zum Reinigen bzw. Klären in einen Vorfilter (4) und dann durch drei biologische Klärfilter (5,6,7) geleitet wird. Vom letzten Filter wird das geklärte Wasser in einer Leitung (8) oder einem ähnlichen Gerinne zurück in das Becken (1) geführt.

Der Vorfilter (4) ist vorteilhafterweise mit einem Schlammfang und einem Einsatz für Kohle oder sonstige Filter ausgestattet. Vorliegendenfalls ist der erste biologische Klärfilter (5) mit Schilf, der zweite Klärfilter (6) mit Binsen und der dritte Klärfilter (7) mit Iris (Sumpfschwertlilie) bepflanzt Vom Vorfilter (4) gelangt das weiter zu klärende Wasser über eine Leitung (9) in den ersten biologischen Klärfilter (5). Die Klärfilter (5,6,

Claims

AT 392 262 B 7) sind kaskadenförmig angeordnet, wobei die Überläufe (10,11) zwischen den benachbarten Klärfiltern (5,6 bzw. 6, 7) als Halbschalen ausgebildet und so angeordnet sind, daß das Wasser in freiem Fall unter Luftanreicherung in den nächsten Klärfilter gelangt. Die Klärfilter (5,6,7) sind ebenso wie der Vorfilter (4) fast zur Gänze in den Erdboden eingelassen. Gemäß Fig. 2 wird das zu klärende Wasser über einen Einlauf (12) einem biologischen Klärfilter zugeführt. Dieser besteht aus einem oben offenen Behälter (13), der von einem Betonrohr (14) mit dichtem Boden (15) gebildet ist. Der Behälter (13) ist in drei Kammern (16,17,18) mittels auf dem Boden (15) aufiruhender vertikaler Trennwände (19,20) unterteilt, die unterhalb des Wasserspiegels enden. Von oben her ragt in jede Kammer (16,17,18) eine vertikal angeordnete Umlenkwand (21, 22,23) hinein, deren oberes Ende jeweils auf gleicher Höhe mit dem Rand der Zylinderwand des Behälters (13) liegt und deren unteres Ende einen Abstand zum Boden (15) des Behälters (13) aufweist. Jede Kammer (16, 17, 18) ist zumindest zu 2/3 der Behälterhöhe mit einem aus 800 °C gebrannten, offenporigen Tongranulat bestehenden Bakteriensubstrat (24) verfällt, das von einem aus Mineralwolle gebildeten zusammenhängenden mattenähnlichen Material (25) abgedeckt ist. Über dieser ist schließlich eine Pufferschicht (26) aus Kalksteinkies bzw. -riesel angeordnet. Der Klärfilterbehälter (13) ist schließlich mit Pflanzen (27), vorliegendenfalls Schilf, bestückt. Unterhalb der Umlenkwände (21,22,23) sind mehrere, quer zu diesen angeordnete, sich horizontal erstreckende Tonrohre (28) im Bakteriensubstrat (24) eingebettet Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind an der Innenseite der Behälterwand (14) Aussparungen bzw. Nuten (29) vorgesehen, mittels welcher die Trennwände bzw. Umlenkwände leicht herausziehbar bzw. einsetzbar sind. Durch diese besondere Anordnung von Umlenk- und Trennwänden wird jeweils eine zwangsweise Umlenkung des Wasserdurchflusses durch den Klärfilter und damit eine sehr intensive Kontaktierung des zu klärenden Wassers mit den Bakterien erreicht, wobei die jeweils unter den Umlenkwänden (21, 22, 23) angeordneten Tonrohre (28) zur Hohlraumbildung und der Verhinderung einer zu schnellen Durchwurzelung des Filterraumes beitragen und so den Wasserdurchfluß über lange Zeit garantieren. Muß nun eine Kammer des Klärfilters ausgetauscht werden, weil beispielsweise ansonsten die Gefahr einer zu starken Durchwurzelung bestünde, so kann zu diesem Zweck die in eine Kammer ragende Umlenkwand herausgezogen und die Kammer dann ausgeräumt werden; die beiden anderen Kammern des Klärfilters arbeiten indessen ungestört weiter, so daß ein einwandfreier Klärbetrieb aufrechterhalten bleibt. Von dem in Fig. 2 gezeigten biologischen Klärfilterbehälter (13) wird das Wasser über einen als Rinne mit halbkreisförmigem Innenquerschnitt ausgebildetem Auslauf (30) in den anschließenden Klärfilterbehälter (31) geleitet, wobei zur Verhinderung des Abschwemmens von Filtersubstrat dem Auslauf (30) ein Gitta: (32) vorgeschaltet ist. Der zweite Klärfilter ist im Prinzip gleich aufgebaut wie der erste Klärfilter. Der Klärfilterbehälter (31) ist jedoch durch Anordnung nur einer Trennwand (33) in zwei Kammern (34, 35) unterteilt, in welche jeweils ganz analog wie beim vorgeschalteten Klärfilterbecken (13) eine Umlenkwand (36, 37) von oben her hineinragt. Der sonstige Aufbau der beiden Klärfilter ist ident, sie sind lediglich mit einer anderen Art Pflanzen bestückt. Die Reihenfolge der Anordnung unterschiedlich bepflanzter Klärfilter ergibt sich aus Art und Zusammensetzung der das Wasser verschmutzenden bzw. belastenden Stoffe und wird im Regelfall nach Analyse des zu klärenden Wassers festgelegt. Die im vorliegenden Ausführungsbeispiel in Verbindung mit einem Swimming-Pool beschriebene biologische Kläranlage ist in ihrem Gesamtaufbau sehr einfach, relativ leicht und kostengünstig herstellbar. Sie kann aber auch äußerst energiesparend betrieben werden und bietet zudem den großen Vorteil, daß sie in ihrer Gesamtanordnung stark variierbar und leicht den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend anpaßbar ist, wobei garten-und landschaftsgestaltende Aspekte sowohl hinsichtlich Aussehen als auch Umwelterfordemissen volle Berücksichtigung finden können. Zudem besteht der große Vorteil der erfindungsgemäßen biologischen Kläranlage auch darin, daß sie ohne weiters zur Klärung bzw. Reinigung von Brauchwässern, vielen Abwässern, so u. a. auch Straßen- und Autobahnabwässem, eingesetzt werden kann. In diesen Fällen muß dann abhängig von der Belastung und Verschmutzung des zu klärenden Wassers vor allem der Vorfilter entsprechend ausgebaut und z. B. durch Anordnung von Schlamm-, Öl-, Benzinabscheidem erweitert weiden. PATENTANSPRÜCHE 1. Klärfilter für eine biologische Kläranlage, bestehend aus einem oben offenen, mit Bakteriensubstrat gefüllten Behälter, der durch jeweils eine auf dem Behälterboden auf ruhende, unter dem oberen Rand der Behälterwandung endende Trennwand in Kammern unterteilt ist und in jeder Kammer eine unten im Abstand vom Boden und oben etwa in Höhe des Randes der Behälterwandung endende vertikale Umlenkwand angeordnet ist und mit biologisch -4- AT 392 262 B spezifischen Pflanzen besetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bakteriensubstrat (24) von einem faser-oder mattenähnlichen Material (25) überdeckt ist, auf welchem eine basische Pufferschicht (26) angeordnet ist
2. Klärfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenn- und Umlenkwände im Behälter (13) auswechselbar angeordnet sind.
3. Klärfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter ein mit einem dichten Boden (15) versehener Betonring (14) ist
4. Klärfilter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung (14) des Klärfilters mit vertikal verlaufenden Nuten (29) zur Einführung der Trenn- (19, 20) und Umlenkwände (21, 22, 23) versehen ist.
5. Klärfilter nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Kammer (16,17, 18) zwischen dem Boden und dem unteren Ende der Umlenkwand quer zu dieser mindestens ein sich horizontal erstreckendes, vorzugsweise aus porösem Tonmaterial bestehendes Rohrstück (28) angeordnet ist
6. Klärfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bakteriensubstrat (24) aus unterhalb 800 °C gebranntem Tongranulat besteht, das zur Wärmedämmung gegebenenfalls mit bei 1200 °C gebranntem Blähton vermischt ist.
7. Klärfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Klärfilter aus vorzugsweise drei Kammern (5, 6, 7) aufgebaut ist.
8. Biologische Kläranlage mit einem oder mehreren hintereinander geschalteten Klärfiltern nach einem der Ansprüche 1 bis 7, von welchen ein jedes aus einem oben offenen, mit Bakteriensubstrat gefüllten Behälter besteht, der durch jeweils eine auf dem Behälterboden aufruhende, unter dem oberen Rand der Behälterwandung endende Trennwand in Kammern unterteilt ist und in jeder Kammer eine unten im Abstand vom Boden und oben etwa in Höhe des Randes der Behälterwandung endende vertikale Umlenkwand angeordnet ist und mit biologisch spezifischen Pflanzen besetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bakteriensubstrat (24) von einem faser-oder mattenähnlichen Material (25) überdeckt ist, auf welchem eine basische Pufferschicht (26) angeordnet ist.
9. Biologische Klärfilter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Klärfilter (5, 6, 7) kaskadenförmig aneinandergereiht sind.
10. Biologische Kläranlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem geschlossenen Kreislauf mit dem das zu klärende Wasser enthaltenden Becken angeordnet ist.
11. Biologische Kläranlage nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Klärfilter über Rinnen (30) mit halbkreisförmigem Innenquerschnitt verbunden sind. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -5-