<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft eine Kleinklaranlage zur Abwasserreinigung mit : - mindestens einer Kammer zur Vorklärung des Abwassers, - mindestens einer, mit einem durchströmten, belüfteten Festbett ausgebildeten Kammer zur aeroben biologischen Reinigung des Abwassers, sowie - mindestens einer Kammer zur Nachklärung des Abwassers.
Eine solche Kleinkläranlage ist aus der DE 38 37 852 C2 bekannt. Unterhalb des Festbettes ist eine Belüftungseinrichtung angeordnet, die als Tellerbelüfter (Membranbelüfter) gestaltet ist. Die von der Belüftungseinrichtung abgegebenen Luftblasen durchströmen anschliessend das Festbett von unten nach oben.
Diese Kleinkläranlagen haben sich in den vergangenen Jahren durchgesetzt und die bisher verwendeten Ausfaulgruben verdrängt.
Gleichwohl besteht ein ständiges Bedürfnis, den Wirkungsgrad derartiger Kleinkläranlagen weiter zu verbessern.
Ausgehend von dieser Aufgabe liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass dies dadurch erreicht werden kann, indem anstelle der ausschliesslichen Belüftung des Festbettes ein Zwei- phasen-Gemisch, nämlich ein Luft/Wasser-Gemisch in Form einer stabilen Blasenströmung dem Festbett zugeleitet und durch das Festbett geführt wird. Auf diese Weise lässt sich das Ziel eines vollstandig durchmischten Reaktors tnbesonders vorteilhafter Weise erreichen. Das Festbett kann beispielsweise aus Netzrohren, die zu Blöcken konfektioniert sind oder einer losen Schüttung von Aufwuchskörpern (in einer Aufnahme wie einem Netz oder Korb konfektioniert) bestehen. Die Zweiphasenströmung führt zu einer optimierten Kontaktierung des Abwassers mit dem strukturier- ten Festbett beziehungsweise dem auf der Festbettoberfläche bereits gebildeten biologischen Rasen.
Ausserdem lässt sich die Luft im Rahmen der erfindungsgemässen Blasenströmung feiner dispergieren und damit der Wirkungsgrad verbessern.
In diesem Zusammenhang sieht ein weiteres Merkmal der Erfindung vor, die Blasenströmung in einen unterhalb des Festbettes angeordneten Verteiler zu führen, wobei der Verteiler so ausge- bildet ist, dass das Luft/Wasser-Gemisch - über die Querschnittsfläche des Festbettes betrachtet - gleichmässig dem Festbett zugeführt wird.
Anstelle diskreter einzelner Belüftungseinrichtungen, wie sie im Stand der Technik Anwendung gefunden haben, kann nunmehr eine über den Querschnitt gleichmässige Luft- beziehungsweise Luft/Wasser-Zuführung unter und in das Festbett erfolgen. Auch hierdurch wird die vollständige Durchmischung des Reaktors unterstützt und der biologische Abbauprozess gefördert.
Nach einer Ausführungsform umfasst die Einrichtung eine Mischkammer und eine Pumpe Dabei kann die Pumpe im Abwasser der Festbettkammer angeordnet werden. Dies hat vor allem zwei Vorteile :
Zum einen gibt die Pumpe Wärme an das Abwasser der biologischen Stufe ab, wodurch mikrobielle Umsetzungen gefördert werden. Die Abbauleistung kann dadurch beschleunigt und optimiert werden. Zum anderen wird die von der Pumpe ausgehende Lärmemission deutlich reduziert. Dies ist deshalb wichtig, weil Kleinkläranlagen oft in der Nähe von Wohnhäusern stehen
Der letztgenannte Vorteil wird dadurch verstärkt, wenn die gesamte Einrichtung - mit Ausnah- me des Ansaugteils der Luftzuführleitung - vollständig im Abwasser der Festbettkammer angeord- net wird.
Dadurch wird auch eine Verkürzung der Leitungslängen und eine Reduzierung der Kosten erreicht Nur noch ein Schaltschrank wird ausserhalb der Anlage aufgestellt.
Dabei kann die Einrichtung entweder oberhalb des Festbettes (aber unterhalb des Wasser- spiegels) ebenso wie in einem beispielsweise neben dem Festbett ausgebildeten Freiraum ange- ordnet werden.
Wie ausgeführt soll die Einrichtung so ausgelegt werden, dass eine stabile Blasenströmung erzeugt wird. Eine solche stabile Blasenströmung liegt vor, sofern der volumetrische Gasgehalt s kleiner 0,3 gewählt wird. Der volumetrische Gasgehalt wird durch die Gleichung
EMI1.1
bestimmt, wobei VL und Vw den Volumenanteil der Luft und des Wassers im Zweiphasengemisch beschreiben Dieser Strömungszustand des Luft-Wasser-Gemisches kann auch durch die
<Desc/Clms Page number 2>
Beziehung
EMI2.1
definiert werden, wobei Vw der Volumenstrom des umgewälzten Abwassers in m3/s, Pw bzw. PL die Dichte des Wassers (W) bzw. der Luft (L) in kg/m3 und AR bzw. ALR die Querschnittsfläche des wasserführenden (AR) bzw. luftführenden (ALR) Rohres in m2 beschreiben.
Bezüglich des Verteilers sieht die Erfindung verschiedene alternative Ausführungsformen vor.
Üblicherweise wird zwischen der Einrichtung und dem Verteiler eine Rohrleitung angeordnet, über die die Blasenströmung dem Verteiler zugeführt wird. Dieser kann dann zum Beispiel aus einer schneckenförmig und mäanderförmig verlaufenden Rohrleitung mit Öffnungen bestehen. Läuft die Zuführleitung zum Verteiler beispielsweise mittig, so kann die Rohrleitung dann sich schnecken- förmig erweiternd in nebeneinander verlaufenden "Kreisen" über die gesamte Querschnittsfläche des Festbettes verteilt angeordnet werden. Eine solche Ausführungsform bietet sich insbesondere dann an, wenn die Kammer einen Kreisquerschnitt aufweist.
Eine andere Bauart des Verteilers kann folgenden Aufbau haben : Verteiler besteht aus einem Kasten, in den das Luft-Wasser-Gemisch zugeführt wird. Die obere Abdeckung des Kastens erstreckt sich über die "Grundfläche" des Festbetts und weist eine Vielzahl von Öffnungen auf.
Eine Unterteilung des Kastens in einzelne Kammern zur Regelung der Strömung ist möglich.
Die genannten Verteiler können aus Kunststoff oder (rostfreiem) Metall hergestellt werden und unterliegen - im Gegensatz zu Membranbelüftern - keiner nennenswerten Alterung.
Besitzt die Festbettkammer beispielsweise einen Halbkreis- oder Viertelkreis-Querschnitt, so sieht eine alternative Ausführungsform vor, den Verteiler zunächst mit einer weiteren Verteilungs- leitung auszubilden, die zum Beispiel parallel zu einer geraden Wandfläche verläuft, von der aus dann weitere Stegleitungen senkrecht abstehen, die jeweils eine, der gekrümmten gegenüberlie- genden Wand angepasste Länge aufweisen. Auch in diesem Fall wird es möglich, die Rohr- leitungen gleichmässig verteilt unterhalb des Festbettes so anzuordnen, dass das Zweiphasenge- misch anschliessend über den gesamten Festbett-Querschnitt dem Festbett zugeführt wird.
Eine solche Ausführungsform ist in der nachfolgenden Figurenbeschreibung noch näher dar- gestellt.
Die Öffnungen in den Rohrleitungen sind dimensionsmässig nicht begrenzt Während bei einer reinen Luftzuführung ein wesentliches Merkmal darin besteht, möglichst feine Öffnungen zu haben, um eine feinblasige Zuführung zu erreichen, ist dies aufgrund der erfindungsgemäss eingestellten stabilen Blasenströmung nicht mehr notwendig
Hinsichtlich der Zahl der Öffnungen in der/den Rohrleitungen wurde jedoch festgestellt, dass deren Zahl gemäss folgender Gesetzmässigkeit optimiert werden kann:
EMI2.2
wobei mit z die vom Radius r der Kammer abhängige Zahl der Ausströmöffnungen bezeichnet ist und v - w die von vier benachbarten Bohrungen begrenzte Fläche bezeichnet wird, wie dies nach- stehend anhand der Figurenbeschreibung noch näher zu erkennen ist.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigen -jeweils in schematisierter Darstellung -
Figur 1: eine Festbettkammer einer erfindungsgemässen Kleinkläranlage im Längsschnitt,
Figur 2: eine Auf- und Ansicht eines zugehörigen Luft/Wasser-Verteilers.
In Figur 1 ist eine Festbettkammer einer erfindungsgemässen Kleinkläranlage zu erkennen. Sie
<Desc/Clms Page number 3>
ist Bestandteil einer aus drei Kammern bestehenden Mehrkammergrube nach DIN 4261 Teil 1, wobei die drei, getrennt voneinander angeordneten Kammern, strömungstechnisch verbunden sind.
In Figur 1 ist ein Zulauf 12 zur Festbettkammer 10 zu erkennen, der in einer Vorklärkammer behandeltes Abwasser zuführt. Am gegenüberliegenden Ende der Kammer 10 befindet sich ein Überlaufkasten 14 mit einem Ablaufrohr 16. Über das Ablaufrohr 16 wird das in der Kammer 10 biologisch gereinigte Abwasser in eine Nachklärkammer geleitet. Alles dies ist einschliesslich der äusseren Form der Kammer 10 (mit einem Dombereich 18) bekannt und wird hier nicht näher erläu- tert.
Zu erkennen ist, dass die Kammer 10 bis zum Niveau 20 mit Abwasser gefüllt ist und im Abwasser ein in allen Richtungen des Koordinatensystems vollständig durchströmbarer Festbett- körper 22 einliegt, der hier aus netzartig gestalteten und miteinander verbundenen Rohren besteht, die sich in Hinblick auf eine möglichst grosse Oberfläche zur Ausbildung des sogenannten biologi- schen Rasens als vorteilhaft erwiesen haben. Ebenso könnte das Festbett aber auch eine andere geometrische Form aufweisen. Entscheidend ist die ungehinderte Durchströmbarkeit des Fest- bettes in allen Richtungen.
Oberhalb des Wasserniveaus 20 ist eine Mischkammer 24 angeordnet. In die Mischkammer 24 mündet eine Abwasserleitung 26, die an ihrem freien Ende eine Tauchpumpe 28 aufweist, die im Abwasser liegt. Ferner mündet in die Mischkammer 24 eine Luftleitung 30, die durch den Dombe- reich geführt ist und von aussen Luft ansaugt und in den über die Tauchpumpe 28 geförderten Wasserstrom injiziert.
Auf diese Weise lässt sich in der Mischkammer 24 ein Zweiphasengemisch (Luft/Wasser) aus- bilden, wobei die Rohrquerschnitte und Fördergeschwindigkeit so ausgelegt sind, dass der volume- trische Gasgehalt gemass der eingangs genannten Formel 0,15 beträgt, um eine stabile Blasen- strömung auszubilden, die dann über eine Rohrleitung 32 durch das Festbett 22 hindurch zu einem Verteiler 34 geführt wird, der unterhalb des Festbettes 22 angeordnet ist und dessen konstruktive Gestaltung Figur 2 zeigt.
Die Rohrleitung 32 mündet dabei zunächst in einen Adapter 36, der selbst mittig in eine senk- recht zum Adapter 36 verlaufende Rohrkammer 38 mündet, die einen Rohrquerschnitt Q aufweist.
Wie die Ansicht A - B zeigt, verlaufen senkrecht zur Rohrkammer 38 beidseitig (in Figur 2 nur eine Seite dargestellt) Verteilerleitungen 40 mit einer Vielzahl von Öffnungen 42 in Richtung auf das Festbett 22.
Während der Abstand der Öffnungen 42 der Verteilerleitungen 40 mit "v" angegeben ist, ist der Abstand benachbarter Öffnungen 42 benachbarter Verteilerleitungen 40 mit "w" angegeben und der Durchmesser der Öffnungen mit "dv".
Auf diese Weise lässt sich ein optimierter Wert für die Anzahl der Öffnungen 42 nach der Formel
EMI3.1
errechnen, wobei in dieser Gleichung mit z die vom Radius r der Reaktorkammer 10 abhängige Zahl der Ausströmbohrungen (Öffnungen 42) bezeichnet wird und "v ' w" die von vier benachbarten Bohrungen begrenzte Fläche angibt.
Die Zahl der Öffnungen und entsprechend der Grössen v und w werden abhängig von der konstruktiven Ausführung der Kammer 10 und deren Einbauten 22 von den Betriebsparametern (erforderlicher Sauerstoffbedarf, Umwälzströmung, Abwasserbelastung etc.) sowie abhängig von den stofflichen Einflussgrössen (Dichte, Viskosität, Oberflächenspannung) von Luft und Wasser im weiteren festgelegt, um eine optimale Verteilung des Zweiphasengemisches über den gesamten Querschnitt und das gesamte Volumen des Festbettes 22 zu erreichen.
In diesem Zusammenhang zeigt Figur 2, dass die Verteilerleitungen 40 von der Rohrkammer 38 sich jeweils bis zum korrespondierenden Abschnitt der Innenwand der Kammer 10 erstrecken, so dass sich insgesamt eine gleichmässige Verteilung des Luft/Wasser-Gemisches über die statistisch verteilten Öffnungen 42 ergibt und das Festbett 22, welches zum Beispiel wandseitig befestigt ist, durchströmt werden kann.