Patentanmeldung - Beschreibung:
Titel: Tropfkörperanlage
Die Erfindung bezieht sich auf eine Tropfkörperanlage zur biologischen Reinigung von Flüssigkeiten. Stand der Technik:
Um in Tropfkörperanlagen eine optimale biologische Reinigungsleistung zu erreichen ist eine möglichst hohe Dichte des biologischen Rasens (=spezifische Oberfläche in m2 Aufwuchsfläche pro m3 Rauminhalt des Tropfkörperelementes), eine möglichst lange Aufenthaltsdauer auf diesem Rasen und eine optimale Sauerstoffversorgung anzustreben. Um eine lange Lebensdauer des Tropfkörperelementes und damit einen geringen Wartungsaufwand zu gewährleisten, ist auf eine gute Selbstreinigung des Aufwuchsmaterials zu achten, damit die Tropfkörperelemente nicht zu rasch verstopfen und aufwändige Reinigungsverfahren vermieden werden.
Als letzten Bereich hat eine Tropfkörperanlage eine Nachklärung aufzuweisen, in der sich die abgeschwemmten Mikroorganismen (= Effekt der Selbstreinigung wie z.B. Belebtschlammflocken, biologischer Rasen) absetzen können und damit vom Ablauf ferngehalten werden. Aufgrund dieser technischen Erfordernisse gibt es in den einschlägigen Normen (z.B. ÖNORM B 2502-1) Vorschriften für diese Parameter z.B. für die Menge des biologischen Rasens über die Angabe von Mindestaufwuchsflächen (m2) pro Belastungseinheit, für die Aufenthaltsdauer über die Vorschreibung von Bautiefen bzw. Rezirkulationsmengen
(Rücklaufverhältnis) und für die Selbstreinigung über die Vorschreibung einer zulässigen maximalen spezifischen Oberfläche (= m2 Aufwuchsfläche pro m3 Rauminhalt des Tropfkörperelementes).
Diese Normvorgaben bedingen folgende Nachteile: grosse Bautiefen (damit hohe Baukosten) oder hohe Rezirkulationsmengen (Nachteil: Stromkosten und technischer
Aufwand) sowie grosse Volumina (maximale Raumdichte) für die Tropfkörperelemente, wie auch grosse Nachkiäreinheiten zum Absetzen des abgeschwemmten biologischen Rasens (Belebtschlammes). Weiters ist die potentiell in diesem Verfahren steckende Reinigungsleistung, vor allem bei den bekannten Ausführungsvarianten für Kleinkläranlagen, nicht optimal genutzt. Dies liegt vor allem an der, bei herkömmlichen
Anlagen, kurzen Aufenthaltsdauer der zu reinigenden Flüssigkeit im biologischen Rasen.
Dies wiederum liegt einerseits in der vorgeschriebenen max. spezifischen Oberfläche (d.h. höhere Aufwuchsdichten und damit langsamere Durchströmung sind aufgrund der Erfordernisse der Selbstreinigung und Sauerstoffversorgung nicht möglich), sowie in der vorwiegend vertikalen, und damit raschen Durchströmung Tropfkörperelemente begründet.
Wie schon oben erwähnt sind diese Vorgaben in der Norm bei herkömmlich konstruierten Anlagen durchaus sinnvoll und erforderlich, um einen wartungsfreundlichen Betrieb zu gewährleisten, denn eine geringere Fliessgeschwindigkeit oder wesentlich erhöhte spezifische Oberfläche würde bei herkömmlicher Konstruktion rasch zu Verstopfungen und geringerer Leistung führen.
Aufgabe der Erfindung:
Die Aufgabe der Erfindung ist es somit eine Tropfkörperanlage zu konstruieren, die eine höhere spezifische Oberfläche ermöglicht, sowie eine möglichst lange Aufenthaltsdauer der zu reinigenden Flüssigkeit auf dem biologischen Rasen gewährleistet und trotzdem eine optimale Sauerstoffversorgung ermöglicht werden.
Zusätzlich sollte eine möglichst geringe Bautiefe erzielt werden (Baukosten), sowie erreicht werden, dass die Anlage ohne Rezirkulat[infinity]nspumpen auskommen (Stromkosten, technischer Aufwand), und auch ein möglichst geringer Abtrieb von biologischem Rasen stattfindet, damit eine kleinere bzw. effektivere Nachklärung, die im Optimalfall ohne Überschussschlammpumpe auskommt ermöglicht wird. Als wesentliche Voraussetzung muss trotzdem eine einfache Reinigung im Sinne einer wartungsfreundlichen Anlage gewährleistet sein, sowie eine optimale Sauerstoffversorgung der Mikroorganismen auf dem biologischen Rasen
Seite: 1 von 6 . .
garantiert werden.
Wenn eine Erfindung diese Parameter erzielt, stellt sie eine wesentliche Verbesserung zum aktuellen Stand der Technik dar.
Lösung der gestellten Aufgabe
Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass die Tropfkörperelemente in vertikalen Bahnen oder Paketen angeordnet werden, wobei diese Bahnen oder Pakete voneinander einen horizontalen Abstand von mehr als 0,5 cm aufweisen. Diese Tropfkörperelemente (Pakete oder Bahnen) bestehen entweder aus herkömmlichem Aufwuchsmaterial höherer spezifischer Oberfläche, aus vertikal übereinander angeordneten, horizontalen Ebenen von Aufwuchsflächen, wie z.B. Tassen, die vorwiegend horizontal durchströmt werden, oder aus vertikalen Bahnen die z.B. aus Textilien, Netzen, Bändern oder
Schnüren bestehen.
Effekte der Erfindung und Unteransprüche:
Da die Tropfkörperelemente in vertikal angeordneten Bahnen oder Paketen (4) bzw. (21) bzw.
(33) mit einem ausreichenden Abstand (5) bzw. (35) zueinander, nebeneinander situiert werden, kann eine höhere spezifische Oberfläche der Tropfkörperelemente (18) bzw. (1) bzw. (34) erzielt werden, da einerseits die Reinigung der Elemente sehr einfach mittels eines Sprühbalkens (horizontaler Teil eines t-formiges Rohres mit seitlichen Spritzwasseröffnungen, das einfach an eine Wasserleitung - Gartenschlauch - oder Hochdruckreiniger angeschlossen werden kann) in diesem Zwischenraum (5) bzw. (35) zwischen den Paketen oder Bahnen (4) bzw. (21) bzw. (33) erfolgen kann und andererseits die Sauerstoffversorgung über diese Zwischenräume (5) bzw. (35), die als "Kamine" belüftend wirken, im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen wesentlich besser gegeben ist. Die gewählte Breite oder Dicke der Pakete ist vom verwendeten Tropf körpermaterial abhängig und variiert stark.
Entscheidend ist, dass die Sauerstoffversorgung über die gesamte Tropfkörperpaketbreite ausreichend gegeben ist und die Reinigung problemlos möglich bleibt.
Lösungsvariante 1 nach Anspruch 1 ist in der Zeichnung Fig. 1 dargestellt. Sie zeigt eine Anlage mit herkömmlichem Tropfkörpermaterial in erfindungsgemässer Anordnung. Das Tropfkörpermaterial wird auch hier vorwiegend vertikal durchströmt. Es kann jedoch aufgrund der guten seitlichen Durchlüftung und damit Sauerstoffzufuhr, die über eine luftund wasserdurchlässige seitliche Begrenzung (16), z.B. Netze, Lochplatten, Gitterroste, etc. gewährleistet wird, über den Abstand (5) und der in diesem Zwischenraum möglichen Reinigung mittels Sprühbalken, ein Tropfkörpermaterial mit wesentlich höherer spezifischer Oberfläche verwendet werden.
Dadurch erhöht sich nicht nur die effektive Oberfläche sondern es verringert sich auch die Durchströmungsgeschwindigkeit, was zu einer längeren Aufenthaltsdauer und einer geringeren Bautiefe führt. Diese Effekte zusammengenommen führen zu einer höheren Aufenthaltszeit sowie geringeren Schlammbelastung und damit zu einer besseren Reinigungsleistung. Die Verteilung der zu reinigenden Flüssigkeit erfolgt über ein Rohrsystem (7) mit unterseitigen Austrittsöffnungen.
Für alle Ausführungsvarianten (nach Ansprüchen 1 , 4 und 10) gilt: Alle Varianten der Tropfkörperelemente werden intervallartig beschickt. Die Beschickungsmenge pro Beschickungsintervall richtet sich nach der zu reinigenden Flüssigkeit sollte jedoch so gering wie möglich sein. Die Beschickung erfolgt aus einer herkömmlichen Vorklärung wie etwa einer 3-Kammergrube.
Diese kann in freiem Gefälle erfolgen oder auch über eine Pumpe. Die Intervallbeschickung wird durch einen Kippkübel, Pumpe oder Kipprohr realisiert bzw. durch jede andere Konstruktion, die eine intervallartige Beschickung ermöglicht. Der Ablauf aus den Tropfkörperelementen strömt durch die Öffnung (17) bzw. (6) in die Nachklärung (10) in der sich eventuell abgelöster biologischer Rasen absetzen kann. Der Ablauf erfolgt durch das Ablaufrohr 8 in entsprechendem Abstand vom Boden, eventuell mit einem Tauchbogen oder einer Tauchwand, damit kein Belebtschlamm und Schwimmschlamm abgetrieben wird. Die Pumpe 13 fördert bei starker Schlammproduktion den, eventuell sich in der Nachklärung absetzenden biologischen Rasen (Belebtschlamm) zurück in die erste Vorklärkammer oder einen externen Schlammspeicher.
Auch eine Rezirkulation des gereinigten Wassers über die
Seite: 2 von 6 Tropfkörperelemente ist denkbar, um noch höhere Reinigungswerte zu erzielen. Grundsätzlich ist jedoch der Betrieb ohne Rezirkulation über die Tropfkörperelemente vorgesehen. Dies wird durch die höhere spezifische Oberfläche und zusätzlich längere Aufenthaltsdauer ermöglicht.
Lösungsvariante 2 nach Anspruch 4: Um eine möglichst geringe Bautiefe zu erreichen und die Strömungsgeschwindigkeit so gering wie möglich zu halten, und damit die Aufenthaltsdauer zu maximieren, ist es ziel führend, die in herkömmlichen Tropfkörperelementen vorherrschende vertikale Strömungsrichtung durch eine vorwiegend horizontale Strömungsrichtung, und damit eine wesentlich langsamere
Durchströmung zu ersetzen. Die erfindungsgemässe Lösung dafür stellt die Ausführungsvariante in Fig. 2 und Fig. 3 bzw.
Fig.4 und Fig. 8 dar. Erreicht wird das dadurch, dass die Tropfkörperelemente in Form von vertikal übereinander angeordneten Ebenen, vorteilhaft Tassen (1) situiert werden, in die zusätzliche Aufwuchskörper (2) (Netze, Filtervlies, Noppen, etc.) eingebracht werden können. Die horizontale
Durchströmung wird dadurch erreicht, dass die Beschickung (3) von der oberhalb liegenden Tasse dem Ablaufbereich (3) der unter ihr liegenden Tasse gegenüber liegt. Die Flüssigkeit fliesst dann durch bodenseftige Öffnungen (3) entweder in der Mitte, am seitlichen oder längsseitigen Rand oder einfach über den Rand der Tasse in die nächste darunter liegende Tasse. Dadurch wird ein wesentlich längerer Fliessweg erreicht und durch die zusätzlich wesentlich geringere Fliessgeschwindigkeit eine ungleich längere Aufenthaltsdauer als bei vornehmlich vertikaler Durchströmung.
Dies trägt zu einer wesentlich höheren Reinigungsleistung bei, ohne die Wartungsfreundlichkeit zu beeinträchtigen. Dadurch können z. B. bei einer Bautiefe von nur 1,2 m Riesswege von 7 m und mehr erreicht werden, die bisher nur bei Tropfkörperbauhöhen von ca. 6m erreicht wurden. Die Aufenthaltsdauer erhöht sich durch die weitgehend horizontale Strömungsrichtung im Vergleich zu herkömmlichen Tropfkörpermaterialien um ein Vielfaches. Als weiterer Effekt der geringeren Fliessgeschwindigkeit kommt es zu einem wesentlich geringeren Abtrieb von biologischem Rasen und da it zu einer wesentlich geringeren Belastung der Nachklärung (10). Die Reinigung der Filterelemente vom sich laufend vermehrenden biologischen Rasen mittels Sprühbalken erfolgt in entsprechenden Zeitabständen, abhängig von Belastung und Zusammensetzung des zu reinigenden Abwassers.
Dazu wird eine Vo[pi]ichtung mit einem horizontal verlaufenden Rohr (T-förmig), das seitliche Öffnungen zum Austritt von Spritzwasser besitzt verwendet, mit der die Tassen bzw. auch die oben zuerst genannten, alternativen
Tropfkörper (4) bzw. (18) gereinigt werden können. Die Zufuhr des Wassers zur Reinigung erfolgt über einen normalen Wasseranschluss mittels Gartenschlauch oder über einen geeigneten Hochdruckreiniger. Zur Erhöhung der biologischen Aktivität sind in diesen Tassen zusätzliche Aufwuchsflächen (2) wie Netze, Noppen, Vlies, Schaumstoffe oder ähnliches enthalten, die als Nebeneffekt dafür sorgen, dass ein gewisser Anteil an biologischem Rasen bei dieser Reinigung nicht abgespült wird, und dass damit auch sofort nach der Spülung bzw. Reinigung die volle biologische Aktivität und damit Abbauleistung vorhanden ist.
In diesem Sinne ist auch nach der Spülung eine gleich bleibende biologische Reinigung gewährleistet. Dies ist für einen dauerhaften und wartungsarmen sowie kostengünstigen
Betrieb der Anlage wesentlich. Das in den Filtertassen oder Ebenen gereinigte Wasser tritt über die letzte Öffnung (6) in die Nachklärung ein, die wiederum mit den Elementen Ablauf und eventueller Rücklaufschlammpumpe ausgestattet ist. Der Aufbau der Nachklärung wie auch der Beschickung entspricht dem der ersten Lösungsvariante in Fig. 1 und wie oben unter Lösungsvariante 1 dargestellt.
Lösungsvariante 3 nach Anspruch 10: Als weitere erfindungsgemässe Ausführungsvariante ist die Anordnung der Tropfkörperelemente in Bahnen von Aufwuchskörpern, dargestellt in den Fig. 5 und Fig. 6 und Fig. 7 möglich.
Dabei werden die Aufwuchsflächen aus Bahnen von Textilien, Netzen, Schnüren oder Bändern oder anderen Bahnen geringer Dicke gebildet, die wiederum untereinander einen Abstand (35)
Seite: 3 von 6 aufweisen, der wie bei den bisher besprochenen Varianten für die Belüftung und die Reinigung der Bahnen dient.
Vorteilhaft bestehen diese Bahnen aus mehreren Lagen des Aufwuchsmaterials (34) die in einem kleinen Abstand (36) zueinander angeordnet werden. Der Abstand wird durch Abstandhalter (37) im Bereich der Verbindung (neben Rohr (31 )) realisiert, welche eine Distanz im Ausmass von etwa der einfachen bis 15 fachen Dicke der Lagen an Aufwuchsmaterial ermöglichen. Dadurch kann einerseits eine interne Belüftung über den Abstand (36) erreicht werden und andererseits die spezifische Oberfläche erhöht werden (beiderseits optimal genutzte biologische Aufwuchsflächen).
Die Zuführung des zu reinigenden Abwassers erfolgt über die Verteilrohre (31) von der
Seite, wobei die Flüssigkeit unter dem Rohr (31) auf eine schräge Gleitwand (32) trifft, die die Flüssigkeit bis knapp vor oder direkt bis zur ersten Lage (34) der Aufwuchsflächen führt. Damit wird eine optimale horizontale Verteilung der zu reinigenden Flüssigkeit, wie auch eine Verteilung über die gesamte .Dicke" der Bahn (33) bzw. Lagen von Aufwuchsflächen (34), erreicht.
Als AltematJwariante kann die Beschickung auch von oben (40) direkt auf diese Verbindungsstelle (39) der verschiedenen Lagen der Bahn erfolgen. Hier ist es jedoch erforderlich, dass die Abstandhalter (38) aus einem wasserdurchlässigen Aufbau in z.B.
Wabenkonstruktion oder ähnlichem erstellt sind, damit die Flüssigkeit durch diese Abstandhalter hindurch auf die einzelnen Lagen (34) der Bahn fliessen kann.
Unterhalb dieser Bahnen befindet sich wie in den beiden vorangegangenen Lösungsvarianten eine Nachklärung mit den selben Elementen. Die Beschickung erfolgt wie in Lösungsvariante 1 und 2 mittels Intervallbeschickung und eventuell vorgeschalteter 3-Kammergrube oder gleichwertigem. Der Vorteil dieser Konstruktionsvariante in Bahnen liegt in der einfachen technischen
Realisierbarkeit (daher auch für Grossanlagen sinnvoll) und der gegenüber herkömmlichen Anlagen höheren spezifischen Oberfläche. Es ist jedoch schwieriger die hohe Aufenthaltsdauer wie in Lösungsvorschlag 1 oder 2 zu erreichen als bei der Lösungsvariante mittels Tassen oder Paketen.
Dies bedingt grössere Bautiefen.
Für alle dargestellten Lösungsvarianten gilt zusammegefasst Bei allen dargestellten Lösungsvarianten sind die Pakete (4) bzw. (21) oder Bahnen (33) an Halterungen (51) aufgehängt wobei diese Halterungen gleichzeitig als Wartungssteg (52) genutzt werden. Dies ermöglicht eine einfache Montage in jeden geeigneten Behälter (Nachklärung, Belüftung, Volumen) und einen wartungsfreundlichen Zugang zu allen Elementen der
Anlage. Ebenso bei allen Lösungsvarianten erfolgt die Beschickung der Tropfkörperelemente mit Hilfe einer marktüblichen Intervallbeschickungsvariante mittels Kippkübel oder Kipprohr, Pumpe oder jeder anderen Möglichkeit der schwallweisen Beschickung. Die Beschickungsmenge richtet sich nach dem Tropfkörpermaterial und der Auslegungsgrösse der Anlage.
Vor die Beschickungseinheit sind, im Falle von
Abwasser mit Feststoffgehalt, in einer Vorklärung die Feststoffe abzuscheiden. In diese Vorkärung wird auch der eventuell in der Nachklärung gesammelte Belebtschlamm rezirkuiiert Aufgrund der geringen Riessgeschwindigkeite fällt jedoch wesentlich weniger abgeschwemmter biologischer Rasen und damit weniger Klärschlamm in der Nachklärung an.
Aufzählung und Kurzbeschreibung der gegebenenfalls vorhandenen Zeichnungsfiguren:
In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand beispielhaft dargstellt Es zeigen die Zeichnungen Fig. 2, 3 sowie 4 und 8 den schematischen Aufbau einer erfindungsgemässen Anlage mit den Tropfkörperpaketen im Tassenaufbau bzw. in der
Konstruktionsart mit horizontalen Ebenen.
In der Zeichnung Fig. 1 ist ein erfindungsgemässer Tropfkörper mit herkömmlichen Aufwuchskörpern, die jedoch mit einer höheren spezifischen Oberfläche als in der Norm vorgesehen ausgeführt werden können, dargestellt. In den Fig. 5, 6 und 7 ist ein erfindungsgemässer Tropfkörper in der Ausführung mit Bahnen dargestellt.
Seite: 4 von 6 Figurenbeschreibung:
Die Zeichnung Fig. 2 stellt beispielhaft den Aufriss, die Zeichnung Fig. 3 stellt beispielhaft den Grundriss einer erfindungsgemässen Anlage dar, in dem die Tropfkörperelemente aus vertikal übereinander angeordneten Tassen bestehen. 21 sind die, in diesem Fall paketförmigen Tropfkörperelemente. Sie hängen nebeneinander im Abstand von 5.
Die
Tropfkörperiemente bestehen in diesen Zeichnungen aus den Filtertassen 1 die mit dem Aufwuchsmaterial 2 belegt sind und am Rand die bodenseitigen Öffnungen 3 zum Übertritt in die nächste untere Tasse aufweisen. Die Durchströmung der Tassen erfolgt vorwiegend horizontal vom Auftreffpunkt unterhalb der Öffnung 3 der darüber liegenden Tasse zur sinngemäss gegenüberiiegenden Ablauföffnung 3 der betreffenden Tasse. Das
Aufwuchsmaterial 2 hat die Aufgabe die Strömung zu verlangsamen, zusätzliche Oberfläche für die Mikroorganismen zu schaffen und bei der Reinigung einen geschützten Auf wuchsbereich zu garantieren, in dem die Mikroorganismen nicht abgeschwemmt werden können.
Dies sichert auch nach der Reinigung ein Mindestmass an Mikroorganismen, damit die biologische Aktivität und damit die Reinigungsleistung gewahrt bleibt. 7 stellt das Beschickungsrohr dar, das Unterseite Löcher aufweist, die den Zulauf über die gesamte Länge der Tropfkörperelemente gleichmässig verteilen. Die Durchströmung erfolgt ausgehend vom Beschickungsrohr vertikal von einer Tasse zur nächsten und innerhalb der jeweiligen Tassen horizontal vom Auftreffpunkt zur Ablauföffnung. Der Ablauf erfolgt durch 6 in die darunter befindliche Nachklärung 10. Die
Gleitwand 12 sowie die Gleitwand 11 sorgen für einen Transport des Wassers und des abgelösten biologischen Rasens (Belebtschlamm) in den Absetzbereich der Nachklärung 10. Der Wasserspiegel 9 liegt auf Höhe der Unterkante des Ablaufrohres 8. Das Ablauf rohr wird mit einer Tauchwand oder einem Tauchrohr ausgestattet.
Die dargstellte Pumpe 13 fördert etwa einmal monatlich den abgesetzten Belebtschlamm über die
Schlauchleitung 15 zurück in die hier nicht dargestellte, vor den Tropf körperelementen angeordnete Vorklärung (3-Kammergrube oder ähnliches). Ebenso ist die Intervallbeschickung in den Zeichnungen nicht explizit dargestellt Sie wird wie beschrieben als herkömmlicher Kippkübel, Kipprohr, Pumpe oder anderes Intervallbeschickungselement realisiert.
Die Verbindung dieser vertikal angeordneten Tassen bzw. Ebenen erfolgt seitlich entweder durch luft- und wasserdurchlässige Wandkonstruktionen 22 bzw. in Fig. 1 Element 16 wie Netze, Lochplatten oder ähnliches oder durch die Verbindung der Tassen mittels mehrerer vertikaler Streifen in Fig. 3 Nr. 22, die fast die gesamte Breitseite frei lassen und damit eine optimale Belüftung und Reinigung ermöglichen.
Entscheidend dabei ist die Saueretoffzufuhr wie auch die Möglichkeit der Reinigung der Tassen von den seitlichen Abständen 5 aus. Als Ausführungsvariante können diese Tassen laut Fig. 8 mit integrierten Aufwuchsflächen (Noppen, u. ähnliches) als ein Element vorgefertigt werden und mit seitlich angebrachten Nippeln 53 (Abstand ca. 30 cm entlang der Länge der Tasse) sehr einfach zu diesen Paketen 21 zusammengebaut werden, indem diese
Nippel in vertikale Streifen (Lochbänder o.a.) oder Lochplatten, o.a. hineingedrückt werden und diese Streifen wiederum am Wartungssteg aufgehängt sind. Ebenso ist das Verteilrohr 7 an diesen Streifen bzw. an der ersten Tasse befestigt. Die Zeichnung Fig. 1 stellt alternativ zur Konstruktion mittels Tassen bzw.
Ebenen die Situierung von beliebig geformten Aufwuchskörpern 18 (Tropfkörpermaterial in
Kugelform, Rohren, unregelmässigen Formen, ...) in diesen vertikalen Tropf körperelementen dar. Hier können alle Arten von biologisch aktiven Aufwuchsflächen verwendet werden. Vorwiegend werden Materialien verwendet, die im Vergleich zu heute üblichen Aufwuchselementen eine deutlich höhere spezifische Oberfläche und eine geringere Fliessgeschwindigkeit aufweisen. Die Abgrenzung der
Pakete kann entweder über eine luft- und wasserdurchlässige Wand 16 oder durch untereinander haftende Verbindungen der Aufwuchskörper selbst (verschweissen, kleben, u.a., Verbindungsstreifen) erfolgen. Entscheidend ist auch hier, dass die seitliche Luftund Wasserdurchlässigkeit gegeben ist.
Die Nachklärung ist ident wie zu Zeichnung Fig. 2 beschrieben.
Fig. 3 zeigt den Grundriss einer erfindungsgemässen Anlage nach Aufbau von Fig. 1 bzw.
Seite: 5 von 6 sinngemäss Fig. 2.
Fig. 4 stellt ein Detail der Tassenausführung dar, in der die Tassen 1, deren Öffnungen 3 sowie die Aufwuchsflächen 2 deutlich erkennbar sind.
Fig. 5 stellt die Ausführungsvariante in Bahnen 33 dar, wobei die einzelnen Lagen 34 durch Abstände 36 voneinander getrennt die Bahnen 33 bilden, die wiederum durch den
Abstand 35 für Reinigung und Belüftungszwecke horizontal voneinander getrennt sind. Das Beschickungsrohr 31 transportiert die zu reinigende Flüssigkeit horizontal über die horizontale Länge der Bahnen und das Gleitblech 32 sorgt für eine zusätiiche horizontale Verteilung wie auch den Transport der Flüssigkeit direkt auf die Aufwuchsbahnen.
Zwischen dem Ende von 32 und der ersten Lage 34 der Bahn 33 liegt ein kleiner oder auch kein Abstand, d.h. Gleitblech 32 kann auch direkt bis zur ersten Lage 34 der Bahn 33 führen. Die Nachklärung ist ident mit Fig. 2 wie oben beschrieben. Fig. 6 stellt ein Detail zu Fig. 5 dar, nämlich die Zuführung über das Verteilrohr 31 und Gleitblech 32 sowie die Verbindungsstelle 39. Fig. 7 stellt eine Variante zu Fig. 6 dar, in der die Zuführung der Flüssigkeit direkt über das Verteilrohr 40 in den Bereich der Verbindung 39 erfolgt. Dabei sind die Abstandhalter 38 wasserdurchlässig, z.B. in Wabenkonstruktion ausgeführt.
Fig. 8 stellt eine erfindungsgemässe Tasse nach Fig. 2 dar, die jedoch aus Erhebungen (Noppen) für zusätzliche Aufwuchsoberfläche 2 besteht und einfach Nippel 53 aufweist, mit denen die Tassen einfach zu den erforderlichen vertikalen "Ebenen" mittels
Lochstreifen oder ähnlichem gestapelt werden können. Als wesentliche Elemente für die dargestellte Erfindung sind die Anordnung der Tropfkörperelemente in vertikalen Bahnen 33 (Netze, Bänder, Textilien, Schnüren, ...) oder Paketen 4 und 21 (Kuben von Tropfkörpermaterial in beliebiger Form) zu sehen, die zueinander einen ausreichenden Abstand 5 bzw. 35 aufweisen, um eine optimale
Sauerstoffversorgung und eine einfache Reinigung des, dadurch mit einer höheren spezifischen Oberfläche ausführbaren, Aufwuchsmaterials zu gewährleisten. Wie in Fig. 1 und 2 sowie 3 und 5 dargestellt werden die Bahnen bzw.
Pakete von Tropfkörperelementen an Halterungen 51 aufgehängt, die gleichzeitig auch einen Wartungssteg 52 darstellen. Die Halterungen sind mit einfachen vertikalen
Justiereinrichtungen (Langlochplatten mit Flügelmutterschraube) ausgeführt, die eine optimale horizontale Ausrichtung der Tropfkörperelemente ermöglichen. Ebenso ist der Wartungssteg mittels z.B. Stellschrauben an den Auflagern am Behälter perfekt horizontal justierbar ausgeführt. Eine optimale horizontale Ausrichtung der Tropfkörperelemente sowie der Verteilrohre ist für eine optimale Funktion wesentlich.
Hiezu acht Blätter Zeichnungen:
Fig. 1 .... Tropfkörper nach Anspruch 1 , Aufriss
Fig. 2 ... Tropfkörper nach Anspruch 4, Aufriss Fig. 3 ... Tropfkörper nach Anspruch 4, Grundriss
Fig. 4 ... Tropfkörper nach Anspruch 4, Detail Aufriss
Fig. 5 ... Tropfkörper nach Anspruch 10, Aufriss
Fig. 6 ...
Tropfkörper nach Anspruch 10, Detail
Fig. 7 ... Tropfkörper nach Anspruch 13, Detail Fig. 8 ... Nippelverbindung nach Anspruch 9
Seite: 6 von 6
Patent Application - Description:
Title: trickling filter system
The invention relates to a trickling filter system for the biological purification of liquids. State of the art:
In order to achieve optimum biological cleaning performance in trickling filter systems, the highest possible density of biological lawn (= specific surface area in m2 of growth surface per m3 volume of the trickling filter element) should be aimed for as long as possible on this lawn and optimal oxygenation. In order to ensure a long life of the trickling filter element and thus a low maintenance effort, it is important to ensure a good self-cleaning of the growth material so that the trickling filter elements do not clog too quickly and expensive cleaning procedures are avoided.
As the last area, a trickling filter system has a secondary clarification in which the washed-off microorganisms (= self-cleaning effect, such as activated sludge flakes, biological turf) can settle and thus be kept away from the process. Because of these technical requirements, there are regulations in the relevant standards (e.g., ÖNORM B 2502-1) for these parameters, e.g. for the amount of biological lawn on the indication of minimum nursery areas (m2) per load unit, for the length of stay on the prescription of depths or recirculation quantities
(Return ratio) and for the self-cleaning on the prescription of a permissible maximum specific surface area (= m2 growth surface per m3 volume of the trickling filter element).
These standards require the following disadvantages: large depths (thus high construction costs) or high recirculation (disadvantage: electricity and technical costs
Effort) and large volumes (maximum volume density) for the trickling filter elements, as well as large Nachkiäreinheiten for discontinuation of washed-off biological lawn (activated sludge). Furthermore, the potentially in this process stuck cleaning performance, especially in the known design variants for small wastewater treatment plants, not optimally used. This is mainly due to the, in conventional
Installations, short stay of the liquid to be cleaned in the biological lawn.
This in turn is on the one hand in the prescribed max. specific surface area (i.e., higher growth densities and thus slower flow are not possible due to the requirements of self-cleaning and oxygen supply), as well as in the predominantly vertical, and thus rapid flow trickling filter elements justified.
As mentioned above, these standards in the standard design of conventionally constructed systems are quite reasonable and necessary to ensure maintenance-friendly operation, because a lower flow rate or significantly increased specific surface area would quickly lead to clogging and lower performance in conventional design.
Object of the invention:
The object of the invention is thus to construct a trickling filter system which allows a higher specific surface area, and ensures the longest possible duration of residence of the liquid to be purified on the biological lawn and still allows optimal oxygenation.
In addition, the lowest possible construction depth should be achieved (construction costs), and be achieved that the system without recirculation infinity pumps (electricity costs, technical effort), and also the least possible downforce of biological turf takes place, so a smaller or more effective Final clarification, which in the optimal case requires no surplus sludge pump, is made possible. As an essential prerequisite, nevertheless, a simple cleaning in terms of a maintenance-friendly system must be ensured, as well as an optimal supply of oxygen to the microorganisms on the biological lawn
Page: 1 of 6. ,
be guaranteed.
When an invention achieves these parameters, it represents a significant improvement over the current state of the art.
Solution of the task
The invention solves the problem in that the trickling filter elements are arranged in vertical paths or packages, these webs or packages having a horizontal distance of more than 0.5 cm from each other. These trickling filter elements (packages or webs) consist either of conventional growth material of higher specific surface area, of vertically stacked horizontal planes of growth surfaces, such as e.g. Cups which are predominantly flowed through horizontally, or from vertical paths, e.g. from textiles, nets, ribbons or
Strings exist.
Effects of the Invention and Subclaims:
Since the trickling filter elements in vertically arranged webs or packages (4) or (21) or
(33) with a sufficient distance (5) or (35) to each other, are juxtaposed, a higher specific surface of the trickling filter elements (18) or (1) or (34) can be achieved, on the one hand, the cleaning of the elements very simply by means of a spray bar (horizontal part of a t-shaped tube with side splash water openings, which can be easily connected to a water pipe - garden hose or high pressure cleaner) in this space (5) or (35) between the packages or sheets (4) or (21) or (33) can take place and on the other hand, the oxygen supply through these intermediate spaces (5) and (35), which act as "chimneys" ventilating, compared to conventional systems much better given. The selected width or thickness of the packages depends on the drip body material used and varies greatly.
It is crucial that the oxygen supply over the entire trickling filter package width is sufficiently given and the cleaning remains possible without any problem.
Solution variant 1 according to claim 1 is shown in the drawing Fig. 1. It shows a system with conventional trickling filter material in accordance with the invention. The trickling material is also predominantly flowed through vertically. However, due to the good lateral ventilation and thus oxygen supply, which is provided via an air and water permeable lateral boundary (16), e.g. Nets, perforated plates, gratings, etc. is ensured, over the distance (5) and the possible in this gap cleaning by means of spray bar, a trickling filter material with a much higher specific surface area can be used.
This not only increases the effective surface but also reduces the flow rate, resulting in a longer residence time and a smaller overall depth. These effects taken together lead to a higher residence time and lower mud pollution and thus to a better cleaning performance. The distribution of the liquid to be cleaned via a pipe system (7) with lower outlet openings.
For all variants (according to claims 1, 4 and 10): All variants of the trickling filter elements are charged at intervals. The feed rate per feed interval depends on the liquid to be cleaned but should be as low as possible. The feed is from a conventional primary treatment such as a 3-chamber pit.
This can be done on a free slope or via a pump. The interval feed is realized by a tipping bucket, pump or tipping tube or by any other construction which allows an intermittent loading. The drain from the trickling filter elements flows through the opening (17) or (6) into the secondary clarification (10) in which possibly detached biological lawns can settle. The process takes place through the drain pipe 8 at a suitable distance from the ground, possibly with a dip sheet or a baffle, so that no activated sludge and scum is driven off. The pump 13 promotes strong sludge production, possibly settling in the secondary clarification biological lawn (activated sludge) back into the first pre-treatment chamber or an external sludge storage.
Also a recirculation of the purified water over the
Page: 2 of 6 trickling filter elements are conceivable to achieve even higher cleaning values. Basically, however, the operation is provided without recirculation over the trickling filter elements. This is made possible by the higher specific surface area and additionally longer residence time.
Solution variant 2 according to claim 4: In order to achieve the lowest possible depth and to keep the flow velocity as low as possible, and thus to maximize the residence time, it is the goal, the prevailing in conventional trickle filter elements vertical flow direction through a predominantly horizontal flow direction, and thus a much slower one
To replace flow. The solution according to the invention represents the embodiment variant in FIG. 2 and FIG.
This is achieved by the fact that the trickling filter elements are arranged in the form of vertically stacked planes, advantageously cups (1), into the additional growth bodies (2) (nets, filter fleece, naps, etc.). can be introduced. The horizontal one
Throughflow is achieved by the feed (3) from the cup located above the drainage area (3) of the lying below her cup. The liquid then flows through bodenseftige openings (3) either in the middle, on the side or longitudinal edge or simply over the edge of the cup in the next underlying cup. As a result, a much longer flow path is achieved and, due to the additionally significantly lower flow speed, a length of stay that is much longer than that of predominantly vertical flow.
This contributes to a much higher cleaning performance, without compromising ease of maintenance. As a result, z. B. with a depth of only 1.2 m Riesswege of 7 m and more can be achieved, which were previously achieved only at Trpfkörperbauhöhen of about 6m. The residence time is increased by the largely horizontal flow direction in comparison to conventional trickling filter materials by a multiple. As a further effect of the lower flow rate, there is a much lower downforce of biological turf and it therefore to a much lower burden of secondary clarification (10). The cleaning of the filter elements from the constantly propagating biological turf by means of spray bars takes place at appropriate intervals, depending on the load and composition of the wastewater to be cleaned.
For this purpose, a Vo [pi] direction with a horizontally extending tube (T-shaped), which has lateral openings for the escape of splashing, used with the cups or even the first mentioned above, alternative
Trickster (4) or (18) can be cleaned. The supply of water for cleaning via a normal water connection using a garden hose or a suitable high-pressure cleaner. To increase the biological activity of these cups additional growth surfaces (2) such as nets, knobs, fleece, foams or the like are included, which ensure as a side effect that a certain amount of biological turf in this cleaning is not rinsed, and that with it immediately after flushing or cleaning the full biological activity and thus degradation capacity is present.
In this sense, even after rinsing a consistent biological cleaning is guaranteed. This is for a durable and low maintenance as well as inexpensive
Operation of the system essential. The cleaned in the filter cups or levels water enters via the last opening (6) in the secondary clarification, which in turn is equipped with the elements drain and eventual return sludge pump. The structure of the secondary clarification as well as the feed corresponds to that of the first solution variant in FIG. 1 and as shown above under solution variant 1.
Solution variant 3 according to claim 10: As a further embodiment variant according to the invention, the arrangement of the trickling filter elements in tracks of growth bodies, shown in FIGS. 5 and 6 and FIG. 7, is possible.
In this case, the growth surfaces are formed from webs of textiles, nets, cords or ribbons or other webs of small thickness, which in turn are separated by a distance (35).
Page: 3 of 6, which serves as in the previously discussed variants for the ventilation and cleaning of the webs.
Advantageously, these webs consist of several layers of the growth material (34) which are arranged at a small distance (36) to each other. The distance is realized by spacers (37) in the region of the connection (next to tube (31)), which allow a distance in the extent of about the simple to 15 times the thickness of the layers of growth material. As a result, on the one hand, internal ventilation can be achieved over the distance (36) and, on the other hand, the specific surface can be increased (on both sides, optimally utilized biological growth surfaces).
The supply of wastewater to be cleaned via the distribution pipes (31) of the
Side, wherein the liquid under the tube (31) on an inclined sliding wall (32) meets, which leads the liquid until just before or directly to the first layer (34) of the growth surfaces. This achieves an optimum horizontal distribution of the liquid to be cleaned, as well as a distribution over the entire "thickness" of the web (33) or layers of growth surfaces (34).
As AltematJwariante the feed can also be made from above (40) directly to this junction (39) of the various layers of the web. Here, however, it is necessary that the spacers (38) be made of a water-permeable structure in e.g.
Honeycomb construction or the like are created so that the liquid can flow through these spacers through the individual layers (34) of the web.
Underneath these tracks, as in the two previous variants of the solution, there is a secondary clarification with the same elements. The feed takes place as in solution variants 1 and 2 by means of interval charging and possibly upstream 3-chamber pit or equivalent. The advantage of this design variant in webs lies in the simple technical
Realizability (therefore also useful for large plants) and the higher specific surface area compared to conventional systems. However, it is more difficult to achieve the long residence time as in solution proposal 1 or 2 than in the solution variant by means of cups or packages.
This requires larger depths.
For all variants of solutions shown, the packages (4) and (21) or strips (33) are suspended from holders (51) in all the variants of the solution shown, these holders being used at the same time as maintenance bar (52). This allows for easy installation in any suitable container (secondary clarification, ventilation, volume) and a maintenance-friendly access to all elements of the
Investment. Likewise in all variants of the solution, the trickling filter elements are fed with the aid of a market-standard interval feeding variant by means of tilting bucket or tilting tube, pump or any other possibility of choppy loading. The feed rate depends on the trickling filter material and the design size of the system.
In front of the charging unit, in the case of
Wastewater with solids, in a primary treatment to separate the solids. In this pre-treatment, the activated sludge possibly collected in the secondary clarification is rezirkuiiert Due to the low Riessgeschwindigite but falls significantly less washed-off biological turf and thus less sewage sludge in the secondary clarification.
Aufzählung and short description of the possibly existing drawing figures:
The subject matter of the invention is illustrated by way of example in the drawings. The drawings, FIGS. 2, 3 and 4 and 8, show the schematic structure of a system according to the invention with the trickling filter packages in the cup construction or in the
Construction type with horizontal planes.
In the drawing Fig. 1, a trickling filter according to the invention with conventional growth bodies, but which can be performed with a higher specific surface than provided in the standard, is shown. In FIGS. 5, 6 and 7, a trickling filter according to the invention is shown in the embodiment with webs.
Page: 4 of 6 Description of the figures:
The drawing Fig. 2 shows an example of the elevation, the drawing Fig. 3 shows an example of the plan of a system according to the invention, in which the trickling filter elements consist of vertically stacked cups. 21 are the, in this case, packet-shaped trickling filter elements. They hang side by side at a distance of 5.
The
Trickleriemente consist in these drawings from the filter cups 1 which are occupied by the growth material 2 and at the edge of the bottom-side openings 3 to the transition to the next lower cup. The flow through the cups takes place mainly horizontally from the point of impact below the opening 3 of the overlying cup to the opposite outlet opening 3 of the relevant cup. The
Growth material 2 has the task of slowing down the flow, providing additional surface area for the microorganisms and guaranteeing a protected growth area during cleaning, in which the microorganisms can not be washed off.
This ensures a minimum amount of microorganisms even after cleaning, so that the biological activity and thus the cleaning performance is maintained. Figure 7 illustrates the feed tube, the underside having holes which distribute the feed uniformly over the entire length of the trickling filter elements. The flow takes place from the feed tube vertically from one cup to the next and within the respective cups horizontally from the point of impact to the discharge opening. The process is carried out by 6 in the underlying secondary clarification 10. The
Sliding wall 12 and the sliding wall 11 ensure transport of the water and the detached biological lawn (activated sludge) in the settling of the secondary treatment 10. The water level 9 is at the level of the lower edge of the drain pipe 8. The drain pipe is equipped with a baffle or dip tube ,
The dargstellte pump 13 promotes about once a month the settled activated sludge on the
Hose line 15 back into the not shown here, before the drip body elements arranged primary treatment (3-chamber pit or the like). Likewise, the Intervallbeschickung is not explicitly shown in the drawings It is as described realized as a conventional tipping bucket, tilting tube, pump or other Intervallbeschickungselement.
The connection of these vertically arranged cups or levels takes place laterally either by air and water permeable wall structures 22 and in Fig. 1 element 16 such as nets, perforated plates or the like or by the connection of the cups by means of several vertical strips in Fig. 3 no , which leave almost the entire broadside free, allowing for optimal ventilation and cleaning.
Crucial here is the supply of oxygen as well as the possibility of cleaning the cups from the lateral distances 5 from. As a variant, these cups can be prefabricated as an element according to FIG. 8 with integrated growth surfaces (knobs, and the like) and very easily assembled with these side-mounted nipples 53 (distance about 30 cm along the length of the cup) by doing this
Nipples in vertical strips (punched or similar) or perforated plates, o.a. pressed in and these strips are hung in turn on the maintenance bridge. Likewise, the distributor tube 7 is attached to this strip or to the first cup. The drawing Fig. 1 shows an alternative to the construction by means of cups or
Layers the situation of arbitrarily shaped growth bodies 18 (trickling material in
Spherical shape, tubes, irregular shapes, ...) in these vertical drip body elements dar. Here, all types of biologically active nursery surfaces can be used. Predominantly materials are used, which have a significantly higher specific surface area and a lower flow rate compared to today usual growth elements. The demarcation of
Packages can be made either via an air- and water-permeable wall 16 or by mutually adhering compounds of the growth body itself (welding, bonding, etc., connecting strips). It is also crucial here that the lateral air and water permeability is given.
The final clarification is identical as described for drawing Fig. 2.
3 shows the outline of a system according to the invention according to the structure of Fig. 1 and
Page: 5 of 6 analogously Fig. 2.
Fig. 4 shows a detail of the cup design, in which the cups 1, the openings 3 and the growth surfaces 2 are clearly visible.
Fig. 5 illustrates the embodiment in tracks 33, wherein the individual layers 34 separated by distances 36 form the tracks 33, which in turn through the
Distance 35 are separated horizontally for cleaning and ventilation purposes. The feed tube 31 transports the liquid to be cleaned horizontally over the horizontal length of the webs and the sliding plate 32 provides for a zusätiiche horizontal distribution as well as the transport of the liquid directly to the growth trajectories.
Between the end of 32 and the first layer 34 of the web 33 there is little or no distance, i. Slide plate 32 may also lead directly to the first layer 34 of the web 33. The secondary clarification is identical to FIG. 2 as described above. FIG. 6 shows a detail of FIG. 5, namely the supply via the distributor tube 31 and sliding plate 32 and the connection point 39. FIG. 7 shows a variant of FIG. 6, in which the supply of the liquid directly via the distributor tube 40 takes place in the area of the connection 39. The spacers 38 are permeable to water, e.g. executed in honeycomb construction.
Fig. 8 shows an inventive cup of FIG. 2, but which consists of elevations (knobs) for additional growth surface 2 and simply nipples 53, with which the cups simply to the required vertical "levels" means
Punched tape or the like can be stacked. As essential elements for the illustrated invention, the arrangement of the trickling filter elements in vertical paths 33 (nets, tapes, textiles, cords, ...) or packages 4 and 21 (cubes of trickling filter material in any form) can be seen, the mutually a sufficient distance 5 and 35, respectively, for optimal
Provide oxygen supply and easy cleaning of thereby, with a higher specific surface executable, growth material. As shown in Fig. 1 and 2 and 3 and 5, the tracks or
Parcels of trickling filter elements suspended from brackets 51, which also represent a maintenance web 52 at the same time. The brackets are with simple vertical
Justiereinrichtungen (slot plates with wing nut screw) designed to allow optimal horizontal alignment of the trickling filter elements. Likewise, the maintenance bridge is by means of e.g. Set screws on the supports on the container are perfectly horizontally adjustable. Optimal horizontal alignment of the trickling filter elements and the distributor tubes is essential for optimum function.
For this purpose eight sheets drawings:
Fig. 1 .... trickling filter according to claim 1, elevation
Fig. 2 ... trickling filter according to claim 4, elevation Fig. 3 ... trickling filter according to claim 4, floor plan
Fig. 4 ... trickling filter according to claim 4, detail elevation
Fig. 5 ... trickling filter according to claim 10, elevation
Fig. 6 ...
The trickling filter according to claim 10, detail
Fig. 7 ... trickling filter according to claim 13, detail Fig. 8 ... nipple connection according to claim 9
Page: 6 of 6