Anlage zur mechanisch-biologischen Reinigung von Abwasser Die Erfindung betrifft eine Anlage zur mechanisch biologischen Reinigung von Abwasser mit mindestens einer biologischen Stufe, in welcher mindestens ein in axialer Richtung durchströmbarer, als Träger aerober Organismen dienender Tauchtropfkörper in einem Trog angeordnet ist.
Bei der biologischen Abwasserreinigung werden die Schmutzstoffe im Abwasser mit Hilfe von Lebensgemein schaften aerober Mikroorganismen und Sauerstoff abge baut. Die Aerobier bilden bei Anwesenheit ausreichender Sauerstoffmengen aus den organischen Abwasser schmutzstoffen in Wasser lösliche oder gasförmige Stoffwechselprodukte und neue Zellsubstanz, die sich zu absetzbaren Flocken oder dem biologischen Rasen zusammenschliessen.
Diese aus den Flocken oder dem biologischen Rasen gebildete belebte Substanz kann den Abbau der organischen Abwasserschmutzstoffe um so günstiger gestalten und früher beenden, je enger und häufiger diese in einem sauerstoffhaltigen Milieu mit einer nicht zu grossen Menge zu assimilierende Stoffe in Kontakt gebracht wird und je schneller die Stoffwechsel produkte aus der nächsten Umgebung der Zelle entfernt werden.
Bei der biologischen Abwasserreinigung sind dement sprechend folgende Probleme auf betriebssichere und wirtschaftliche Weise zu lösen. Die Menge der den Abbau bewirkenden aerober Mikroorganismen muss der Menge und dem Verschmutzungsgrad des Abwasser angepasst werden. Die belebte Substanz muss einerseits häufig in innige Berührung mit den organischen Schmutzstoffen des Abwassers gebracht werden und andererseits eine ausreichende Menge Sauerstoff zur Assimilation zur Verfügung haben. Die beim Abbau der organischen Schmutzstoffe entstehenden Zellmassen müssen von dem biologisch gereinigten Abwasser ge trennt und beseitigt werden.
Es sind mehrere Verfahren und Vorrichtungen zur biologischen Abwasserreinigung bekannt, die jedoch gewisse Nachteile aufweisen.
Bei dem bekannten sogenannten Belebtschlammver- fahren werden dem zu reinigenden Abwasser grosse Mengen von Bakterien in Form von sogenanntem Belegtschlamm und Luftsauerstoff in Form von Druck luft oder durch kräftige Umwälzung des Beckeninhalts zugesetzt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist neben der komplizierten Kreislaufführung des Belebtschlammes, vor allen Dingen der hohe Energiebedarf für die Kreislaufführung, die intensive Mischung des Abwassers mit dem Belebtschlamm und die ausreichende Versor gung mit Sauerstoff.
Bei einem weiteren bekannten sogenannten Spültropf körperverfahren wird das Abwasser in sehr dünner Schicht über mit biologischem Rasen bewachsenen Spültropfkörpern aus Steinen, Schlackenstücken usw. gerieselt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass die Steine zu um so grösserer Höhe aufgeschichtet werden müssen, je weitgehender das Abwasser gereinigt werden muss, und dass für die Hebung und das Verteilen des Abwassers ein grosser Energiebedarf erforderlich ist. Weiter ist es sehr nachteilig, dass insbesondere bei verschlammten Tropfkörpern Kurzschlussläufe auftreten können.
Schliesslich ist ein sogenanntes Tauchtropfkörperver- fahren bekannt, bei dem die auf ein Trägermaterial gewachsene belebte Substanz abwechselnd durch das Abwasser und die Luft bewegt wird. Dabei ist es bekannt, als Tauchtropfkörper mehrere mit Abstand von einander montierte und zu einem Paket zusammengefass- te Scheiben zu verwenden. Bei diesem Verfahren werden die Scheiben stets senkrecht zur Wellenachse vom Abwasser durchströmt.
Da einerseits zu einer vollständigen Reinigung der Abwasser entsprechend den verschiedenen Stufen der Reinigung jeweils andere Organismen notwendig sind, anderseits sich aber auf den Scheiben eines Paketes nur ein einheitlicher Rasen ansetzen kann, so müssen bei diesem bekannten Verfahren zur Erzielung einer ge wünschten Reinigungswirkung mehrere Pakete hinterein- andergeschaltet werden. Bei den bekannten Verfahren wird dies durch parallele oder reihenweise Anordnung mehrerer Plattenpakete verwirklicht, wobei im letzteren Falle das Abwasser durch Trennwände, Kanäle oder dgl. von einem Paket zum anderen geführt wird. Der Aufbau dieser Anlagen wird durch die Anordnung mehrerer Pakete insbesondere für Kleinanlagen kompliziert und teuer.
Zweck vorliegender Erfindung ist es, obige Nachteile zu beseitigen und eine einfache, betriebssichere mecha- nisch-biologische Kläranlage zu schaffen, welche die Herstellungskosten und die Betriebskosten tief hält und sehr wirksam ist.
Die erfindungsgemässe Anlage zur mechanisch-biolo- gischen Reinigung von Abwasser mit mindestens einer biologischen Stufe, in welcher mindestens ein in axialer Richtung durchströmbarer, als Träger aerober Organis men dienender Tauchtropfkörper drehbar in einem Trog angeordnet ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Tauchtropfkörper schneckenförmig ausgebildet ist.
Mittels der erfindungsgemässen Anlage lassen sich ganz entscheidende Vorteile erzielen.
Einer der wesentlichen Vorteile liegt darin, dass das Abwasser nunmehr den Tauchtropfkörper in axialer Richtung durchströmt. Dabei wird der Tauchtropfkörper bereichsweise von Abwasser unterschiedlichen Reini gungsgraden umspült, so dass er sich in seiner Längsrich tung mit den für die einzelnen Reinigungsstufen jeweils erforderlichen Mikroorganismen bewachsen kann. Es lässt sich also mit der erfindungsgemässen Anlage mit einem einzigen Tauchtropfkörper praktisch eine unendli che Stufenzahl verwirklichen.
Das bedeutet, dass man im Vergleich zu den bekannten Anlagen mit kleineren bewachsenen Flächen, d.h. also mit kleineren Anlagen zur Erzielung einer gewünschten Reinigungsleistung auskommt.
Ein weiterer entscheidender Vorteil liegt in der schneckenförmigen Ausbildung des Tauchtropfkörpers. Das Abwasser befindet sich dabei vorzugsweise zwischen den Schneckenflächen, wodurch nur eine sehr geringe Antriebskraft zum Bewegen des Tauchtropfkörpers erforderlich ist. Die Schneckenflächen können durchläs sig oder undurchlässig ausgebildet sein. Im ersten Fall können die Schnecken beispielsweise aus radial aneinan- dergewickelten Wendeln oder aus perforierten Flächen bestehen. Bei der Verwendung von Wendeln zur Bildung der Schnecke lässt sich eine grosse wirksame Oberfläche zur Ansiedlung des biologischen Rasens erzielen.
Durch geeignete Wahl des Wendeldurchmessers lassen sich die Hohlräume so abstimmen, dass einerseits eine grosse Oberfläche mit guten Durchlaufeigenschaften und ande rerseits eine Selbstreinigung des Tauchtropfkörpers ge währleistet werden kann.
Zweckmässiger verwendet man jedoch undurchlässige Schneckenflächen, wobei sie gegebenenfalls zur Vergrös- serung der Fläche mit Erhebungen versehen sein können. Besonders vorteilhaft ist es, glatte oder nur leicht gerauhte Schneckenflächen vorzusehen, da diese Ausge staltung dem Tauchtropfkörper den geringsten Antriebs widerstand verleiht. Dies ist von ausschlaggebender Bedeutung, da die Betriebskosten, die wesentlich von der erforderlichen Antriebsleistung abhängen, einen entscheidenden Faktor für die Beurteilung einer Kläranlage darstellen.
Sollte die schneckenförmige Ausgestaltung des Tauchtropfkörpers allein nicht ausreichen, den anfallen den Schlamm in der Anlage zu räumen, so kann der Tauchtropfkörper an seinem äusseren Umfang mit einem zusätzlichen wendelförmigen Räumer versehen sein.
Die Steigung des wendelförmigen Räumers ist jedoch zweck- mässig wesentlich grösser als die des schneckenförmigen Tauchtropfkörpers. Je nach Grösse der Anlage kann der den Tauchtropf körper aufnehmende Trog, in Strömungsrichtung des Abwassers gesehen, vor dem Tauchtropfkörper als Vorklärbecken und nach dem Tauchtropfkörper als Nachklärbecken ausgebildet sein, wodurch sich die Kläranlage zu einer kompletten Einheit vereinigen lässt. Dabei kann gegebenenfalls unter dem Trog ein Schlamm becken eingeordnet sein.
Die erfindungsgemässe Kläranlage kann aufgrund ihrer einfachen Konstruktion preiswert hergestellt werden und zeichnet sich durch sehr gute Reinigungsleistung und ausserordentlich geringe Betriebskosten aus. Das Abwas ser kann die Einheit in natürlichem Gefälle durchströ men, so dass lediglich für die Betätigung des Tauchtropf- CD und des gegebenenfalls mit diesem verbundenen Schlammräumers Energien zum Antrieb erforderlich sind.
Beispielsweise Ausführungsformen der erfindungsge- mässen Anlage zur mechanisch-biologischen Reinigung von Abwasser werden anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 eine Kläranlage, mit Vorklärung, biologischer Stufe und Nachklärung, mit Räumer und Schlammbek- ken, wobei der schneckenförmige Tauchtropfkörper aus Wendeln gebildet ist, im Längsschnitt; Fig. 2 eine Kläranlage nach Fig. 1 in Seitenansicht; Fig.3 eine Kläranlage nach Fig. 1, jedoch ohne Schlammbecken, dafür mit Schlammschöpfer, im Längs schnitt;
Fig. 4 eine Kläranlage nach Fig. 3 in Seitenansicht. Fig.5 eine weitere Kläranlage, mit Vorklärung, bio logischer Stufe und Nachklärung, wobei der schnecken förmige Tauchtropfkörper volle Flächen aufweist, im Längsschnitt.
In Fig.l und 2 ist eine mechanisch-biologische Abwasserkläranlage dargestellt, die aus einem Trog 1 mit halbzylindrischem Boden 2, einem koaxial mit dem Trog angeordneten drehbaren Tauchtropfkörper 3, einem wendelförmigen Schlammräumer 4 und einem Faulraum 5 besteht.
Das Abwasser fliesst durch ein Einlaufrohr 6 unter einer Tauchwand 7 in ein als Vorklärbecken 8 ausgebil deten Raum vor dem Tauchtropfkörper 3. Das Abwasser gelangt dann durch den sich langsam drehenden Tauch tropfkörper 3 in den als Nachklärbecken 9 ausgebildeten Raum hinter dem Tauchtropfkörper 3 und läuft über das Ablaufrohr 10 ab.
Zur Erzielung einer möglichst grossen wirksamen Oberfläche besteht der Tauchkörper 3 aus Wendeln 11, die radial nach aussen derart aufgewickelt sind, dass sie einen schneckenförmigen Tauchtropfkörper bilden. In den Figuren sind die einzelnen Gänge 12 des schnecken förmigen Tauchtropfkörpers des der Einfachheit halber aneinander gezeichnet. Tatsächlich weisen sie jedoch einen mehr oder weniger grossen Abstand auf.
Diese Wendeln sind vorzugsweise aus einem Kunst stoffband gefertigt. Statt der aufgewickelten Wendeln können auch entsprechend perforierte und geformte Scheiben verwendet werden, die einen radialen Schnitt aufweisen, aufgebogen und jeweils mit den benachbarten Scheiben derart verbunden sind, dass sie ebenfalls einen schneckenförmigen Tauchtropfkörper bilden.
Zur Anpassung des Tauchtropfkörpers an den geforderten Reinigungsgrad und an den Grad der Verschmutzung des Abwassers kann dieser durch Ver kürzung oder Verlängerung beliebig angepasst werden. Der Schlammräumer 4 ist als eine Wendel ausgebil det, die den Boden 2 des Troges vorzugsweise vollständig bestreicht und dabei den Schlamm entgegen der Strö mungsrichtung des Abwassers durch die Öffnung in den Faulraum 5 befördert.
Der Schlammräumer 4 wird zweckmässig auf der Welle 14 des Tauchtropfkörpers 3 befestigt und ist mit letzterem starr verbunden, so dass für Schlammräumer 4 und Tauchtropfkörper 3 nur ein Antrieb 15 notwendig ist.
Es ist aber auch möglich, zur Erzielung eines besonderen Effektes den Räumer 4 lose auf der Welle 14 anzuordnen und getrennt von dem Tauchtropfkörper anzutreiben, wobei Tauchtropfkörper und Räumer ge genläufig arbeiten können. Die Fig.3 und 4 zeigen ebenfalls eine mechanisch-biologische Kläranlage, bei der der Faulraum 5 weggelassen ist und statt dessen zum Ausheben des Schlammes ein oder mehrere Schlamm schöpfer 16 am Ende des Räumers 4 vorgesehen sind, die den Schlamm in einen Schlammablaufkanal 17 heben.
Die Klärung des Abwassers in einer der biologisch mechanischen Anlagen nach den Fig. 1 bis 4 erfolgt in der Weise, dass zunächst das Abwasser durch den Zulauf 6 in das Vorklärbecken 8 gelangt, wo sich die Schwebestoffe langsam absetzen. Anschliessend durch strömt das so vorgeklärte Abwasser den Tauchtropfkör- per 3 in axialer Richtung, d.h. es wird durch die Rotation des schneckenförmigen Tauchtropfkörpers gefördert, wobei es sich teilweise in den zwischen den einzelnen Gängen vorhandenen Räumen befindet und teilweise die porösen Schneckenflächen direkt durchfliesst.
Je nach der Neigung der die Schneckenflächen bildenden radial aneinandergereihten Wendeln kann das Durchfliessen der Schneckenflächen mehr oder weniger stark sein. Auf dem sich langsam drehenden Tauchtropfkörper wächst auf der Oberfläche ein biologischer Rasen. Dieser Rasen absorbiert während des Eintauchens die im Abwasser enthaltenen organischen Schmutzstoffe, um sie zu einem Teil zu oxydieren, zum anderen Teil in Körper eigene Substanz, also im wesentlichen in neuen biologischen Rasen überzuführen. Der zur Lebensfähigkeit der Orga nismen nötige Sauerstoff wird nach dem Auftauchen von der nassen Oberfläche des biologischen Rasens von der Luft aufgenommen.
Das durch den Tauchtropfkörper fliessende Abwasser enthält einen Teil der bei diesem Prozess entstandenen Stoffwechselprodukte und den überschüssigen, ständig nachwachsenden biologischen Rasen. Dieser Schlamm setzt sich teilweise im Raum des Tauchtropfkörpers 3 und zum anderen Teil im Nachklär- becken 9 ab. Während des Prozesses entstehender Schlamm wird von dem Schlammräumer 4 kontinuierlich entgegen der Strömungsrichtung des Abwassers gefördert und gelangt entweder in den Faulraum 5 oder wird über den Schlammschöpfer 16 gehoben.
In Fig.5 ist ein weiteres sehr vorteilhaftes Ausfüh rungsbeispiel der erfindungsgemässen mechanisch-biolo- gischen Kläranlage dargestellt, die analog den in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Anlagen funktioniert. Die Anlage weist ein Ausgleichsbecken 18, eine biologische Stufe 19 mit Tauchtropfkörper 3 und ein Nachklärbecken 9, welche zu einer Einheit zusammengebaut sind.
Die ganze Anlage ist in einem Trog 1 mit halbzylindrischem Boden angeordnet, in dem das Ausgleichsbecken durch eine Wand 20 von der biologischen Stufe 19 und letztere durch eine weitere Wand 21 vom Nachklärbecken 9 getrennt sind. Trog und Wandteile können aus Beton oder aus vorzugsweise korrosionsbeständigem Blech gefertigt sein. Das Abwasser gelangt von einem nicht dargestellten Vorklärbecken über einen Zulauf 22 in das Ausgleichs becken 18, in dem es von einem rotierenden Schöpfer 23 portionsweise in eine Zulaufrinne 24 zur biologischen Stufe geschöpft wird. Der Schöpfer 23 ist starr auf der gleichen Welle 25 angeordnet, die auch den Tauchtropf körper 3 trägt und rotiert mit diesem.
Das Ausgleichs becken 18 und die Schöpfeinrichtung sind so ausgelegt, dass sie die im Normalfalle auftretenden Schwankungen im Abwasserzulauf aufzunehmen und auszugleichen vermögen, d.h. die während 24 Stunden anfallende Abwassermenge wird gepuffert und portionsweise der Tauchtropfkörperstufe zugegeben, so dass letztere immer gleich belastet ist. Bei einem zufällig auftretenden, das Fassungsvermögen des Ausgleichsbalkens übersteigenden Abwasseranfall, kann letzteres über einen Überlauf 26 direkt vom Ausgleichsraum in die biologische Stufe strömen.
Die biologische Stufe 19 wird gebildet durch den Trog 1, die beiden Wandungen 20 und 21 und durch den Tauchtropfkörper 3, der auf der Welle 25 befestigt ist, letztere wird von einem Motor 27 unter Zwischenschal tung eines Getriebes, beispielsweise eines Kettengetriebes 28, angetrieben. Der Tauchtropfkörper besteht aus einer Schnecke 29, die eine geringe Steigung aufweist. Die einzelnen Schneckenflächen sind voll, d.h. also undurch lässig, und im wesentlichen glatt ausgeführt, so dass der Tauchtropfkörper bei seiner Rotation nur einen sehr geringen Widerstand aufweist.
Zur Erhöhung der Haftfä higkeit des biologischen Rasens können die Schnecken flächen aufgerauht sein, wodurch der Widerstand des Tauchtropfkörpers nicht beeinflusst wird, da diese Aufrauhung keinesfalls grösser ist als die durch den biologischen Rasen gegebene Unebenheit. Die Schnek- kenflächen bestehen vorzugsweise aus Kunststoff.
Zwi schen Tauchtropfkörper und Tragboden wird zweckmäs- sig ein geringer Spalt frei gehalten, der einen gewissen Rücklauf des Abwassers am Rande des schneckenförmi gen Tauchtropfkörpers, also eine Zirkulation, ermög licht.
Das Abwasser wird durch den schneckenförmigen Tauchtropfkörper bei dessen Rotation gefördert, dabei kommt es mit immer neuen Schneckengängen in Berüh rung und wird kontinuierlich gereinigt. Wesentlich ist bei dieser wie auch bei den Anlagen gemäss den Fig. 1 bis 4, dass das Abwasser zwangsläufig mit neuen Schnecken gängen in Berührung kommt, die jeweils mit anderen dem Grad der Reinigung entsprechenden Mikroorganis men bewachsen sind. Das Abwasser kommt also in ein und demselben Tauchtropfkörper mit allen für eine restlose Reinigung erforderlichen Arten biologischer Mikroorganismen in Berührung.
Die Verweilzeit in der biologischen Stufe wird im vorliegenden Beispiel praktisch durch die vom Schöpfer 23 pro Zeiteinheit zugegebene Abwassermenge bestimmt, da am Auslauf nur eine letztere entsprechende Menge gereinigtes Abwasser abfliessen kann.
Um die Zirkulation in der biologischen Stufe zu verändern, kann die Umdrehungszahl pro Zeiteinheit des Tauchtropfkörpers und unter Umständen auch der Auslauf 30 aus der biologischen Stufe mittels eines Schiebers 31 gedrosselt werden. Bei erhöhter Tourenzahl des Tauchtropfkörpers ist dessen Förderleistung grösser als die durch den Schöpfer 23 bestimmte Durchsatzmen- ge pro Zeiteinheit, so dass das Abwasser dem Förderweg des Tauchtropfkörpers nicht mehr folgen kann und deshalb zwischen dem durch Tauchtropfkörper und Trog gebildeten Spalt teilweise zurückströmt,
wodurch es entweder erneut mit dem Tauchtropfkörper oder aber mit vorhergehenden Gängen des Tauchtropfkörpers in Berührung kommt und dadurch nachgereinigt wird. Der im vorliegenden Beispiel erforderliche Spalt ist bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 4 nicht erforderlich, da dort der Tauchtropfkörper durchlässig ist und somit das Abwasser im Falle eines Rückstaues direkt axial durch den Tauchtropfkörper durchtreten kann.
Aus der biologischen Stufe 19 tritt das Abwasser durch den Auslauf 30 in das Nachklärbecken 9, das durch eine Wand 32 in einen Schöpfraum 33 und das eigentliche Abklärbecken 9a unterteilt wird. Diese Anordnung ist sehr vorteilhaft, da dann nicht das ganze im Nachklärbecken befindliche Abwasser durch die Schöpfbewegung eines den abgesessenen Schlamm heben den Schöpfers 34 in Turbulenz gerät. Im eigentlichen Abklärraum 9a bleibt das Abwasser immer ungestört und der Schlamm kann sich absetzen und rutscht über den geneigten Boden 35 in den Schöpfraum 33.
Von dort wird der Schlamm, wie bereits erwähnt, mittels des Schöpfers 34, der ebenfalls starr auf der Welle des Tauchtropfkörpers befestigt ist, gehoben und in die Ablaufrinne 36 gefördert. Das nachgeklärte Abwasser läuft über den Überfall 37 in den Ablauf 38.
Die in Fig. 5 dargestellte Anlage ist insbesondere für Kleinanlagen bis zu 100 Einwohnergleichwerten, d.h. für die von Wohngemeinschaften mit insgesamt 100 Perso nen anfallende Abwassermenge, geeignet. Bei einer für 6 Einwohnergleichwerte ausgeführten Anlage wies der schneckenförmige Tauchtropfkörper bei einem Durch messer von 1000 mm 27 Gänge mit einer Steigung von 25 mm auf. Die Umdrehungszahl des Tauchtropfkörpers lag zwischen 3 bis 5 Umdrehungen pro Minute. Der Spalt zwischen Tauchtropfkörper und Trogboden betrug unge fähr 10 mm.
Der schneckenförmige Tauchtropfkörper nach Fig. 5 ist auch für Kläranlagen über 100 Einwohnergleichwerte geeignet, wobei dann kein Ausgleichsraum vorhanden ist, sondern die Zuführung und Dosierung des Abwassers von einem getrennt von der biologischen Stufe aufgestell ten Vorklärbecken erfolgt. Auch das Nachklärbecken wird in getrennter Ausführung vorgesehen.
Zu vorliegenden Ausführungsbeispielen sind zahlrei che Modifikationen möglich.
So kann der Trogboden und dementsprechend der Tauchkörper eine kegelstumpfförmige Form aufweisen, die sich je nach der gewünschten Wirkung zum Zulauf oder zum Ablauf hin verjüngern kann. Bei letzterer Ausführungsform kann auf einen Schlammräumer ver zichtet werden, da der Schlamm durch das Gefälle in Bewegung gerät und in den Faulraum wandert. Ander seits kann durch eine derartige Ausgestaltung eine Anpassung an den Verschmutzungsgrad erreicht werden, in dem beispielsweise dort, wo eine starke Verstopfungs gefahr bestehen könnte, der verjüngte Teil des Tauchkör pers angeordnet wird.
Weiter kann die Anlage geneigt aufgestellt werden, um den Schlammtransport zu bewirken oder zu erleich tern, oder aber der Tauchtropfkörper ist ähnlich dem Beispiel der Fig.5 so ausgestaltet und/oder rotiert so schnell, dass der Schlamm sich in der biologischen Stufe nicht absetzen kann, sondern ins Nachklärbecken wan dert, sich erst dort absetzt und dort beseitigt werden kann.
Die Anlage kann beispielsweise, je nach der Grösse der Anlage und den geforderten Bedingungen, auch nur mit Vorklärung oder nur mit Nachklärung oder ohne beide Einrichtungen ausgestaltet sein und verwendet werden, wobei dann Vorklärbecken oder Nachklärbecken in getrennter Ausführung vorzusehen sind.