CH671571A5 - Filter bed for waste water treatment - planted with nitrophilic aquatic plants for denitrification and iron scrap for phosphate pptn. - Google Patents

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CH671571A5
CH671571A5 CH957/87A CH95787A CH671571A5 CH 671571 A5 CH671571 A5 CH 671571A5 CH 957/87 A CH957/87 A CH 957/87A CH 95787 A CH95787 A CH 95787A CH 671571 A5 CH671571 A5 CH 671571A5
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CH
Switzerland
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filter
area
plant
layer
infiltration
Prior art date
Application number
CH957/87A
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German (de)
Inventor
Johannes Heeb
Original Assignee
Zentrum Fuer Angewandte Oekolo
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/30Aerobic and anaerobic processes
    • C02F3/302Nitrification and denitrification treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

Abstract

Waste water treatment appts. comprises a filter bed planted with nitrophilic aquatic plants. The filter bed comprises (a) an upper layer comprising coarse particulates (ranging from sand to gravel) and iron scrap, penetrated by inlet pipes; (b) an intermediate gravel layer; and (c) a lower layer of fine loamy soil provided with drainage pipes. The appts. also includes means for controlling the water level in the bed. ADVANTAGE - N cpds. in the waste water are nitrified in the aerobic upper layer and denitrified (with release of N2) in the anaerobic lower layer. These actions are promoted by the 'Rhizosphere effect' of the plant roots. The iron scrap promotes pptn. of phosphates and the bed also has a mechanical filtering action.

Description

       

  
 



   BESCHREIBUNG



   Die Erfindung betrifft eine Anlage zur naturnahen Abwasserreinigung und ein Verfahren zu ihrem Betrieb.



   Insbesondere im ländlichen Raum verursacht der Anschluss an die üblichen Kläranlagen hohe Anschlusskosten.



  Eine brauchbare Alternative steht aber derzeit nicht zur Verfügung, so dass man sich mit unbefriedigenden Lösungen abgeben muss, wenn man die hohen Kosten vermeiden will.



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine auch wirtschaftlich vorteilhafte Anlage zur naturnahen Abwasserreinigung zu schaffen, welche dezentral einsetzbar ist.



   Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Anspruch 1 gekennzeichnete Anlage und das im Anspruch 19 gekennzeichnete Verfahren zu ihrem Betrieb vorgeschlagen.



   Die erfindungsgemässe Anlage hat folgende Vorteile:  - Hohe Anschlusskosten an vorhandene Kläranlagen entfallen.  



   - Das Abwasser kann an Ort und Stelle gereinigt und in den lokalen Wasserhaushalt zurückgeführt werden.



   - Die Naturnähe der Anlage bewirkt eine geringe Störanfälligkeit durch die Pufferwirkung der natürlichen Bodensubstrate in allen Schichten.



   - Der Energieverbrauch ist bescheiden: Er kann sich auf den Betrieb einer Abwasserpumpe beschränken.



   In der erfindungsgemässen Anlage kann der Abbau der Stoffe durch mechanische, biologische und chemische Prozesse im gleichen Filter erfolgen, wobei man die einzelnen Vorgänge nicht wissentlich voneinander zu trennen versteht.



   Die im Anspruch 1 genannte Schichtenfolge und das Vorhandensein der nitrophilen Wasserpflanzen ist, wie später noch verdeutlicht wird, sehr wesentlich.



   Im, vorwiegend aerobe Prozessbedingungen aufweisenden, Filter-Oberbereich können die Stickstoffverbindungen nitrifiziert werden. Danach können sie im, vorwiegend anaerobe Prozessbedingungen aufweisenden, Filter-Unterbereich denitrifiziert werden, so dass schliesslich molekularer Stickstoff als Gas entweichen kann.



   Damit bei der (später genauer besprochenen) Herstellung der Anlage die Pflanzen gut anwachsen und die Wurzeln nach unten gezogen werden, flutet man anfänglich den Filter während 2 bis 3 Monaten bis an die Infiltrationsbereiche hin und senkt das Wasserniveau schrittweise ab, was den Bakterienbewuchs fördert und die Wurzeln der Wasserpflanzen sozusagen herunterzieht. Es entsteht dabei auch ein weiterer Bewuchs autogen. Nach etwa 4 bis 5 Absenkungen erreicht man den im Bereich der Zwischenschicht N liegenden Normal-Wasserstand N. Jetzt ist die Anlage voll betriebsbereit.



   Die Beschickung der Anlage mit Abwasser wird in Intervallen vorgenommen, wobei man pro Intervall und pro Quadratmeter Filterfläche höchstens 10 Liter Abwasser einbringt.



   Man sollte   eine Filterlläche    von 2 bis 4 Quadratmetern pro EGW (Einwohnergleichwert) vorsehen.



   Für die Bepflanzung sind folgende Pflanzen verwendbar: - Schoenoplectus lacustris, - Thypha latifolia, - weitere Thypha Arten, - Phragmites communis, - Junkus effusus, - Junkus inflexus, - weitere Junkus Arten, - Sparganium Arten.



   Es eignen sich auch alle stickstofftoleranten Pflanzen, welche einen teilweisen bis ganzen Wasserüberstau im Wurzelbereich tolerieren.



   Man kann mehrere Filter vorsehen, so dass man zeitweise einzelne Filter ausser Betrieb setzen kann, wobei man 2 Quadratmeter Filterfläche pro EGW beibehalten sollte.



   Man kann zu ähnlichem Zwecke auch nur die Kunststoff-Folie zur Unterteilung eines Filters hochziehen.



   Bei Verwendung mehrerer Filter sollte man eine Abwasserverteileinrichtung nach der Pumpe vorsehen.



   Selbst wenn man mechanisch nicht vorgereinigtes Abwasser in die Anlage einleitet, verringert der Filter-Oberbereich C die Gefahr einer Verstopfung, wenn man die Anlage mit einer herkömmlichen Anlage mit direkter Einleitung in das Feinmaterial vergleicht.



   Der aus dem Abwasser im Filter festgehaltene organische Kohlenstoff kann durch bakterielle Veratmung aus ihm entfernt werden, so dass eine kontinuierliche Regeneration des Filters erfolgen kann.



   Der Filter zeigt einen biotopähnlichen Charakter und kann optimal in eine Landschaft eingepasst werden. Weil man das Abwasser vertikal infiltriert, ist man in der Wahl der Grundrissform des Filters weitgehend frei. Aber die Rohrabstände sollten dabei genau eingehalten werden.



   Wenn man eine sogenannte Komposttoilette verwendet, kann man die Abwasserfracht und die Abwassermenge verkleinern. Die Filterfläche pro EGW kann dann an die untere genannte Grenze gelegt werden. Man kann den Urin gesondert in Pissoirs abführen und dem mechanisch vorgereinigten Abwasser zusetzen, was den Vorteil hat, dass das C/N Verhältnis im Filterbereich in einem für die bakteriellen Reinigungsprozesse optimalen Bereich gelangt.



   Die Pflanzen durchwurzeln das Filtersubstrat und zeigen dabei unterschiedliche arttypische Wurzelbilder. Durch eine geeignete   Pflanzenkombination    kann eine gleichmässige Durchwurzelung erzeugt werden. Natürlich wird man dabei die gegenseitige Verträglichkeit der Pflanzen nicht ausser acht lassen.



   Die Art der Durchwurzelung wird von verschiedenen Autoren verschieden beurteilt. Umstritten sind die Auswirkungen des sogenannten Rhizosphäreneffekts. Darunter versteht man die im Wurzelraum höherer Pflanzen auftretende höhere Mikrorganismendichte. Dieser Effekt wird im wesentlichen auf ein von den Wurzeln ausgeschiedenes Wurzelesudat zurückgeführt. Der durch die Wurzeln ausgeschiedene Sauerstoff führt zudem auf den   Wurzeloberflächen    zu einer Milieudifferenzierung und daher zu einer weiteren Erhöhung der Artenvielfalt. Der Rizosphäreneffekt beeinflusst die Microorganismen sowohl qualitativ als auch quantitativ.



  Das Spektrum der ausgeschiedenen Stoffe ist art- und offenbar auch sortenspezifisch.



   Von grosser Bedeutung erscheint die schon besprochene Fähigkeit mancher Wasserpflanzen, in speziellen Luftleitgeweben (Aerenchymen) Sauerstoff in die sonst sauerstofffreien Wurzelbereiche dieser Pflanzen zu transportieren. Dies führt zu einer feinen Mosaikstruktur aerober (sauerstoffreicher) und anaerober (sauerstofffreier) Bereiche im Boden.



  Da viele Ab- bzw. Umbauprozesse bei der Abwasserreinigung (z.B. der Stickstoff-Verbindungen) ein engräumiges Zusammenwirken von Aerobiern (Bakterien der sauerstoffhaltigen Bereiche) und Anaerobieren (Bakterien der sauerstofffreien Bereiche) erfordern, stellt dieser Effekt eine Verbes serung der Reinigungsprozesse dar. Von untergeordneter Bedeutung dürfte die eigentliche Nährstoffaufnahme durch die Pflanzen sein. So weiss man heute, dass nur ca. 30% des gesamten Stickstoffs im Abwasser durch Pflanzen   aufgenom-    men wird, der grösste Teil (70%) wird jedoch über bakterielle Prozesse in Nitrat und anschliessend zum Teil in elementaren Stickstoff verwandelt und weiter an die Atmosphäre abgegeben.



   Die Rolle der Pflanzen bei der Abwasserreinigung kann also zusammenfassend als die eines Aktivators der Prozessbedingungen eingestuft werden.



   Man sollte die Pflanzen daher nach folgenden Kriterien auswählen:  - Sie sollen optimale Prozessbedingungen ermöglichen.



   -   -   Sie sollen die Standortbedingungen tolerieren.



   - Sie sollen gegenüber einem sehr hohen Überstau über einen längeren Zeitraum (bei Überstausystem) verträglich sein.



   - Sie sollen verträglich sein gegenüber einer starken Schwebstoffbelastung, welche Schwebstoffe in der Folgezeit durch die Pflanzen mineralisiert werden.



   - Sie sollen Verträglichkeit gegenüber hohem Angebot an Nährstoffen, insbesondere Stickstoff- und Phosphorverbindungen haben.



   -   -   Sie sollen gegenüber einer hohen Infiltration am Standort verträglich sein.



   - Sie sollen die Fähigkeit zur Mineralisierung anorganischer und organischer   Wasserinhaltstoffe    haben.  



   - Sie sollen die Fähigkeit zur Eliminierung wichtiger toxischer   Wasserinhaltstoffe    und Schwermetalle haben.



   - Sie sollen die Fähigkeit zur Ausbildung eines dichten Wurzel- und Rhizomgeflechts und somit eines dichten Wurzelhorizonts im Sinne eines biologischen Filters haben.



   - Sie sollen die Fähigkeit des Sauerstofftransports in den Wurzelraum haben.



   Die Durchlässigkeit des Filter-Substrats wird nebst der Durchwurzelung im wesentlichen durch Bodenart, Lagerungsdichte und durch den Anteil an organischer Substanz und Wurzeln bzw. Wühlgängen bestimmt.



   Die Mikroorganismen stellen neben den Pflanzen und neben dem Substrat einen weiteren wichtigen Systempartner bei der Abwasserreinigung in der erfindungsgemässen Anlage dar. Von grosser Bedeutung für die Mikroorganismenpopulation ist unbestritten die Mosaikstruktur aerober und anaerober Bereiche im Wurzelraum der Pflanzen. Dies ermöglicht eine räumlich enge Durchmischung von Aerobiern und Anaerobiern, was eine wichtige Voraussetzung für die Abbauprozesse ist.



   Die erfindungsgemässe Anlage stellt ein kleines Ökosystem dar, welches so gut wie möglich in die ihr übergeordnete Struktur eingepasst sein sollte. Bei der standortlichen Betrachtung sind vor allem die Faktoren Geländeklima, Vegetation, Bodenart des Untergrunds und die Meereshöhe (wegen Vegetationsphasen) von grosser Bedeutung. Um auch im Winter eine ausreichende Betriebssicherheit zu gewährleisten, sollte im schweizer Klima keine erfindungsgemässe Anlage in Höhenlagen über ca. 1800 m gebaut werden.



   Für den optimalen Betrieb einer erfindungsgemässen Anlage sind günstige geländeklimatische Voraussetzungen notwendig. Da das Geländeklima massgeblich von den lokalen Reliefbedingungen gesteuert wird, ist diesem Faktor besondere Aufmerksamkeit zu schenken. Der Standort sollte möglichst optimale Besonnungsverhältnisse aufweisen und nicht im Bereich von Kaltluftströmungen oder Kaltluftwannen liegen. Von Vorteil ist ein leicht geneigtes Gelände, da in solchen Fällen die Beschickung mit Hilfe des natürlichen Geländes möglich ist.



   Wenn am Ort eine natürliche Stauschicht (Ton- oder Lehmschicht) vorhanden ist, kann man auf eine künstliche Abdichtung der Anlage (z.B. mit Beton oder Kunststoffolie) verzichten. Eine Versickerung des gereinigten Wassers ist naturgemäss nur möglich, wenn eine dränfähige Schicht existiert. Das Substrat des Orts kann man nur dann als Filter verwenden, wenn der Boden ausreichende Durchlässigkeit besitzt.



   Es versteht sich, dass man das gereinigte Wasser nur dann einem Bach (Vorfluter) zuführen darf, wenn der Bach auch in Trockenzeiten ausreichende Wasserführung aufweist; bei geringen Wassermengen können bekanntlich schon kleine Restfrachtmengen (Schmutzfracht) zu einer Systemgefährdung führen.



   Um eine eventuelle Geruchsbelästigung zu vermeiden, sollte man einen ausreichenden Abstand (mindestens ca. 50 m) von menschlichen Wohnungen vorsehen. Wenn man nur Grauwasser als Abwasser behandelt, dürfte dieses Problem kaum von Bedeutung sein.



   Wenn immer möglich, sollte man das rohe Abwasser mechanisch vorklären, damit im Filter der Anlage keine Verstopfungsgefahr besteht. Man kann eine solche Vorklärung mit einer Komposttoilette kombinieren; das ersetzt aber nicht ein Absetzbecken.



   Man kann eine erfindungsgemässe Anlage beispielsweise in folgenden Fällen verwenden:  - Nachklärung für mechanisch-biologische Klärverfahren (zusätzliche Nitrifikation und Keimzahlsenkung).



   - Sanierung von Abwasserreinigungssystemen im Streusiedlungsbereich (Sickergruben, 3-Kammersysteme) durch nachgeschaltete erfindungsgemässe Anlagen.



   - Behandlung des Abwassers von abgelegenen Häusern mit Sommerspitzen (Berggasthäuser).



   -   -   Reinigung von Grundwasser oder urinhaltigem Grauwasser bei gleichzeitiger Anwendung von Komposttoiletten.



   - Entsorgung abgelegener Gebiete mit zu hohen Anschlusskosten an vorhandene Kanalisationssysteme.



   - Entsorgung von Einzelhäusern und Siedlungsteilen mit ungünstiger Anschlusslage an vorhandene Systeme.



   - Reinigung von Strassenabwassern.



   - Reinigung von mässig belasteten Industrie- und Deponieabwassern.



   - Reinigung von schwach belasteten Abwassern.



   -   -   Senkung von Nitrat- und Phosphatbelastungen im Zulaufwasser von Talsperren-Einzugsgebieten und Seen.



   - Reinigung von Abwasser aus Anlagen und Teichen der Fischzucht zum Zwecke der Wiederverwertung des Wassers in den Teichanlagen.



   -   -   Reinigung landwirtschaftlicher Abwasser.



   Die Erfindung wird nachstehend anhand der rein schematischen Zeichnung beispielsweise näher besprochen, wobei auch weitere Einzelheiten offenbar werden. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen quer zu den Röhren verlaufenden gebrochenen Querschnitt durch einen Filter,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Filter entlang einer Einleitröhre, und
Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Filter entlang einer Dränageröhre.



   In der Zeichnung bedeuten die Überweisungszeichen:
A Infiltrationssystem.



   B Dränagesystem.



   C Filter-Oberbereich (aerobe Sand-bis-Schotter-Schicht).



   D   D   Filter-Unterbereich (anaerobe Feinbodenschicht).



   E Isolierhügel (Teil von C).



   F Linsenbereich (Schotter in A).



   G Einleitröhre.



   H Dränageröhre.



     1      I   Wasserpflanzen.



   K Eisenschrott (in C).



   L Geotextilvlies (oben auf A und auf B).



   M Kunststoff-Folie.



   N Schotter-Zwischenschicht (zwischen C und D).



   O   O   Wasserspiegel (variabel einstellbar).



   P Querleitung (bei G).



   Q Querleitung (bei H).



   Zur Herstellung der Anlage wird man in der Regel eine Art Becken erzeugen, dessen Bodenfläche etwa 2 bis 4 Quadratmeter pro EGW betragen sollte. Das kann durch Ausheben einer Grube und/oder durch oberirdischen Beckenbau erfolgen. Wenn man eine Grube in einem wasserdichten Boden ausheben kann, braucht man keine Abdichtung aus Beton oder Kunststoff vorzusehen. Hier ist am Boden und an den Wandungen der (nicht bezeichneten) Grube ein Geotextilvlies L als Schutzschicht für die dichtende Kunststoff-Folie M ausgelegt. Ein weiteres Geotextilvlies L schützt die Kunststoff-Folie M innen.



   Die an ihrer Oberseite (nicht bezeichnete, aber in Fig. 3 sichtbare) Löcher aufweisenden Dränageröhren H aus PVC oder HPE mit ca. 100 mm lichter Weite werden in parallele Rinnen (nicht bezeichnet) gelegt und durch Querverbindungen Q (Fig. 3) wasserleitend miteinander verbunden. Sie werden mit einer Schotterschicht von 15 bis 20 cm Höhe und einer Breite von 50-60 cm überhäuft, mit der sie zusammen die Dränagesysteme B bilden. Jedes Dränagesystem B wird mit einem Geotextilvlies L oben (aber nicht seitlich) bedeckt, wodurch man das Einschwemmen von Feinmaterial und so  mit das Verstopfen der Dränagesysteme B verhindert. Die Dränagesysteme werden an einen nicht dargestellten Kontrollschacht angeschlossen, wo man den Wasserstand regeln kann.



   Nun wird die Filter-Unterschicht D aus einem humusfreien und nicht mehr als 35 Ton enthaltenden Feinboden, in einer Mächtigkeit von 40-50 cm eingebracht, und es werden darin 20 bis 30   Rhizomstücke    von Wasserpflanzen eingesetzt.



   Dann bringt man die 10 cm dicke Schotter-Zwischenschicht N mit einer Korngrösse von 10 bis 40 mm ein.



   Nun wird ein Teil der Sand bis Schotter enthaltenden Filter-Oberschicht C eingebracht, wobei man Mulden für die aus Schotter bestehenden Linsenbereiche F vorsieht. Auch ölfreier Eisenschrott K, z.B. Betoneisenabfall, wird in einer Menge von   2030    kg pro Quadratmeter Filterfläche eingebracht, um die Phosphatfällung zu steigern. Man bringt eine Unterschotterung von 20 cm pro Linsenbereich L ein und verlegt in jeden Linsenbereich L eine der gelochten Einleitröhren G parallel zueinander in einem seitlichen Abstand von   130170    cm. (Abstand von Filterrand 80   cm)    aber mit einem seitlichen Versatz von 65-85 cm zu den Dränageröhren H, so dass ein Wasserkurzschluss ausgeschlossen werden kann.

  Die Einleitröhren G sind 100 cm über dem Filterboden und haben an der Unterseite Löcher von 6 bis 10 mm Durchmesser in einem Abstand von 50 bis 100 cm; sie sind durch eine Querverbindung P wasserleitend verbunden und an eine Beschickungseinrichtung zu Zufuhr von Abwasser (auch Grauwasser gilt als Abwasser) angeschlossen. Diese Beschickungseinrichtung kann eine mechanische Vorreinigung (Absetzbecken) umfassen, wobei Pumpmittel zum in   termittierenden    Zuführen des Abwassers vorgesehen sind.



  Dieses intermittierende Beschicken der Anlage ist von einiger Bedeutung, weil es Verarbeitungszyklen schafft, die die Leistung des Filters bedeutsam beeinflussen. Man vervollständigt die Linsenbereiche F (maximale Querabmessung 80 cm) und bedeckt die dadurch fertiggestellten Dränagesysteme A mit einem Geotextilvlies L, damit kein Feinmaterial eingeschwemmt werden kann. Die Überschotterung der Einleitröhren G hat hier eine Mächtigkeit von 10 cm. Man pflanzt weitere Rhizome im Filter-Oberbereich C und füllt diesen so auf, wie es die Fig. 1 zeigt, wobei man Isolierhügel E von 20 bis 25 cm erzeugt, die die Infiltrationsbereiche A vor dem Einfrieren schützen. Die Korngrösse des Sand-Schotter-Materials liegt zwischen 3 und 20 cm, wobei man kantige Körner weniger bevorzugt als gerundete. Die Mächtigkeit des Filter-Oberbereichs wird auf 40 bis 50 cm bemessen.



   Die gezeichnete Anlage wird wie folgt betrieben:  - Anfänglich flutet man den Filter während 2 bis 3 Monaten bis an die Infiltrationsbereiche hin, damit die Pflanzen gut anwachsen und sich eine Mikroflora bildet.



   - Dann senkt man das Wasserniveau schrittweise ab, was den Bakterienbewuchs fördert und die Wurzeln der Wasserpflanzen sozusagen herunterzieht.



   - Nach etwa 4 bis 5 Absenkungen erreicht man den im Bereich der Zwischenschicht N liegenden Normal-Wasserstand N.



   - Jetzt ist die Anlage voll betriebsbereit.



   Neben den   gepflanzten    Pflanzen wachsen auch von selbst Pflanzen an.



   Die Beschickung der Anlage mit Abwasser wird in Intervallen vorgenommen, wobei man pro Intervall und pro Quadratmeter Filterfläche höchstens 10 Liter Abwasser einbringt.



   Man sollte eine Filterfläche von 2 bis 4 Quadratmetern pro EGW (Einwohnergleichwert) vorsehen.



   Für die Bepflanzung sind die weiter vorne aufgeführten Pflanzen verwendbar.



   Man kann, wie weiter vorne ausgeführt wurde, mehrere Filter sozusagen parallel vorsehen, wobei die bereits genannten Vorteile auftreten.



   Auch die anderen, weiter vorne gemachten Angaben sind beim gezeichneten Filter zutreffend, sie sollen hier aber nicht nochmals wiederholt werden.



   Auf diese Weise ist die eingangs geschilderte Erfindungsaufgabe mit der gezeichneten Anlage in jeder Hinsicht lösbar, und die vorstehend genannten Vorteile sind alle erreichbar. 



  
 



   DESCRIPTION



   The invention relates to a plant for natural wastewater treatment and a method for its operation.



   Especially in rural areas, the connection to the usual sewage treatment plants causes high connection costs.



  A viable alternative is currently not available, so you have to deal with unsatisfactory solutions if you want to avoid the high costs.



   The invention has for its object to provide an economically advantageous plant for natural wastewater treatment, which can be used decentrally.



   To achieve this object, the system characterized in claim 1 and the method characterized in claim 19 for its operation are proposed.



   The plant according to the invention has the following advantages: - High connection costs to existing sewage treatment plants are eliminated.



   - The wastewater can be cleaned on the spot and returned to the local water balance.



   - The plant's proximity to nature results in a low susceptibility to faults due to the buffer effect of the natural soil substrates in all layers.



   - Energy consumption is modest: it can be limited to operating a wastewater pump.



   In the plant according to the invention, the substances can be broken down by mechanical, biological and chemical processes in the same filter, the individual processes not knowingly being separated from one another.



   The layer sequence mentioned in claim 1 and the presence of the nitrophilic aquatic plants is, as will be explained later, very essential.



   The nitrogen compounds can be nitrified in the filter area, which has predominantly aerobic process conditions. They can then be denitrified in the filter sub-area, which has predominantly anaerobic process conditions, so that molecular nitrogen can finally escape as a gas.



   To ensure that the plants grow well and the roots are pulled down during the (later discussed in more detail) manufacture of the plant, the filter is initially flooded for 2 to 3 months to the infiltration areas and the water level is gradually lowered, which promotes bacterial growth and pulls the roots of the aquatic plants down, so to speak. There is also a further autogenous growth. After about 4 to 5 reductions, the normal water level N is reached in the area of the intermediate layer N. Now the system is fully operational.



   The system is fed with waste water at intervals, with a maximum of 10 liters of waste water being introduced per interval and per square meter of filter area.



   A filter area of 2 to 4 square meters per EGW (equivalent population) should be provided.



   The following plants can be used for planting: - Schoenoplectus lacustris, - Thypha latifolia, - other Thypha species, - Phragmites communis, - Junkus effusus, - Junkus inflexus, - other Junkus species, - Sparganium species.



   All nitrogen-tolerant plants are also suitable, as they tolerate partial to complete water overflow in the root area.



   Several filters can be provided so that individual filters can be temporarily deactivated, whereby 2 square meters of filter area per EGW should be maintained.



   For a similar purpose, you can only pull up the plastic film to divide a filter.



   If several filters are used, a wastewater distribution device should be provided after the pump.



   Even if wastewater that has not been mechanically pre-cleaned is introduced into the system, the upper filter area C reduces the risk of clogging if you compare the system with a conventional system with direct discharge into the fine material.



   The organic carbon trapped in the filter from the waste water can be removed by bacterial respiration, so that the filter can be continuously regenerated.



   The filter shows a biotope-like character and can be optimally fitted into a landscape. Because the wastewater is infiltrated vertically, you are largely free to choose the shape of the filter. But the pipe distances should be strictly observed.



   If you use a so-called composting toilet, you can reduce the wastewater load and the amount of wastewater. The filter area per EGW can then be set to the lower limit mentioned. The urine can be drained separately into urinals and added to the mechanically pre-cleaned wastewater, which has the advantage that the C / N ratio in the filter area reaches an area that is optimal for the bacterial cleaning processes.



   The plants root through the filter substrate and show different root patterns typical of the species. With a suitable combination of plants, even rooting can be achieved. Of course, the mutual compatibility of the plants will not be neglected.



   The type of rooting is assessed differently by different authors. The effects of the so-called rhizosphere effect are controversial. This refers to the higher density of microorganisms occurring in the root area of higher plants. This effect is essentially attributed to a root exudate secreted by the roots. The oxygen excreted by the roots also leads to a differentiation of the milieu on the root surfaces and therefore to a further increase in biodiversity. The rizosphere effect affects the microorganisms both qualitatively and quantitatively.



  The spectrum of the excreted substances is species-specific and apparently also variety-specific.



   Of great importance is the already discussed ability of some aquatic plants to transport oxygen into the otherwise oxygen-free root areas of these plants in special air guiding tissues (aerenchymas). This leads to a fine mosaic structure of aerobic (oxygen-rich) and anaerobic (oxygen-free) areas in the ground.



  Since many dismantling or remodeling processes in wastewater treatment (e.g. nitrogen compounds) require a close interaction between aerobes (bacteria in the oxygen-containing areas) and anaerobes (bacteria in the oxygen-free areas), this effect represents an improvement in the cleaning processes The actual nutrient uptake by the plants should be of importance. It is known today that only approx. 30% of the total nitrogen in wastewater is absorbed by plants, but the majority (70%) is converted into nitrate and then partly into elemental nitrogen via bacterial processes and then into the atmosphere submitted.



   In summary, the role of plants in wastewater treatment can be classified as that of an activator of the process conditions.



   The plants should therefore be selected according to the following criteria: - They should enable optimal process conditions.



   - - You should tolerate the site conditions.



   - They should be compatible with a very high overflow over a longer period of time (with overflow system).



   - They should be compatible with a high level of suspended matter, which suspended matter will subsequently be mineralized by the plants.



   - They should be compatible with a wide range of nutrients, especially nitrogen and phosphorus compounds.



   - - They should be compatible with high infiltration at the site.



   - They should have the ability to mineralize inorganic and organic water components.



   - They should have the ability to eliminate important toxic water constituents and heavy metals.



   - They should have the ability to form a dense network of roots and rhizomes and thus a dense root horizon in the sense of a biological filter.



   - They should have the ability to transport oxygen to the root area.



   In addition to root penetration, the permeability of the filter substrate is essentially determined by the type of soil, the density of storage and the proportion of organic matter and roots or burrows.



   In addition to the plants and the substrate, the microorganisms represent another important system partner for wastewater treatment in the plant according to the invention. The mosaic structure of aerobic and anaerobic areas in the root area of the plants is undoubtedly of great importance for the microorganism population. This enables spatially close mixing of aerobes and anaerobes, which is an important prerequisite for the degradation processes.



   The plant according to the invention represents a small ecosystem which should be fitted as well as possible into the structure above it. When considering the location, the factors of the terrain climate, vegetation, type of soil and the sea level (due to vegetation phases) are of great importance. In order to ensure adequate operational safety even in winter, no system according to the invention should be built at higher altitudes above approx. 1800 m in the Swiss climate.



   Favorable terrain-climatic conditions are necessary for the optimal operation of a system according to the invention. As the terrain climate is largely controlled by the local relief conditions, special attention should be paid to this factor. The location should have the best possible tanning conditions and should not be in the area of cold air flows or cold air trays. A slightly inclined area is advantageous, because in such cases loading with the help of the natural area is possible.



   If there is a natural damming layer (clay or loam layer) on site, you can do without an artificial sealing of the system (e.g. with concrete or plastic film). Infiltration of the purified water is naturally only possible if there is a drainable layer. The substrate of the site can only be used as a filter if the soil has sufficient permeability.



   It goes without saying that the purified water may only be fed into a stream (receiving water) if the stream has sufficient water flow even in dry periods; with small amounts of water, as is well known, even small residual loads (dirt load) can endanger the system.



   In order to avoid any unpleasant smells, a sufficient distance (at least approx. 50 m) from human homes should be provided. If only gray water is treated as wastewater, this problem should hardly be significant.



   Whenever possible, the raw wastewater should be mechanically clarified so that there is no risk of clogging in the system filter. You can combine this kind of clarification with a composting toilet; but that does not replace a sedimentation tank.



   A system according to the invention can be used, for example, in the following cases: - Clarification for mechanical-biological clarification processes (additional nitrification and reduction in the number of bacteria).



   - Rehabilitation of wastewater treatment systems in the area of scattered settlements (septic tanks, 3-chamber systems) through downstream systems according to the invention.



   - Treatment of wastewater from remote houses with summer peaks (mountain inns).



   - - Purification of groundwater or urine-containing gray water while using compost toilets.



   - Disposal of remote areas with excessive connection costs to existing sewer systems.



   - Disposal of detached houses and parts of settlements with an unfavorable connection to existing systems.



   - Street wastewater treatment.



   - Purification of moderately polluted industrial and landfill waste water.



   - Cleaning of slightly contaminated wastewater.



   - - Reduction of nitrate and phosphate pollution in the inlet water of dam catchment areas and lakes.



   - Purification of waste water from plants and ponds of fish farming for the purpose of recycling the water in the pond systems.



   - - Treatment of agricultural wastewater.



   The invention is discussed in more detail below with reference to the purely schematic drawing, for example, further details also being disclosed. The drawing shows:
1 shows a broken cross-section running transversely to the tubes through a filter,
Fig. 2 shows a longitudinal section through the filter along an inlet tube, and
Fig. 3 shows a longitudinal section through the filter along a drainage tube.



   In the drawing, the transfer symbols mean:
A infiltration system.



   B drainage system.



   C Upper filter area (aerobic sand-to-gravel layer).



   D D filter sub-area (anaerobic fine soil layer).



   E Isolation hill (part of C).



   F lens area (gravel in A).



   G inlet tube.



   H drainage tube.



     1 I aquatic plants.



   K scrap iron (in C).



   L Geotextile fleece (on top of A and on B).



   M plastic film.



   N gravel intermediate layer (between C and D).



   O O water level (variably adjustable).



   P cross line (at G).



   Q cross line (at H).



   To produce the system, you will generally create a kind of pool, the floor area of which should be about 2 to 4 square meters per EGW. This can be done by digging a pit and / or by building a pool above ground. If you can dig a pit in a waterproof floor, there is no need to provide a concrete or plastic seal. Here, a geotextile fleece L is designed as a protective layer for the sealing plastic film M on the floor and on the walls of the pit (not designated). Another geotextile fleece L protects the plastic film M inside.



   The drainage tubes H made of PVC or HPE with a clear width of approximately 100 mm are placed on their top (not labeled, but visible in FIG. 3) and are laid in parallel channels (not labeled) and are water-conducting to one another by cross connections Q (FIG. 3) connected. They are covered with a layer of gravel 15 to 20 cm high and 50-60 cm wide, with which they form the drainage systems B. Each drainage system B is covered with a geotextile fleece L on the top (but not on the side), which prevents fine material from being washed in and thus prevents the drainage systems B from becoming blocked. The drainage systems are connected to a control shaft, not shown, where you can regulate the water level.



   Now the filter underlayer D from a humus-free and no more than 35 clay-containing fine soil is applied with a thickness of 40-50 cm, and 20 to 30 rhizome pieces of aquatic plants are used therein.



   Then the 10 cm thick intermediate layer of gravel N with a grain size of 10 to 40 mm is introduced.



   Now a part of the filter upper layer C containing sand to gravel is introduced, whereby troughs are provided for the lens areas F consisting of gravel. Oil-free scrap iron K, e.g. Concrete iron waste is introduced in an amount of 2030 kg per square meter of filter area in order to increase the phosphate precipitation. A 20 cm lower bulkhead is introduced per lens area L and one of the perforated inlet tubes G is laid in parallel in each lens area L at a lateral distance of 130 170 cm. (Distance from the filter edge 80 cm) but with a lateral offset of 65-85 cm to the drainage pipes H, so that a water short circuit can be excluded.

  The inlet tubes G are 100 cm above the filter base and have holes from 6 to 10 mm in diameter on the underside at a distance of 50 to 100 cm; they are connected in a water-conducting manner by a cross-connection P and are connected to a feed device for the supply of waste water (gray water is also considered waste water). This loading device can comprise a mechanical pre-cleaning (sedimentation basin), pumping means being provided for the supply of the wastewater in a timed manner.



  This intermittent loading of the system is of some importance because it creates processing cycles that significantly affect the performance of the filter. The lens areas F (maximum transverse dimension 80 cm) are completed and the resulting drainage systems A are covered with a geotextile fleece L so that no fine material can be washed in. The gravel of the inlet tubes G has a thickness of 10 cm. Further rhizomes are planted in the upper filter area C and filled up as shown in FIG. 1, producing bumps E of 20 to 25 cm which protect the infiltration areas A from freezing. The grain size of the sand-gravel material is between 3 and 20 cm, with angular grains being less preferred than rounded ones. The thickness of the upper filter area is measured at 40 to 50 cm.



   The system shown is operated as follows: - Initially, the filter is flooded to the infiltration areas for 2 to 3 months so that the plants grow well and a microflora forms.



   - Then you gradually lower the water level, which promotes bacterial growth and pulls the roots of the aquatic plants down, so to speak.



   - After about 4 to 5 depressions, the normal water level N in the area of the intermediate layer N is reached.



   - The system is now fully operational.



   In addition to the plants planted, plants also grow on their own.



   The system is fed with waste water at intervals, with a maximum of 10 liters of waste water being introduced per interval and per square meter of filter area.



   A filter area of 2 to 4 square meters per EGW (equivalent population) should be provided.



   The plants listed above can be used for planting.



   As was explained earlier, several filters can be provided in parallel, so to speak, whereby the advantages already mentioned occur.



   The other information given earlier also applies to the drawn filter, but it should not be repeated here.



   In this way, the object of the invention described in the introduction can be solved in all respects with the system shown, and the advantages mentioned above can all be achieved.


    

Claims (21)

  1. PATENTANSPRÜCHE 1. Anlage zur naturnahen Abwasserreinigung, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen mit nitrophilen Wasserpflanzen (I) bepflanzten Filter aufweist, in dessen Infiltrationsbereich (A) Einleitröhren (G) hineinführen, welcher Filter einen Sand bis Schotter und Eisenschrott (K) enthaltenden Filter-Oberbereich (C) mit vorwiegend aeroben Prozessbedingungen und einen vom Filter-Oberbereich (C) durch eine Schotter-Zwischenschicht (N) getrennten lehmigen Feinboden als Filter-Unterbereich (D) mit vorwiegend anaeroben Prozessbedingungen aufweist, aus welchem Filter Dränageröhren (H) herausführen, wobei Mittel zur wahlweisen Einstellung des Wasserspiegels (0) vorgesehen sind.  PATENT CLAIMS 1. Plant for near-natural wastewater treatment, characterized in that it has a filter planted with nitrophilic aquatic plants (I), into the infiltration area (A) of which inlet tubes (G) lead, which filter contains a filter upper area containing sand to rubble and scrap iron (K) (C) with predominantly aerobic process conditions and a loamy fine soil separated from the upper filter area (C) by a gravel intermediate layer (N) as a filter lower area (D) with predominantly anaerobic process conditions, from which filter drainage tubes (H) lead, whereby Means for optional adjustment of the water level (0) are provided.
  2. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass pro Einwohnergleichwert (EGW) 2 bis 4 Quadratmeter Filterfläche vorgesehen sind.  2. Plant according to claim 1, characterized in that 2 to 4 square meters of filter area are provided per inhabitant equivalent (EGW).
  3. 3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur mechanischen Vorreinigung des Abwassers vorgesehen sind, und die Einleitröhren (G) aus HPE mit 40 mm Innendurchmesser in den Infiltrationsbereich (A) führen, wobei die am Ende verschlossenen Einleitröhren (G) an ihrer Unterseite Löcher eines Durchmessers von 6 bis 10 mm im Abstand von 50 bis 100 cm aufweisen.  3. Plant according to claim 1, characterized in that means for mechanical pre-treatment of the waste water are provided, and the inlet tubes (G) made of HPE with 40 mm inner diameter lead into the infiltration area (A), the inlet tubes (G) being closed at the end have holes on their underside with a diameter of 6 to 10 mm at a distance of 50 to 100 cm.
  4. 4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Einleitröhre (G) in einem Schotter enthaltenden, einen linsenförmigen Querschnitt aufweisenden Linsenbereich (F) des Infiltrationsbereichs (A) angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Querabmessung des Linsenbereichs (F) 80 cm beträgt und die Einleitröhre (G) im oberen Teil des Linsenbereichs (F) mit einer Unterschotterung von 20 cm und einer Überschotterung von 10 cm angeordnet ist.  4. Installation according to claim 1, characterized in that each inlet tube (G) is arranged in a ballast-containing lens area (F) of the infiltration area (A) having a lenticular cross-section, the transverse dimension of the lens area (F) preferably being 80 cm and the inlet tube (G) is arranged in the upper part of the lens area (F) with a bulkhead of 20 cm and a bulkhead of 10 cm.
  5. 5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitröhren (G) vorzugsweise parallel in einem gegenseitigen seitlichen Abstand von 130 bis 170 cm angeordnet sind, wobei die randständigen Röhren (G) vom Filterrand 80 cm Seitenabstand haben.  5. Installation according to claim 1, characterized in that the inlet tubes (G) are preferably arranged in parallel at a mutual lateral distance of 130 to 170 cm, the peripheral tubes (G) being 80 cm side distance from the filter edge.
  6. 6. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Linsenbereich (F) des Infiltrationsbereichs (A) mit einem Geotextilvlies (L), zur Verhinderung des Einschwemmens von Feinmaterial von oben, zugedeckt ist.  6. Plant according to claim 1, characterized in that each lens area (F) of the infiltration area (A) with a geotextile fleece (L), to prevent the floating of fine material from above, is covered.
  7. 7. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Linsenbereich (F) des Infiltrationsbereichs (A) im oberen Teil des Filter-Oberbereichs (C) gelegen ist, wobei die Einleitröhren (G) vorzugsweise 100 cm über der Filterbasis angeordnet ist.  7. Installation according to claim 1, characterized in that each lens area (F) of the infiltration area (A) is located in the upper part of the filter upper area (C), the inlet tubes (G) being preferably arranged 100 cm above the filter base.
  8. 8. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Infiltrationsbereich (A), vorzugsweise in einer Dicke von 20 bis 25 cm, mit einer das Einfrieren des Infiltrationsbereichs (A) verhindernden Isolierschicht (E) der Filter Oberschicht (C) bedeckt ist.  8. Installation according to claim 1, characterized in that each infiltration area (A), preferably in a thickness of 20 to 25 cm, is covered with an insulating layer (E) of the filter upper layer (C) which prevents the infiltration area (A) from freezing.
  9. 9. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter-Oberbereich (C) aus Sand und Schotter einer Korngrösse von 3 bis 20 mm in einer bevorzugten Mächtigkeit von 40 bis 50 cm unter Bevorzugung gerundeter Körner vor kantigen Körnern besteht.  9. Plant according to claim 1, characterized in that the upper filter area (C) consists of sand and gravel with a grain size of 3 to 20 mm in a preferred thickness of 40 to 50 cm with preference for rounded grains over angular grains.
  10. 10. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter-Oberbereich ausserhalb des wassergesättigten Bereichs des Filters angeordnet ist, zum Zwecke, bei den vorwiegend aeroben Prozessbedingungen den Abbau der organischen Abwasserbelastung, die Oxydation, also Nitrifika- tion der im Abwasser enthaltenen Stickstoffverbindungen und eine Selbstreinigung durch bakterielle Veratmung des Kohlenstoffs herbeizuführen.  10. Plant according to claim 1, characterized in that the upper filter area is arranged outside the water-saturated area of the filter, for the purpose, in the predominantly aerobic process conditions, the degradation of the organic waste water pollution, the oxidation, ie nitrification of the nitrogen compounds contained in the waste water and self-cleaning through bacterial respiration of the To produce carbon.
  11. 11. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter-Oberbereich (C), vorzugsweise in seiner unteren Hälfte, ölfreies Eisenschrott (K), vorzugsweise in einer Menge von 20 bis 30 kg pro Quadratmeter Filterfläche, zur Steigerung der Phosphatfällung, enthält.  11. Plant according to claim 1, characterized in that the upper filter area (C), preferably in its lower half, contains oil-free scrap iron (K), preferably in an amount of 20 to 30 kg per square meter of filter area, to increase the phosphate precipitation .
  12. 12. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Filter-Unterteils (D) humusfrei ist und einen Tongehalt von weniger als 35% aufweist.  12. Plant according to claim 1, characterized in that the material of the filter lower part (D) is free of humus and has a clay content of less than 35%.
  13. 13. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter-Unterbereich (D) im wassergesättigten Bereich liegt, zum Zwecke, bei den vorwiegend anaeroben Prozessbedingungen den oxidierten Stickstoff zu molekularem Stickstoff zu reduzieren und dadurch eine effektive Stickstoffeliminierung herbeizuführen.  13. Plant according to claim 1, characterized in that the filter sub-region (D) lies in the water-saturated region, for the purpose of reducing the oxidized nitrogen to molecular nitrogen under the predominantly anaerobic process conditions and thereby bringing about an effective nitrogen elimination.
  14. 14. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mächtigkeit des Filter-Unterbereichs (D) bei 40 bis 50 cm liegt.  14. Plant according to claim 1, characterized in that the thickness of the filter sub-area (D) is 40 to 50 cm.
  15. 15. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die der Verbesserung des hydraulischen Übergangs zwischen dem eine hohe Wasserleitfähigkeit besitzenden Filter Oberbereich (C) und dem eine geringe Wasserleitfähgikeit besitzenden Filter-Unterbereich (D) gelegene Schotter-Zwischenschicht (N) eine Korngrösse von 10 bis 40 mm und eine Schichtdicke von 10 cm aufweist.  15. Plant according to claim 1, characterized in that the improvement of the hydraulic transition between the high water conductivity filter upper region (C) and the low water conductivity filter lower region (D) located gravel intermediate layer (N) has a grain size of 10 to 40 mm and a layer thickness of 10 cm.
  16. 16. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schotter enthaltendes Dränagesystem (B) vorgesehen ist, welches nur an seiner Oberseite mit einem Geotextilvlies (L) bedeckt ist, um das Einschwemmen von Feinmaterial und somit das Verstopfen des Dränagebereichs (B) zu verhindern.  16. Plant according to claim 1, characterized in that a gravel-containing drainage system (B) is provided, which is only covered on its top with a geotextile fleece (L) in order to flush fine material and thus clog the drainage area (B) prevent.
  17. 17. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitröhren (G) gegenüber den Dränageröhren (H) einen horizontalen Versatz von vorzugsweise 65 bis 85 cm aufweisen, zum Zwecke der Verminderung der Gefahr von hydraulischen Kurzschlüssen.  17. System according to claim 1, characterized in that the inlet tubes (G) have a horizontal offset of preferably 65 to 85 cm relative to the drainage tubes (H), for the purpose of reducing the risk of hydraulic short-circuits.
  18. 18. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kontrollschacht mit einer Niveauregulierung am Auslaufende der Dränageröhre (H) vorgesehen ist, zum Zwecke der Niveauregulierung nach dem Prinzip der kommunizierenden Gefässe.  18. Plant according to claim 1, characterized in that a control shaft with a level control is provided at the outlet end of the drainage tube (H), for the purpose of level control according to the principle of the communicating vessels.
  19. 19. Verfahren zum Betrieb der Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Rhizomstücke der Wasserpflanzen (I) im Filter-Unterbereich (D) und im Filter-Oberbereich (C) gepflanzt werden.  19. A method of operating the system according to claim 1, characterized in that rhizome pieces of the aquatic plants (I) are planted in the lower filter area (D) and in the upper filter area (C).
  20. 20. 20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter anfänglich während 2 bis 3 Monaten bis auf die Höhe des Infiltrationssystems (A) eingestaut und dann in 4 bis 5 Stufen auf sein, im Bereich der Schotter-Zwischenschicht (N) gelegenes, endgültiges Niveau (0) gesenkt wird.  20. The method according to claim 19, characterized in that the filter is initially dammed up to the level of the infiltration system (A) for 2 to 3 months and then in 4 to 5 stages, in the area of the intermediate gravel layer (N) located, final level (0) is lowered.
  21. 21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser der Anlage in Intervallen, vorzugsweise in einer Menge von unter 10 Liter pro Intervall und pro Quadratmeter Filterfläche, zugeführt wird.  21. The method according to claim 20, characterized in that the wastewater of the system is supplied at intervals, preferably in an amount of less than 10 liters per interval and per square meter of filter area.
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