DE10043595B4

DE10043595B4 - Wasserfilter

Info

Publication number: DE10043595B4
Application number: DE2000143595
Authority: DE
Inventors: Thomas Willuweit; Peter Söll; Robert Müller
Original assignee: Soell GmbH
Current assignee: Soell GmbH
Priority date: 2000-09-01
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2020-09-02
Also published as: DE10043595A1

Abstract

Wasserfilter zur Entfernung von schädlichen Verbindungen aus Gewässern oder wasserführenden Systemen mit einer Wasser aus dem Gewässer oder dem wasserführenden System ansaugenden Pumpe, einem von dem angesaugten Wasser durchströmten Filtergehäuse mit darin angeordneten Filterkörpern sowie einer Rückführung des behandelten Wassers in das Gewässer oder wasserführende System, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtergehäuse oder der Filterinnenraum mit einer Aufnahme für Nährstoffe für Mikroorganismen versehen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wasserfilter zur Entfernung von schädlichen Verbindungen aus Gewässern mit einer Wasser aus dem Gewässer ansaugenden Pumpe, einem von dem angesaugten Wasser durchströmten Filtergehäuse mit darin angeordneten Filterkörpern sowie einer Rückführung des behandelten Wassers in das Gewässer.
Natürliche Gewässer, die neben Fischen auch Wasserpflanzen und Mikroorganismen beinhalten, stehen in der Regel mit ihrer Umgebung in einem natürlichen Gleichgewicht. Das bedeutet, dass kurzzeitige Änderungen der Gehalte an bestimmten Inhaltsstoffen oder die Zufuhr von weiteren Inhaltsstoffen nicht schädlich sind und diese zugeführten Inhaltsstoffe in der Regel durch im Gewässer vorhandene Systeme schnell abgebaut werden können. Wegen der Umweltbelastungen haben jedoch insbesondere stehende Gewässer, wie Teiche und Seen, das Problem, dass kontinuierlich zugeführte Schadstoffe sich anreichern und langfristig zu Schäden führen, insbesondere zur Zerstörung des natürlichen Gleichgewichts.
Ein bekanntes Problem ist, dass insbesondere im Sommer der Sauerstoffgehalt sich stark verringert. Zur Sauerstoffanreicherung werden häufig Umwälzpumpen eingesetzt, wobei durch das Umwälzen des Wassers neuer Sauerstoff aufgenommen wird.
Ein weiteres bekanntes Problem ist das Algenwachstum, das verstärkt auch auf die Anreicherung von stickstoffhaltigen Verbindungen zurückzuführen ist. Diese stickstoffhaltigen Verbindungen, z.B. Nitrat, Nitrit und Ammoniumverbindungen, zeichnen sich durch ihre gute Wasserlöslichkeit aus, so dass sie durch übliche Verfahren wie Ausfällen als Feststoffe und/oder mechanische Filterung nicht entfernbar sind.
Auch kohlenstoffhaltige Verbindungen, organische und/oder anorganische, deren Gehalt durch den CSB-Wert wiedergegeben wird, stellen in vielen Gewässern und insbesondere in industriellen Abwasser- und Prozeßwasseranlagen ein großes Problem dar, da deren Abbau durch Mikroorganismen ebenfalls Sauerstoff verbraucht. Auch diese Verbindungen lassen sich durch bekannte Verfahren nicht entfernen. Ein mikrobiologischer Abbau führt in der Regel zu großen Mengen an Schlamm, die sich ab Boden der Wasseraufbereitungsanlagen bzw. Kläranlagen absetzen, entfernt und entsorgt werden müssen.
In der DE 196 23 502 A1 wird ein Verfahren zur Verbesserung der Wasserqualität in Aquarien, Gartenteichen oder sonstigen stehenden Gewässern offenbart. In dem offenbarten Verfahren wird das Wasser durch ein dem Wasser entnehmbares Filtermaterial geführt. Ferner ist eine Energiequelle für Mikroorganismen vorgesehen, so dass bei guter Sauerstoffversorgung die Mikroorganismen nahezu ungehemmt Biomasse bilden können. Das Filtermaterial besteht aus einem biologisch abbaubaren Stärkepolymer, dass nach dem Einsatz als Filter vollständig kompostiert werden kann. In dem offenbarten Verfahren wird eine so genannte Kartusche verwendet, die in das stehende Gewässer eingetaucht werden kann, eine gezielte Führung des Wassers ist nicht vorgesehen.
In der DE 34 34 678 C2 wird ein Verfahren zum Entfernen von Eiweiß und dessen Abbauprodukten aus Wasser offenbart. In diesem Verfahren wird ein Filtermaterial mit großer Kontaktoberfläche von dem zu reinigenden Wasser umspült. Das Filtermaterial ist ein inerter Trägerstoff, der bakteriophile Nährstoffe enthält und diese langsam über einen größeren Zeitraum abgibt bzw. dem diese zugesetzt werden. In dem offenbarten Verfahren ist es wesentlich, dass das Filtermaterial von dem zu reinigenden Wasser mit einer vergleichsweise geringen Strömungsgeschwindigkeit umspült und die Durchflussmenge durch das Filtermaterial mit Hilfe einer Sauerstoffkonzentrationsmessung am Filterausgang derart gesteuert wird, dass innerhalb des Filtermaterials aerobe und anaerobe Reaktionsbereiche eingestellt werden. Als Trägerstoffe werden Kunststoffmaterialien, beispielsweise aufgeschäumtes Kunststoffmaterial, oder Blähton verwendet. In dem hier offenbarten Verfahren sind die bakteriophilen Nährstoffe gleichmäßig über den gesamten Filterraum verteilt. Bereits bei Eintritt des Wassers in den Filter steht den Mikroorganismen die volle Nährstoffmenge zur Verfügung, was nachteilig ist. Die Mikroorganismen benötigen für die Nitrifikation nur wenig Nährstoffe, so dass ein Überangebot an Nährstoffen vorliegt und die Aktivität der Mikroorganismen gehemmt wird. Insgesamt kann der Abbau der Eiweißprodukte und somit auch der Stickstoffabbau in dem in der DE 34 34 678 C2 beschriebenen Verfahren nicht optimal ablaufen.
Im US-Patent 5,198,114 wird ein Wasserfilter zum Herstellen von Trinkwasser offenbart. Dieser enthält ein Filtermedium und einen Nährstoff für Bakterienkolonien bestimmter Bakterienspezies, die im Filtermedium enthalten sind. Der Nährstoff für die Bakterien ist Dolomit.
Im britischen Patent 1 412 589 wird ein Substrat für biochemische Reaktionen offenbart, das aus einem festen porösen Siliziumdioxidschaum und einer darauf aufgebrachten Beschichtung aus organischem Polymer und gegebenenfalls einem Nährmedium für Mikroorganismen besteht.
Ein weiteres Filtermedium wird in der JP 0 920 6525 A offenbart, welches für die Anzucht von nitrifizierenden Bakterien geeignet ist und in einem Wassertank verwendet werden soll. Beide Druckschriften befassen sich mit Filtermedien, jedoch nicht mit der speziellen Wasserführung innerhalb von Filtern, die die speziellen Anforderungen bei der Aufbereitung von Wässern, insbesondere die bei der Nitrifikation und Denitrifikation, berücksichtigen.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, insbesondere einen Filter, mit dem es möglich ist, wasserlösliche, in Gewässern angereicherte Verbindungen daraus zu entfernen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demgemäß ein Wasserfilter der Eingangs genannten Art, der sich dadurch auszeichnet, dass das Filtergehäuse oder der Filterinnenraum mit einer Aufnahme für Nährstoffe versehen ist.
Gewässer im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeuten natürliche oder künstliche Gewässer beliebiger Größe einschließlich Abwasseranlagen, Schwimmbecken, Aquarien usw. Insbesondere zählen dazu die Gartenteiche sowie die in freier Landschaft vorhandenen Seen und Teiche, industrielle Abwasser- und Prozeßwasseranlagen, wie die Wasserbecken oder angeschlossenen Teiche und Sickergruben, Aquarien in beliebiger Größe.
Das Entfernen von partikulären und/oder gelösten Verbindungen im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass diese Verbindungen im in den Filter eintretenden Wasser vorliegen und entweder physikalisch, chemisch und/oder mikrobiologisch daraus entfernt und im austretenden Wasser in beträchtlich reduzierter Menge oder nicht mehr vorhanden sind. Das austretende Wasser wird im folgenden auch als „aufbereitetes Wasser" bezeichnet.
Der erfindungsgemäße Wasserfilter setzt zur Wasserreinigung vorzugsweise Mikroorganismen ein, die bereits im aufzubereitenden Wasser selbst vorliegen oder in geeigneter Form im Wasserfilter vorliegen. Als besonders geeignet haben sich Mikroorganismen der Gattung der Nitrifikanten und Denitrifikanten erwiesen, wobei besonders bevorzugt denitrifizierende Mikroorganismen eingesetzt werden, die Stickstoffhaltige Verbindungen, wie Nitrate und Nitrite zu elementarem Stickstoff, N₂, reduzieren. Die nitrifizierenden Mikroorganismen oxidieren Ammoniumverbindungen zu den Nitraten bzw. Nitriten, die wiederum zu N₂ reduziert werden können. Elementarer Stickstoff ist ein unschädliches Gas, das auch in der Atmosphäre enthalten ist, es kann also direkt an die Umgebung abgeführt werden. Um die Aktivität der Mikroorganismen zu optimieren, werden Nährstoffe zuführt, vorzugsweise über die erfindungsgemäß vorhandene Aufnahme im Wasserfilter.
Als Nährstoffe für die Mikroorganismen werden vorzugsweise Kohlenstoff-haltige Verbindungen eingesetzt, die zumindest teilweise wasserlöslich sind, wobei sowohl anorganische als auch organische Verbindungen geeignet sind. Beispiele für geeignete organische Verbindungen sind ein- und mehrwertige Alkohole, Zucker, Oligo- und Polysaccharide einschließlich Cellulose, Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren und deren Salze, wie Acetate, Hefeextrakte, Stroh usw. Die Nährstoffe werde vorzugsweise in fester Form eingesetzt. In fester Form bedeutet, daß sie selbst als Feststoffe vorliegen können oder auf geeignete feste oder gallertartige Trägermaterialien aufgebracht sein können. Die Nährstoffe können auch im Gemisch mit weiteren Stoffen, die keinen Beitrag zur Wasseraufbereitung leisten vorliegen. Die Nährstoffe sollten in einer solchen Form vorliegen, dass sie vom aufzubereitenden Wasser um- und/oder durchströmt werden können und dass die Nährstoffe selbst langsam freigesetzt werden können. In einer möglichen Ausführungsform liegen die Nährstoffe in Form von, vorzugsweise verdichteten, Formkörpern vor. Derartige Formkörper können z. B. Tabletten sein, die entsprechend in den Wasserfilter dosiert werden können, oder auch Platten, die eine Größe aufweisen, welche maximal dem Querschnitt des Filterinnenraumes entspricht. Als Formkörper kommen auch gallertartige Massen in Betracht, die aus dem/den Nährstoffen) bestehen oder diese enthalten.
Als Aufnahme für die Nährstoffe können z. B. in den Teichfilter eingearbeitete, für das durchströmende Wasser durchlässige Behälter dienen. In einer weiteren Ausgestaltung sind im Innenraum des Filters zwei oder mehr gegenüberliegende vertikale Platten oder Stege angebracht, zwischen welche Nährstoffe angeordnet werden können. Zur Aufnahme von festen, d.h. standfähigen Nährstoffkörpern, können in den Boden und den Deckel des Filters jeweils eine Nut eingearbeitet sein, in welche der Nährstoffkörper geschoben wird.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Aufnahme die Form einer Stütze, an der eine oder mehrere Nährstoffkörper aufgenommen werden können. Bevorzugt weist die Stütze 2 oder mehr Nuten auf, in welche Nährstoffkörper eingeschoben werden können. Bei 3 oder 4 Nuten bildet die Stütze gemeinsam mit den Nährstoffkörpern ein Stützkreuz, welches dazu in der Lage ist, den Filterbehälter zu stabilisieren. Diese Ausführungsform ist insbesondere für Filterbehälter geeignet, die aus faltbaren Materialien gefertigt sind.
Ist der Filterinnenraum wie unten beschrieben mit Füllkörpern und/oder Filtermaterial bestückt, so können die festen Nährstoffkörper zwischen diesen Materialien, die den Körper in seiner Lage fixieren, angeordnet sein.
Die erfindungsgemäßen Nährstoffe dienen als Nahrung für die im Wasser und ggf. im Filter vorhandenen Mikroorganismen, die im Wasser vorhandenen, gelöste oder auch partikuläre Schadstoffe abbauen können.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird das angesaugte Wasser im Filterinnenraum in einen Wasserverteiler geleitet. Vom Wasserverteiler aus kann der Wasserstrom gleichmäßig in den Filterinnenraum geführt werden, wo die Aufbereitung stattfindet. Als Wasserverteiler kommen beispielsweise Lochplatten, Sprühdüsen, Ringleitungen, Schäuche, Rohre, Drainagesysteme oder Stoßbeschickungsmodule wie sie beispielsweise in der internationalen Patentanmeldung PCT/EP99/03379 offenbart werden. In eine möglichen Ausgestaltung wird das Wasser in eine Ringleitung, die mit geeigneten Austrittslöchern oder Sprühdüsen ausgestattet ist, geleitet und von dort der Aufbereitung zugeführt.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Filterinnenraum mit Filtermaterial gefüllt, durch welches das Wasser durchgeleitet werden kann. Es können beliebige für die Reinigung und das Filtern von Wasser geeignete Filterkörper verwendet werden. Vorzugsweise sollte das Filtermaterial mit Mikroorganismen beladen werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Filtermaterial ein Kunststoffmaterial verwendet, das aus einem dreidimensionalen Kunststoffgespinst besteht und dessen Hohlräume mit Mikroorganismen besiedelt werden können. Ein dreidimensionales Kunststoffgespinst hat den Vorteil, wenn dessen Hohlräume mit Mikroorganismen beladen sind, sich ein optimaler Kontakt zwischen dem Wasser und der Oberfläche des Filtermaterials, d.h. der Oberfläche der Mikroorganismen, ergibt und gleichzeitig aufgrund der offenporigen Struktur des Materials eine sehr gleichmäßige Durchströmungsgeschwindigkeit durch den Filter erreicht wird.
Weitere geeignete Filtermaterialien sind Watte, Schwämme und anorganische Stoffe mit großer Oberfläche, wie die als Molekularsiebe und Adsorptionsmittel genannten Alumiumoxide, Silicagele, natürliche oder künstliche Tonmineralien sowie Aktivkohle. Es können auch mehrere unterschiedliche Filtermaterialien eingesetzt werden.
Das vorzugsweise eingesetzte Kunststoffgespinst sollte aus einem chemisch inerten Material bestehen, insbesondere nicht durch Wasser oder durch in Wasser vorhandene Substanzen, wie Seifen, Tenside, Öle und Fette, sowie Säuren und Basen bei üblichen Temperaturen angegriffen werden. Ferner sollte es eine solche Festigkeit haben, dass es ohne weiteres dem Strom des zu filtrierenden Wassers bei einer Geschwindigkeit von 0,2 m/Std. bis 2 m/Std. standhalten kann. Als geeignete Materialien haben sich Polyester, Polyurethane, PVC etc. erwiesen. Es hat sich als besonders geeignet erwiesen, wenn in diesem Kunststoffgespinst die einzelnen Hohlräume nicht über zweidimensionale Flächen, sondern punktförmig über Ecken miteinander verknüpft sind. Derartige Kunststoffgespinste sind im Handel erhältlich. Sie können z. B. hergestellt werden durch Schäumen der Ausgangsmaterialien in der Schmelze oder während des Polymerisationsverfahrens, Ultraschallbehandlung während des Polymerisationsverfahrens oder durch Extrudieren eines dünnen Kunststoffstranges wobei dieser Kunststoffstrang dreidimensional anordnet und punktförmige Verknüpfungen innerhalb dieses Stranges gebildet werden.
Besonders bevorzugt wird als Filtermaterial ein flexibler Polyester/Polyurethanschaum eingesetzt, der mit Polyvinylchlorid, Cellulosecarboxylat, wie Celluloseacetat oder anderen Cellulosederivaten, wie Celluloseether, beschichtet ist. Die Beschichtung aus Polyvinylchlorid verleiht dem dreidimensionalen Gespinst eine gewisse Festigkeit bzw. vergrößert die vorhandene Oberfläche durch die durch die Beschichtung bildenden Rauhigkeiten.
Das Filtermaterial selbst kann eine beliebige für Filtermaterialien bzw. Filterkörper übliche Form aufweisen, z.B. zylindrisch, elipsoid, kubisch, rechteckig, tetraedrisch, oktaedrisch etc. wobei sich eckige Formen wie Quader oder Würfel als besonders geeignet erwiesen haben. Die Größe der einzelnen Filterkörper liegt vorzugsweise zwischen 1 und 6 cm, vorzugsweise weisen kubische Filtermaterialien eine Kantenlänge von 2 bis 5 cm, besonders bevorzugt von 2 bis 3 cm auf.
Das Filtermaterial hat üblicherweise eine Porendichte, die etwa bis zu 30 ppi, vorzugsweise 10 bis 30 ppi entspricht. Diese Porosität entspricht ca. 4 bis 300 Verknüpfungen pro 1 cm³. Die spezifische Oberfläche beträgt vorzugsweise über 150 m²/m³, vorzugsweise zwischen 250 und 500 m²/m³ und bei besonders hohen Belastungen und Verwendung des beschichteten Materials bis zu 10.000 m²/m³. Die Porosität liegt vorzugsweise über 0,90, besonders bevorzugt über 0,95.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Erfindung wird der Strom des angesaugten Wassers vor Eintritt in den mikrobiologisch aktiven Filterraum in mindestens zwei Wasserströme geteilt wird. Vorzugsweise wird einer der Teilströme anaerob und ein anderer aerob durch den Filter geführt.
Die anaerobe Verfahrensführung erfolgt vorzugsweise im Filterinnenraum. Das angesaugte Wasser, das ggf. über geeignete Verteiler im Innenraum verteilt wird, enthält noch Sauerstoff in der Menge, die im aufzubereitenden Wasser enthalten ist. Durch den Abbau der organischen Inhaltsstoffe und/oder vorhandener reduzierter Stickstoff- und Schwefelverbindungen wird Sauerstoff verbraucht und sinkt auf Werte kleiner 5 mg/L. Im weiteren Verlauf erfolgt die Aufbereitung anaerob. Nach Durchlaufen des Filters ist das aufbereitete Wasser nahezu frei von Sauerstoff.
Um einen Teilstrom aerob durchzuleiten, wird dieser Teilstrom mit einer Belüftungseinrichtung verbunden. Die Belüftungseinrichtung kann beispielsweise über eine Gaszuleitung Luft oder Sauerstoff in den zweiten Teilstrom leiten, wie über eine aktiv tätige Pumpe. Vorzugsweise ist der zweite Teilstrom über ein Rohr mit der Umgebungsluft verbunden, so daß über den Wasserstrom Luft aus dem Rohr mitgerissen und Frischluft aus der Umgebung angezogen wird (Venturi-Prinzip). Es ist natürlich auch möglich, die Belüftung, d.h. die Sauerstoffzufuhr, durch Zugabe von Sauerstoff-spendenden Verbindungen, wie Peroxiden, zu bewirken.
In einer weiteren Ausgestaltung werden die Wasserströme, die aus der anaeroben und der aeroben Verfahrensführung erhalten werden, nach Durchlaufen des Filters zusammengeführt. Nach dem Zusammenführen kann dem Gewässer das aufbereitete und sauerstoffhaltige Wasser rückgeführt werden.
In Abhängigkeit von der Herkunft und Qualität des aufzubereitenden Wassers kann dem erfindungsgemäßen Filter in Durchströmungsrichtung jeweils eine Kammer vor- und/oder nachgeschaltet werden, über die dem Wasser Mittel zur Wasserbehandlung zugesetzt werden können.
Vorzugsweise wird das angesaugte Wasser zunächst mechanisch gereinigt und insbesondere von Feststoffteilchen und Sedimenten befreit. In einer dem Wasserfilter vorgeschalteten Kammer können dem aufzubereitenden Wasser Komponenten zur Einstellung von Parametern, wie pH-Wert, Pufferkapazität usw. zugesetzt werden. Die Einstellung dieser Parameter ist insbesondere für die Aktivität und damit Abbauleistung der Mikroorganismen von Bedeutung.
In einer dem Wasserfilter nachgeschalteten Kammer können dem bereits aufbereitetem Wasser Komponenten zugesetzt werden, die die Fällung von Schwermetallen und/oder Phosphaten bewirken. Geeigenete Zusatzstoffe sind die Chloride, Sulfate, Oxide, Peroxide, Carbonate, Hydrogencarbonate, Nitrate und Hydroxide der Alkali- und Erdalkalielemente sowie Kombinationen daraus.
Der erfindungsgemäße Wasserfilter kann sowohl als sogenannter Innenfilter im Wasser schwimmend oder auf dem Grund oder als Außenfilter außerhalb des Gewässers angeordnet sein.
Befindet sich der Filter innerhalb des Gewässers, so hat es sich als geeignet erwiesen, das Filtergehäuse durch geeignete Mittel unter der Gewässeroberfläche zu befestigen.
Die Pumpe zum Ansaugen des Wasser ist vorzugsweise ebenfalls unter der Gewässeroberfläche angeordnet ist, wobei ein Standort außerhalb des Gewässers auch möglich ist.
Das aufbereitete bzw. Wasser wird sofern es sich um stehende Gewässer, wie Seen, Teiche etc. handelt, vorzugsweise wieder in das Gewässer zurückgeführt, insbesondere wird es in der Nähe oder über der Wasseroberfläche aus dem Filter ausgetragen, wodurch der Wasserstrahl die Wirkung bzw. Form eines Springbrunnens haben kann.
Wird der erfindungsgemäße Filter in Anlagen zur Abwasseraufbereitung eingesetzt, so kann das aufbereitete Wasser auch entnommen und der weiteren Verwendung zugeführt werden.
Der erfindungsgemäße Teichfilter kann in verschiedenen Ausgestaltungen in den Handel gebracht werden. In einer möglichen Ausführungsform wird der Teichfilter bereits gefüllt mit Filtermaterial angeboten. Das Aufbringen der Mikroorganismen erfolgt vorzugsweise vor Ort durch den Anwender.
Das Filtergehäuse kann aus beliebigen schwimmfähigen oder nicht-schwimmfähigen Materialien bestehen, die eine solche Stabilität aufweisen, daß das Gehäuse allein seine Gestaltungsform beibehält. In einer möglichen Ausführungsform besteht das Filtergehäuse aus einem faltbaren Material, das seine dreidimensionale Form durch Befüllen des Filterinnenraums mit entsprechenden Füllkörpern, Stützen und anderen Hilfsmitteln erhält.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird der Teichfilter als sogenanntes Kit-of-parts angeboten, das das Filtergehäuse, Filtermaterial und aufzubringende Mikroorganismen umfaßt. Das Befüllen des Filtergehäuses mit Filtermaterial und anschließende Aufbringen der Mikroorganismen auf das Filtermaterial erfolgt durch den Anwender. Das Kit-of-parts hat den Vorteil, daß die einzelnen Komponenten ggf. vom Anwendungszweck, wie vom Gewässertyp, abgestimmt werden können. Ferner ist die Verpackung für die einzelnen Bestandteile wesentlich kleiner und kompakter als ein fertig ausgestattetes Filtergehäuse.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Aufbereitung von Wasser, in dem aufzubereitendes Wasser in den oben beschriebenen Wasserfilter geleitet und mit Mikroorganismen in Kontakt gebracht wird.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abbau von Nitraten in Wasser in Gegenwart von Mikroorganismen, worin vorzugsweise Mikroorganismen der Gattung der Nitrifikanten und Denitrifikanten unter Zusatz von wasserlöslichen kohlenstoffhaltigen Verbindungen als Nährstoffe für die Mikroorganismen eingesetzt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren ein Verfahren zum Abbau von Kohlenstoffverbindungen in Wasser in Gegenwart von Mikroorganismen, worin vorzugsweise Mikroorganismen der Gattung der Nitrifikanten und Denitrifikanten unter Zusatz von wasserlöslichen Nitraten als Nährstoffe für die Mikroorganismen eingesetzt werden.
Es wurde festgestellt, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren Kohlenstoffverbindungen unter verminderter Schlammbildung abgebaut werden können, so daß der in Kläranlagen etc. regelmäßig erforderliche Schlammabtrag deutlich verringert werden kann. Eine Verringerung der Schlammbildung bis zu 50 % wurde festgestellt.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
Es zeigen
1 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung,
2 die erfindungsgemäße Vorrichtung aus 1 installiert in einem Teich,
3 einen Schnitt in der Ebene III-III gemäß 1
4 die Ansicht der Rückseite der erfindungsgemäßen Vorrichtung
5 einen Schnitt in der Ebene V-V gemäß 1
1 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Wasserfilters. Das Wasser wird dem Filtergehäuse 1 über eine Zuleitung 2 zugeführt. Das Ansaugen des Wassers erfolgt über eine Pumpe 3, die in der hier dargestellten Ausführungsform mit einem Vorfilter 4, zur Filterung grober Bestandteile, ausgestattet ist.
In der hier dargestellten Ausführungsform wird der Wasserstrom nach Eintritt in das Filtergehäuse 1 über einen Stromteiler 5 in zwei Teilströme A und B geteilt. Ein Teilstrom wird über eine Leitung 6, die mit einer Belüftungseinrichtung 7 versehen ist geleitet. Dieser Teilstrom wird über die Belüftungseinrichtung mit Sauerstoff versehen und tritt anschließend über die Austrittsdüse 8 aus dem Filtergehäuse 1 aus.
Die Belüftungseinrichtung 7 ist in der hier dargestellten Ausführungsform ein mit der Außenluft verbundenes Rohr, wobei die sauerstoffhaltige Luft durch den die Leitung 6 fließenden Wasserstrom mitgerissen wird und diesen Wasserstrom mit Sauerstoff versorgt (Venturi-Prinzip).
Die Belüftung kann auch über die Zugabe von sauerstoffspendenden Verbindungen oder durch gezieltes Einblasen von Sauerstoff beziehungsweise sauerstoffhaltigen Gasen erfolgen.
In einer weiteren möglichen, hier nicht dargestellten Ausführungsform, ist es auch möglich, die Austrittsdüse in Richtung Deckel 9 des Filtergehäuses 1 zu lenken, so dass der Wasserstrom in Form eines Springbrunnens aus dem Gehäuse 1 austritt.
Der zweite Wasserstrom wird durch das Filtergehäuse 1 geleitet, welches mit einer Aufnahme 10 für Nährmedien ausgestattet ist. In der hier dargestellten Ausführungsform weist die Aufnahme 10 zwei vertikale Stege 11a und 11b auf, die mit einem gewissen Abstand zu einander angeordnet sind, so dass sie eine Halterung für Nährmedien bieten können. In der hier dargestellten Ausführungsform ist das Nährmedium als Festkörper 12 zwischen den beiden vertikalen Platten 11a und 11b angeordnet.
Um einen ungehinderten Wasserdurchfluß durch das Nährmedium zu ermöglichen müssen sowohl die vertikalen Platten als auch das Nährmedium eine gewisse Porosität aufweisen.
Das Nährmedium kann in beliebiger Form vorliegen, so können die einzelnen Nährstoffe und Hilfsmittel auf Trägermaterialien aufgebracht und anschließend verpresst werden, die Nährstoffe können als solche in verpresster Form vorliegen. Sie können aber auch in Form von schüttfähigen Materialien in den Raum zwischen den vertikalen Platten 11a und 11b eingebracht werden. Über die Dichte des Materials des Nährmediums kann auch der Wasserstrom und der Wasserdruck innerhalb des Filters reguliert werden.
In der hier dargestellten Ausführungsform wird der zweite Teilstrom in einen Verteiler 13 geleitet, der in der hier dargestellten Ausführungsform ringförmig angeordnet ist. Der Verteiler 13 weist mehrere Auslassdüsen 14 auf, über welche das Wasser des zweiten Teilstroms in den eigentlichen Filterraum 15 eingebracht wird. Die einzelnen Auslassdüsen gewährleisten, dass das Wasser gleichmäßig über den ganzen Filterraum 15 verteilt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Filterinnenraum 15 mit geeigneten Füllkörpern (hier nicht dargestellt) befüllt, auf denen Mikroorganismen zur Behandlung des Wassers aufgebracht sind. Beispiele für geeignete Mikroorganismen sind denitrifizierende Mikroorganismen, die den Nitratabbau im Wasser fördern.
Der Wasserstrom tritt in den Filterraum 15 ein, durchtritt die vertikalen Platten 11a und 11b, die das Nährmedium begrenzen und tritt über die Austrittsöffnungen 16 aus dem Filtergehäuse 1 wieder aus.
In der hier dargestellten Ausführungsform sind die Austrittsöffnungen 16 in der Seitenwand des Filtergehäuses 1 angeordnet. Es ist auch möglich, die Austrittsöffnungen an einer beliebigen Stelle des Filtergehäuses anzuordnen, auch im Deckel um die Wirkung eines Springbrunnens zu erreichen.
Das Filtergehäuse 1 ist mit einem Deckel 9 verschlossen. In der hier dargestellten Ausführungsform ist der Deckel 9 schwimmfähig ausgestaltet, wobei die untere Seite 17 des Deckels 9 das Filtergehäuse 1 verschließt und die obere Seite 18 derart ausgestaltet ist, dass diese, sofern sie, wie in 2 dargestellt, eine für das Gewässer dekorative Oberfläche aufweist. So kann sie zum Beispiel in Form einer Landschaft etc. ausgestaltet sein.
Die Größe des erfindungsgemäßen Wasserfilters sollte in Abhängigkeit von der Größe bzw. Menge des aufzubereitenden Wassers gewählt sein. Eine Filterstrecke, d.h. der Weg vom Eintritt in den Filterraum bis zum Austritt (ohne vor- oder nachgeschaltete Kammern) 30 cm bis 250 cm, vorzugsweise von 40 cm bis 200 cm, haben sich als besonders günstig erwiesen. Filterstrecken über 250 cm ergaben auch bei großen Wassermengen keine weitere Steigerung der Reinigungsleistung.
In 2 ist die in 1 dargestellte Ausführungsform in einem Teich angeordnet, wobei die Pumpe 3 mit dem Vorfilter 4 auf dem Grund des Teiches angebracht sind und das Filtergehäuse, welches mit einem schwimmfähigen Deckel 9 verschlossen ist, unter der Wasseroberfläche schwimmt. Die obere Seite 18 des Deckels 9 ragt aus der Wasseroberfläche heraus.
In 3 ist ein Schnitt in der Ebene III-III gemäß 1 dargestellt, wo der Verteiler des zweiten Teilstromes in Form eines Ringes im Filtergehäuse angeordnet ist. Das Wasser wird über die Auslassdüsen 14 in den Filterraum 15 eingebracht.
4 zeigt eine Rückansicht des Filtergehäuses, indem die Austrittsöffnungen 16 für das den Filterraum durchströmende Wasser dargestellt sind.
5 zeigt einen Schnitt in der Ebene V-V gemäß 1 in der eine weitere mögliche Ausführungsform für die Aufnahme für die Nährstoffe dargestellt ist. Die Aufnahme wird von einer Stütze 19 gebildet, die in der hier dargestellten Ausführungsform 4 symmetrisch angeordnete Nuten 20 aufweist. Diese Nuten 20 bilden Aufnahmen für die Nährstoffkörper 12. Die Nährstoffkörper werden in Form von Platten 12 in die Nuten 19 geführt und bilden so ein Stützkreuz für das Filtergehäuse 1. Diese Ausführungsform ist insbesondere für Filtergehäuse aus Materialien, die in sich instabil sind, d.h. faltbar sind, geeignet.

1: Filtergehäuse
2: Zuleitung
3: Pumpe
4: Vorfilter
5: Wasserstromteiler
6: Leitung
7: Belüftungseinrichtung
8: Austrittsdüse
9: Deckel
10: Aufnahme für Nährmedien
11a,b: Stege
12: Festkörper
13: Verteiler
14: Auslassdüsen
15: Filterinnenraum
16: Austrittsöffnungen
17: Unterseite des Deckels 9
18: Oberseite des Deckels 9
19: Stütze
20: Nut in der Stütze 19

Claims

Wasserfilter zur Entfernung von schädlichen Verbindungen aus Gewässern oder wasserführenden Systemen mit einer Wasser aus dem Gewässer oder dem wasserführenden System ansaugenden Pumpe, einem von dem angesaugten Wasser durchströmten Filtergehäuse mit darin angeordneten Filterkörpern sowie einer Rückführung des behandelten Wassers in das Gewässer oder wasserführende System, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtergehäuse oder der Filterinnenraum mit einer Aufnahme für Nährstoffe für Mikroorganismen versehen ist.
Wasserfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nährstoffe in wasserlöslicher Form, vorzugsweise in fester Form vorliegen oder auf einen festen Träger aufgebracht sind.
Wasserfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das angesaugte Wasser im Filterinnenraum in einen Wasserverteiler geführt wird.
Wasserfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterinnenraum mit Filtermaterial gefüllt ist.
Wasserfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial ausgewählt ist aus einem dreidimensionalen Kunststoffgespinst, dessen Hohlräume mit Mikroorganismen besiedelt werden können.
Wasserfilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffgespinst des Filtermaterials gebildet wird durch Kunststoffstränge, die 4 bis 300 Verknüpfungsstellen pro 1 cm³ aufweisen.
Wasserfilter nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial zylindrisch, elipsoid, kubisch, rechteckig, tetraedrisch oder oktaedrisch ist.
Wasserfilter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial ein Quader oder Würfel mit einer Kantenlänge von 1 bis 6 cm ist.
Wasserfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass er mit nitrifizierenden, vorzugsweise denitrifizierenden, Mikroorganismen beladen ist.
Wasserfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom des angesaugten Wassers vor Eintritt in den Filterraum in mindestens zwei Wasserströme geteilt wird.
Wasserfilter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Wasserströme durch Leitungen geführt wird, die mit Sauerstoff und/oder Luft bestückt werden kann.
Wasserfilter nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Wasserströme anaerob durch den Filter geführt wird.
Wasserfilter nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die anaerob und die aerob behandelten Wasserströme nach Durchlaufen des Filters zusammengeführt werden.
Wasserfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in in Durchströmungrichtung dem Filter eine Kammer vorgeschaltet ist, in der dem zuströmenden Wasser Mittel zur Wasserbehandlung zugesetzt werden können.
Wasserfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in Durchströmungsrichtung dem Filter eine Kammer nachgeschaltet ist, in der dem behandelten Wasser Mittel zur Wasserbehandlung zugesetzt werden können.
Wasserfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in Durchströmungsrichtung dem Filter ein Vorfilter vorgeschaltet ist, in dem das zuströmende Wasser mechanisch gereinigt und insbesondere von Feststoffteilchen und Sedimenten befreit wird.
Wasserfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 16 gekennzeichnet durch Mittel zur Befestigung des Filtergehäuses unter der Gewässeroberfläche.
Wasserfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterposition im Gewässer oder wasserführenden System durch einen Auftriebskörper bestimmt wird.
Wasserfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe unter der Gewässeroberfläche angeordnet ist.
Wasserfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das gereinigte Wasser in der Nähe oder über der Wasseroberfläche ausgetragen wird.
Wasserfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewässer stehende Gewässer, wie Teiche und Seen, industrielle oder kommunale Abwässer, Prozeßwässer oder Wässer in Aquarien sind.
Kit-of-parts, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Gehäuse für einen Wasserfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 20, Filtermaterial und zum Aufbringen auf das Filtermaterial geeignete Mikroorganismen umfaßt.
Kit-of-parts nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial aus einem dreidimensionalem Kunststoffgespinst besteht.
Kit-of-parts nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroorganismen ausgewählt sind aus der Gattung der Nitrifikanten und Denitrifikanten.
Verfahren zur Aufbereitung von Wasser, in dem aufzubereitendes Wasser in einen Wasserfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 21 geleitet und mit Mikroorganismen in Kontakt gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass als Mikroorganismen solche der Gattung der Nitrifikanten und Denitrifikanten eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass Nitrate abgebaut werden, wobei den Mikroorganismen wasserlösliche kohlenstoffhaltige Verbindungen als Nährstoffe zugesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass Kohlenstoffverbindungen abgebaut werden, wobei den Mikroorganismen wasserlösliche Nitrate als Nährstoffe zugesetzt werden.