DE10048309C2 - Kleinkläranlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kleinkläranlage zur biologischen Abwasserreinigung nach dem SBR-Verfahren (SBR = Sequencing Batch Reactor). Der Begriff "SBR-Verfahren" schließt verwandte Verfahren wie das SBBR-Verfahren (mit zusätzlichen Aufwuchsflächen für Mikroorganismen) ein.

Problematisch für Kleinkläranlagen ist ein unregelmäßiger und unkontrollierter Abwasser-Zulauf. In Stoßzeiten muß eine überproportional große Abwassermenge behandelt werden. Es besteht die Gefahr, daß zu viel Biomasse aus dem System ausgespült wird. Umgekehrt kann auch über Tage oder Wochen, zum Beispiel in Urlaubszeiten, die Abwasserzufuhr reduziert oder vollständig unterbrochen sein. Dies kann dazu führen, daß den in der Anlage befindlichen Mikroorganismen ihre Lebensgrundlage entzogen wird. Die Belebtschlammtechnik ist, wie die Festbettechnik, auf die ständige Anwesenheit einer ausreichenden Menge an Mikroorganismen im System angewiesen. Anders als bei sessilen Mikroorganismen, wie sie auf Festbetten siedeln, haben mobile Mikroorganismen, wie sie im Belebtschlamm-Verfahren auftreten, nur eine beschränkte Möglichkeit, ohne ständige Zufuhr neuen Substrats zu überleben.

Eine mangelnde Substratzufuhr (aufgrund verringerter oder unterbrochener Abwasserzufuhr) führt zu einer sogenannten Autolyse. Die Schlammenge wird drastisch reduziert und damit die aktive Biomasse, bishin zum vollständigen "biologischen Stillstand" der Anlage. Werden anschließend wieder erhöhte Abwassermengen in die Anlage geführt, steht nur noch eine reduzierte Reinigungsleistung zur Verfügung. Im Extremfall kann es zu einer Gewässerverschmutzung kommen, bis die Anlage sich regeneriert hat.

Das SBR-Verfahren gehört zur Kategorie der aeroben Belebtschlamm-Verfahren und zeichnet sich durch einen chargenweisen, periodischen Betrieb aus. Die wesentlichen Verfahrensstufen dabei sind:

• - Bei dem in die Vorklärkammer eingeleiteten Abwasser findet durch Sedimentation eine erste Abscheidung von gröberen Feststoffteilchen statt.
• - Das so vorgereinigte Abwasser wird chargenweise in eine biologische Reinigungskammer gefördert und dort unter Luftzufuhr durchmischt. Abwasserinhaltsstoffe können unter aeroben Bedingungen biologisch umgesetzt werden. Die Einstellung von anaeroben oder anoxischen Bedingungen in dieser Reinigungsstufe ist verfahrenstechnisch möglich. Grundsätzlich kann die Dauer und die Wahl der Millieubedingungen frei gestaltet werden. Sie wird sich dabei an der Belastung des Abwassers orientieren.
• - In einer dritten Verfahrensstufe wird die Belüftung und Durchmischung des Abwassers abgeschaltet. Schwebeteilchen sinken aufgrund von Sedimentation und bilden eine Schlammphase, die sich am Boden absetzt. Die jeweilige Biozönose ist von zahlreichen Faktoren abhängig. Veränderungen können die Zu- oder Abnahme der aktiven Biomasse im Verhältnis zum Volumen der biologischen Reinigungskammer betreffen. Dieses Verhältnis wird durch den sogenannten Trockensubstanzgehalt (TS-Gehalt) charakterisiert. Über der Schlammphase liegt das geklärte, saubere Abwasser.
• - Ein Teil des gereinigten Abwassers (der Klarphase) wird aus dem System abgezogen; ein Teil der Schlammphase wird als sogenannter Überschußschlamm aus der Reaktionskammer in die Vorklärkammer zur Schlammstapelung zurückgeführt.

Anlagen, die nach dem SBR-Verfahren arbeiten, beschreiben die DE 198 16 076 A1 und DE 93 06 746 U1. Ebenso wie bei Kläranlagen gemäß DE 197 15 680 A1, DE 199 15 887 A1 und EP 0 794 927 B1 erfolgt ein Stoffaustausch zwischen einzelnen Kammern über stationäre Verbindungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kleinkläranlage der genannten Art anzubieten, die weitestgehend unabhängig von der Menge des zugeführten Abwassers arbeitet und insbesondere auch in Zeiten geringer oder unterbrochener Abwasserzufuhr funktionstüchtig bleibt.

Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, die Kleinkläranlage so zu verändern, daß in Zeiten veränderten, insbesondere reduzierten Abwasseranfalls die Anlage mehr oder weniger autark arbeitet. Mit anderen Worten: Durch konstruktive und/oder regelungstechnische Veränderungen der Anlage soll die Zufuhr substrathaltigen Abwassers und dessen biologische Behandlung durch einen Kreislauf von Abwasser und Schlamm in der Anlage zumindest in verringertem Umfang (gegenüber dem Normalzustand) aufrecht erhalten werden.

Dazu stehen verschiedene konkrete Möglichkeiten zur Verfügung:

• - Veränderung der Position (insbesondere Höhe) eines saugseitigen Endes mindestens einer Förderleitung zur Rückführung von Abwasser und/oder Schlamm aus der Reaktionskammer in die Vorklärkammer und/oder von Abwasser und/oder Schlamm aus der Vorklärkammer in die Reaktionskammer
• - SBR-Anlagen bekannter Bauart besitzen einen ortsfesten Absaugpunkt. Genau hiervon rückt die Erfindung ab, um zu Zeiten, in denen weniger Abwasser/Schlamm anfällt, beispielsweise das Saugorgan in der Vorklärkammer abzusenken und damit weiter mikrobiologisches Substrat (Schlamm) von der Vorklärkammer in die Reaktionskammer überleiten zu können. Es wird also gezielt der in der Vorklärung gestapelte Schlamm teilweise verbraucht und als Ersatzstoff für fehlenden Abwasser-Zulauf eingesetzt. Alternativ oder kumulativ kann der Absaugort in der Reaktionskammer angehoben werden, um möglichst nur noch Klarwasser in die Vorklärung zu fördern und die Biomasse in der Reaktionskammer beziehungsweise den TS-Gehalt nicht oder nur wenig zu verringern. Das Klarwasser kann so zugeführt werden, daß es zu einer Verwirbelung Wasser/Schlamm in der Vorklärkammer kommt. Dies lässt sich zum Beispiel durch eine Erhöhung der im Kreislauf geführten Wassermenge ebenfalls erreichen beziehungsweise unterstützen. Die Beschickung der Reaktionskammer im weiteren kann so vorteilhaft mit hohem Biomassenanteil erfolgen.
• - Eine alternative und/oder kumulative Maßnahme besteht darin, die Kleinkläranlage mit einem Schwimmerschalter zur Ermittlung des Abwasser-Füllstandes in der Vorklärkammer und/oder Reinigungskammer auszubilden. Insbesondere bei rückläufiger Abwasserzufuhr wird der Abwasserspiegel sinken. Dies kann der Schwimmerschalter anzeigen. Über eine korrespondierende Regelungseinrichtung können dann zum Beispiel die vorgenannten Maßnahmen eingeleitet beziehungsweise umgesetzt werden.

Danach betrifft die Erfindung in ihrer allgemeinsten Ausführungsform eine Kleinkläranlage zur biologischen Abwasserreinigung nach dem SBR-Verfahren mit einer Vorklärkammer, einer biologischen Reinigungskammer sowie Einrichtungen zur Einleitung von Abwasser in die Vorklärkammer, zur Überleitung des Abwassers von der Vorklärkammer in die Reinigungskammer, zur Ableitung des Abwassers aus der Reinigungskammer sowie zur Rückführung von Sedimentationsgut aus der Reaktionskammer in die Vorklärkammer und umfasst mindestens eine Fördereinrichtung in der Vorklär- und/oder Reinigungskammer, deren saugseitiges Ende in seiner Position verstellbar in einer Kammer liegt und deren ausgabeseitiges Ende in die andere Kammer mündet.

Nach einer Ausführungsform ist die Fördereinrichtung eine Drucklufthebeeinrichtung. Das saugseitige Ende ist dabei insbesondere vertikal verstellbar, beispielsweise durch eine teleskopartige Ausbildung des saugseitigen Endes. Ebenso kann das saugseitige Ende entlang einer Schiene verstellbar sein, insbesondere wenn die Förderleitung flexibel (biegsam) ist.

Anstelle einer, saugseitig verstellbaren Fördereinrichtung kann die Kleinkläranlage auch mindestens eine solche Fördereinrichtung aufweisen, die mit mindestens zwei saugseitigen Enden ausgebildet ist (oder alternativ zwei Fördereinrichtungen mit jeweils einem saugseitigen Ende), wobei die saugseitigen Enden an unterschiedlichen Positionen in der jeweiligen Kammer angeordnet sind und deren mindestens ein ausgabeseitiges Ende in die andere Kammer mündet.

Bei dieser Ausführungsform können mobil oder statisch mehrere Saugenden in unterschiedlichen Positionen angeordnet und - je nach Bedarf - zugeschaltet beziehungsweise abgeschaltet werden. Dies kann beispielsweise durch entsprechende Ventile (Klappen) in den Förderleitungen geschehen.

Auch hier gilt, daß die Fördereinrichtung insbesondere eine Drucklufthebeeinrichtung sein kann, die den Vorteil hat, dass sie keine bewegbaren Teile aufweist.

Die Veränderung der Position des saugseitigen Endes der Fördereinrichtung kann durch eine Regelungseinrichtung unterstützt werden, die in Abhängigkeit von einer in einer definierten Zeiteinheit in die Vorklärkammer eingeleiteten Abwassermenge die Position mindestens eines saugseitigen Endes der Förderleitung automatisch verändert beziehungsweise ein Ende strömungstechnisch abschaltet und mindestens ein anderes Ende strömungstechnisch zuschaltet.

Bei Ausrüstung der Kleinkläranlage mit dem genannten Schwimmerschalter kann dieser den veränderten Abwasser-Zulauf anzeigen. Eine zugehörige Regelungs-/Steuerungseinheit kann beispielhaft wie folgt programmiert werden:
Ist die Zufuhr neuen Abwassers für eine bestimmte Zeit unterbrochen, wird dies angezeigt, die Absaugstelle der Fördereinrichtung der Reaktionskammer nach oben verschoben und Klarwasser (anstelle von Schlamm) aus der Reaktionskammer in die Vorklärkammer geführt. Alternativ oder kumulativ kann die zurückgeleitete Abwassermenge und/oder die Fördergeschwindigkeit erhöht werden. Gewünscht sind jeweils erhöhte Turbulenzen in der Vorklärkammer (Vermischung des Abwassers mit dem Schlamm), wodurch neue Nährstoffe (biologisches Substrat) anschließend in die Reaktionskammer zugeführt werden, und so zumindest die Grundversorgung der Mikroorganismen sichergestellt wird. Parallel oder zeitlich versetzt kann das Absaugrohr in der Vorklärung abgesenkt werden, um Schlamm (Biomasse) in die biologische Reaktionskammer zu fördern.

Der Flüssigkeitsspiegel der Vorklärkammer kann auch abgesenkt werden, wodurch sich das Verhältnis Biomasse : Wasser erhöht. Der in die Reaktionskammer überführte Anteil ist dann höher mit Biomasse konzentriert.

Dieser Kreislauf wird solange aufrecht erhalten, bis wieder mehr oder weniger normale Abwassermengen der Kläranlage zugeführt werden. Die beschriebenen Maßnahmen führen dabei zu einer höheren Pufferkapazität. Dabei kann die vorgenannte Regelungsschaltung noch über eine gewisse weitere Zeitspanne aufrecht erhalten werden, um den Nährstoffgehalt in der Anlage insgesamt schneller auf Normalniveau zurückzuführen. Danach kann die Anlage wieder in den Normalbetrieb übergehen.

Ein Nebeneffekt ist, dass durch die Entnahme von Biomasse aus der Vorklärung die Pufferkapazität der Vorklärung und der Zeitraum bis zur nächsten Schlammabfuhr (aus der Vorklärkammer) verlängert wird.

Vorstehende Maßnahmen sind beispielsweise bei einem Gastronomiebetrieb denkbar, der neben Stoßzeiten am Wochenende während der Woche nur geringe Abwassermengen produziert beziehungsweise in Urlaubszeiten. Die beschriebene Verfahrenstechnik läßt sich umgekehrt bei überproportionalem Abwasseranfall realisieren. Entsprechend wird mehr Überschußschlamm in die Vorklärung geführt (zum Beispiel durch Absenkung des Niveaus des Saugrüssels in der Reaktionskammer). Die Erhöhung der Schlammenge in der Vorklärkammer schafft die Möglichkeit, spätere Schwachzeiten durch entsprechenden Schlammvorrat kompensieren zu können.

Anhand der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Beispiele werden Belüftungseinrichtungen zur Unterstützung einer aeroben Biologie beschrieben, die auch die Durchmischung des Abwassers fördern. Gleiches gilt für Rührwerke, die fakultativ eingesetzt werden können.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen. Dabei können die genannten Merkmale sowie einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung von Bedeutung sein.

Soweit von Abwasser, Klarwasser beziehungsweise Schlamm die Rede ist bedeutet dies technisch jeweils Mischsysteme mit unterschiedlichen Flüssigkeits-/Feststoffanteilen entsprechend der jeweiligen Verfahrensstufe und Regelung der Anlage.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispieles näher erläutert, wobei die einzige Figur eine stark schematisierte Schnittzeichnung durch eine erfindungsgemäße Kleinkläranlage zeigt.

Die Anlage besteht im wesentlichen aus einer Vorklärkammer 10 und einer biologischen Reaktionskammer 12.

Über einen Zulauf 10z gelangt Abwasser in die Vorklärkammer 10 und kann dort sedimentieren (Schlammbereich 10s). Eine Drucklufthebeanlage 20 dient dazu, Abwasser und/oder Schlamm aus der Vorklärkammer in die Reinigungskammer 12 zu überführen. Die Drucklufthebeanlage 20 wird anhand der baugleichen Anlage 16 nachstehend noch beschrieben. Mit ihr kann Abwasser und/oder ein Schlamm-/Abwassergemisch je nach Anordnung des Saugendes 20s und der Durchmischung in der Kammer 10 gefördert werden. Belüfter 14 sorgen dort für eine intensive aerobe Durchmischung des Abwassers.

Nach einer definierten Behandlungszeit wird die Belüftung abgeschaltet. In der Folge setzt sich Schlamm 12s am Boden der biologischen Reinigungskammer 12 ab. Während dieser Behandlungsphase in der Reaktionskammer 12 ist der Zulauf von Abwasser aus der Vorklärkammer 10 unterbrochen. Nach einer definierten Ruhezeit (Sedimentationszeit) in der Reaktionskammer 12 wird Klarwasser über einen Abgang 12a (der eine Fördereinrichtung umfassen kann) aus der Reaktionskammer 12 abgezogen.

In der Reaktionskammer 12 ist eine Drucklufthebeeinrichtung 16 mit ihrem saugseitigen Ende 16s angeordnet. Das abgabeseitige Ende 16a mündet in die Vorklärkammer 10. Etwa mittig zwischen den Enden 16s, 16a mündet eine Druckluftleitung 16d in das Hauptrohr 16h ein. Wird Druckluft über die Leitung 16d zugeführt, entsteht am saugseitigen Ende 16s der Hauptleitung 16h ein Unterdruck.

Hat das Schlammniveau in der Reaktionskammer 12 etwa die Höhe 12v erreicht, wird sogenannter Überschußschlamm aus der Reaktionskammer 12 in die Vorklärkammer 10 gefördert.

Diese Schlammförderung wird unterbrochen, sobald das Schlammniveau unter den Wert 12v sinkt beziehungsweise die Druckluftzufuhr über die Leitung 16d unterbrochen wird.

Das untere Ende 16u der Hauptleitung 16h (unterhalb der Zuführstelle der Druckleitung 16d) ist teleskopartig ausgebildet, so daß der Abstand des saugseitigen Endes 16s zum Boden 12b der Reaktionskammer 12 verändert werden kann. Damit kann gleichzeitig eingestellt werden, ab/bis zu welchem Schlammniveau (variablen Schlammniveau) 12v Überschußschlamm in die Vorklärkammer überführt wird.

Die diesbezüglichen Aufgaben und Funktionen sowie die zugehörigen Regeleinrichtungen wurden vorstehend bereits beschrieben. Dazu gehört es, die Position der Saugenden 16s anzuheben, also 12v zu vergrößern, um überwiegend Klarwasser 12k (oberhalb von 12s) in die Vorklärkammer zu führen.

Lediglich schematisch angedeutet ist ein Schwimmer 18 entlang eines mit 22 bezeichneten Abwasserniveaus in der Vorklärkammer 10, dessen Funktion bereits erläutert wurde und der mit einer Auswerteeinheit 24 verbunden ist über die sich die beschriebenen Funktionen steuern lassen.

Claims (12)

1. Kleinkläranlage zur biologischen Abwasserreinigung nach dem SBR-Verfahren, mit einer Vorklärkammer (10), einer bio­ logischen Reinigungskammer (12) sowie Einrichtungen (10z, 20, 12a, 16) zur Einleitung von Abwasser in die Vorklärkammer (10), zur Überleitung des Abwassers von der Vorklärkammer (10) in die Reinigungskammer (12), zur Ableitung des Abwassers aus der Reinigungskammer (12) sowie zur Rückführung von Sedimentationsgut aus der Reaktionskammer (12) in die Vorklärkammer (10), gekennzeichnet durch mindestens eine Fördereinrichtung (16, 20), deren saugseitiges Ende (16s) in seiner Position verstellbar in einer der Kammern (10, 12) liegt und deren ausgabeseitiges Ende (16a) in die andere Kammer (12, 10) mündet.

2. Kleinkläranlage nach Anspruch 1, bei der das saugseitige Ende (16s, 20s) der Fördereinrichtung (16, 20) vertikal verstellbar ist.

3. Kleinkläranlage nach Anspruch 1, bei der das saugseitige Ende (16s, 20s) der Fördereinrichtung (16, 20) teleskopartig verstellbar ist.

4. Kleinkläranlage nach Anspruch 1, bei der das saugseitige Ende (16s, 20s) der Fördereinrichtung (16, 20) entlang einer Befestigungsschiene verstellbar ist.

5. Kleinkläranlage zur biologischen Abwasserreinigung nach dem SBR-Verfahren, mit einer Vorklärkammer (10), einer biologischen Reinigungskammer (12) sowie Einrichtungen (10z, 20, 12a, 16) zur Einleitung von Abwasser in die Vorklärkammer (10), zur Überleitung des Abwassers von der Vorklärkammer (10) in die Reinigungskammer (12), zur Ableitung des Abwassers aus der Reinigungskammer (12) sowie zur Rückführung von Sedimentationsgut aus der Reaktionskammer (12) in die Vorklärkammer (10), gekennzeichnet durch mindestens eine Fördereinrichtung, deren mindestens zwei saugseitige Enden an unterschiedlichen Positionen in einer der Kammern angeordnet sind und deren mindestens ein ausgabeseitiges Ende in die andere Kammer mündet.

6. Kleinkläranlage nach Anspruch 5, bei der die saugseitigen Enden der mindestens einen Fördereinrichtung vertikal beabstandet sind.

7. Kleinkläranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einer Regelungseinrichtung (24), die in Abhängigkeit von einer in einer definierten Zeiteinheit in die Vorklärkammer (10) eingeleiteten Abwassermenge die Position mindestens eines saugseitigen Endes (16s, 20s) der Fördereinrichtung (16, 20) verändert.

8. Kleinkläranlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7 mit einer Regelungseinrichtung (24), die in Abhängigkeit von einer in einer definierten Zeiteinheit in die Vorklärkammer (10) eingeleiteten Abwassermenge mindestens ein saugseitiges Ende der Fördereinrichtung strömungstechnisch abschaltet und mindestens ein anderes saugseitiges Ende strömungstechnisch zuschaltet.

9. Kleinkläranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einem Schwimmerschalter (18) zur Ermittlung des Abwasser- Füllstands.

10. Kleinkläranlage nach Anspruch 9 mit einer Regelungseinrichtung (24), die in Abhängigkeit von dem vom Schwimmerschalter (18) ermittelten Abwasser-Füllstand eine von der Vorklärkammer zur Reaktionskammer geführte Menge an Abwasser und/oder Sedimentationsgut regelt.

11. Kleinkläranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der die Fördereinrichtung (16) eine Drucklufthebeeinrichtung ist.

12. Kleinkläranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der die Fördereinrichtung eine Mammutpumpe umfasst.