DE102004001760B3

DE102004001760B3 - Verfahren zur Aufbereitung von Regenwasser für die weitere Verwendung in einer Hausversorgungsanlage und Regenwasseraufbereitungsanlage zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102004001760B3
Application number: DE102004001760A
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Neumann; Michael Wilhelm
Original assignee: GREENLIFE GmbH
Current assignee: GREENLIFE GmbH
Priority date: 2004-01-12
Filing date: 2004-01-12
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2024-01-13

Abstract

Bekannte Filter neigen zum Verstopfen, sodass viel nutzbares Regenwasser in eine Sickeranlage oder in einen zentralen Regenwasserkanal geleitet wird und damit verloren geht. DOLLAR A Es wird daher ein neues Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Filterung des Regenwassers durch Ablagerung in ein unteres Sediment (18) im Wesentlichen aus anorganischen Verunreinigungen, in ein oberes Sediment (19) im Wesentlichen aus organischen Verunreinigungen und in ein mittleres Sediment (20) im Wesentlichen aus anorganischen und organischen Verunreinigungen erfolgt und die organischen Verunreinigungen aus dem oberen Sediment (19) und dem mittleren Sediment (20) biologisch in wasserlösliche Stoffe zersetzt und diese Stoffe dem von den Verunreinigungen befreiten Regenwasser beigegeben werden. DOLLAR A Eine entsprechende Regenwasseraufbereitungsanlage besitzt daher einen biologischen Absetzfilter (9), der aus einem topfartigen Filtergehäuse (11) mit einem Absetzraum für die verschiedenen Sedimente (18, 19. 20) besteht, wobei der Absetzraum des Filtergehäuses (11) einen Überlauf für das durch die Sedimentation gereinigte Regenwasser besitzt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein neues Verfahren zur Aufbereitung von Regenwasser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf eine neue Regenwasseraufbereitungsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4.
Derartige Verfahren und Regenwasseraufbereitungsanlagen werden in Wasserversorgungsanlagen für die Wirtschaft und für den privaten Haushalt eingesetzt.

Insbesondere Hauswasserversorgungsanlagen werden zunehmend mit Unterstützung von Regenwasseraufbereitungsanlagen betrieben, um kostbares Trinkwasser zu sparen. Dabei eignet sich sauberes Regenwasser in besonderer Weise für einige in einem Haushalt anfallende Waschprozesse. Das zur Verfügung stehende Regenwasser ist aber dazu nicht ausreichend sauber, weil es auf dem Wege vom Dach eines Gebäudes bis zum Regenwassersammelbehälter mit organischen Stoffen, wie es zum Beispiel Laub, Insekten oder auch Tierkadaver, oder mit anorganischen Stoffen, wie es zum Beispiel Sand ist, in Kontakt kommt und somit verunreinigt wird. Das verunreinigte Regenwasser muss also vor der Nutzung in der Hausversorgungsanlage in aufwendiger Weise wieder gereinigt werden. Dazu sind eine Reihe von Verfahren und Regenwasseraufbereitungsanlagen bekannt, die die Verunreinigungen auf mechanischem Wege wieder herausfiltern bzw. abscheiden.

Ein solches Verfahren und eine entsprechende Regenwasseraufbereitungsanlage ist beispielsweise in der DE 196 15 582 C2 beschrieben. Diese Regenwasseraufbereitungsanlage besteht im Kern aus einem Regenwassersammelbehälter mit einem Einlaufanschluss für das vom Dach eines Gebäudes herangeführte Regenwasser und mit einem Sauganschluss zur Verbindung mit dem Hausanschluss der Hauswasserversorgungsanlage. Die notwendige Filtereinrichtung befindet sich zwischen dem Dach des Gebäudes und dem Zulaufanschluss am Regenwassersammelbehälter und besteht aus einem Grobfilter, der sich meistens in der Regenrinne des Gebäudes befindet, und aus einem Feinfilter, der im Bereich des Zulaufanschlusses angeordnet ist.

Der Aufbau und die Funktion eines solchen Feinfilters ist näher in der DE 199 42 240 C2 beschrieben. Danach besitzt der Feinfilter eine Filterkammer mit einem rohrförmigen und horizontal ausgerichteten Filterelement. Die Filterkammer ist einerseits über einen Einlassstutzen mit dem Fallrohr des Gebäudes und andererseits über einen Auslassstutzen mit einer Versickerungsanlage oder einem zentralen Regenwasserkanal verbunden. Ein vertikal nach unten ausgerichteter Abflussstutzen führt zum Regenwassersammelbehälter.

Das aufgefangene Regenwasser gelangt also von der Regenrinne in das Fallrohr des Gebäudes, wobei es zunächst den Grobfilter passiert. Hier wird ein Großteil des Laubs zurückgehalten und abgelagert. Anschließend gelangt das vorgefilterte Regenwasser zum Feinfilter, wo es das rohrförmige und horizontal ausgerichtete Filterelement durchströmt. Dabei fällt sauberes Regenwasser durch das Filterelement nach unten und gelangt so in den Regenwassersammelbehälter und die restlichen Bestandteile von Laub und Sand werden vom Filterelement zurückgehalten. Diese hier abgelagerten Verunreinigungen werden dann vom nachfließenden Regenwasser erfasst und über eine Überlaufleitung zu einer Versickerungsanlage oder in einen zentralen Regenwasserkanal abgeleitet.

Diese Regenwassersammelanlage und das dabei angewendete Verfahren haben wesentliche Nachteile. So geht zuviel verunreinigtes Regenwasser verloren, weil die Funktion des Feinfilters darauf aufbaut, mit Hilfe eines Teils des nachfließenden Regenwassers die auf dem Feinfilter abgelagerten Verunreinigungen in die Versickerungsanlage oder den zentralen Regenwasserkanal zu transportieren. Dieser für den Transport benötigte Teil des Regenwassers geht der Regenwassernutzung verloren. Hinzu kommt, dass die auf dem Feinfilter abgelegten Verunreinigungen zum Beispiel während einer Trockenperiode antrocknen und dadurch den Filter so verstopfen, dass er sich beim Eintritt einer neuen Regenperiode nicht mehr selbstständig reinigt. Neues Regenwasser wird dann nicht mehr gefiltert, sondern direkt über das verstopfte Filterelement in die Versickerungsanlage oder den zentralen Regenwasserkanal überführt. Damit geht wieder ein Großteil des Regenwassers verloren. Das alles führt dazu, dass die Hausversorgungsanlage trotzt des Vorhandenseins einer Regenwasseraufbereitungsanlage überwiegend mit dem wertvollem Trinkwasser betrieben werden muss. Das macht die Investition einer Regenwasseraufbereitungsanlage weniger rentabel.

Um diese Verluste an Regenwasser in Grenzen zu halten, muss der Feinfilter also in sehr kurzen Zeitabständen gereinigt werden. Dieser Wartungsaufwand ist aufwendig und damit teuer. Solche Wartungen sind aber auf Grund ihrer Häufigkeit in der Praxis nicht einzuhalten, sodass dann wieder die bereits beschriebenen hohen Verluste eintreten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, das gattungsgemäße Verfahren zur Regenwasseraufbereitung und die gattungsgemäße Regenwasseraufbereitungsanlage so weiterzuentwickeln, dass der volumetrische Wirkungsgrad der Regenwasseraufbereitungsanlage verbessert und dabei gleichzeitig eine vergleichbar hohe Wasserqualität erreicht wird.

Diese Aufgabe wird verfahrensseitig durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Die vorrichtungsseitige Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 4 gelöst.

Zweckdienliche Ausgestaltungen des neuen Verfahrens und des neuen Filters ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 3 und 5 bis 10.

Das neue Verfahren und die neue Regenwasseraufbereitungsanlage beseitigen die genannten Nachteile des Standes der Technik. So ist besonders vorteilhaft, dass bei der Regenwasseraufbereitung praktisch kein Regenwasser verloren geht. Dadurch refinanzieren sich die relativ hohen Investitionskosten für eine Regenwasseraufbereitungsanlage bereits in kürzerer Zeit. Gleichzeitig verringern sich die Wartungsarbeiten erheblich, weil der biologische Absetzfilter nicht regelmäßig gereinigt werden muss. Das spart erhebliche Kosten bei der Unterhaltung der Regenwasseraufbereitungsanlage und erhält die Funktion der Filterung auf Dauer aufrecht. Bei alledem bleibt die Qualität des aufbereiteten Regenwassers für die in Frage kommenden Waschprozesse erhalten.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
Dazu zeigen:
1: einen Regenwassersammelbehälter in einem Teilschnitt und
2: eine biologische Filtereinheit im Schnitt.
Die Regenwasseraufbereitungsanlage besteht im Wesentlichen aus einem Regenwassersammelbehälter 1. Dieser Regenwassersammelbehälter 1 besteht aus einem Kunststoff material und ist mit umlaufenden Versteifungsrippen 2 ausgeführt, die dem inneren Wasserdruck standhalten und die auch bei einem unterirdischen Einsatz dem äußeren Bodendruck trotzen können. Der Regenwassersammelbehälter 1 ist weiterhin mit einem Serviceschacht 3 ausgestattet, der in der Höhe so bemessen ist, dass er aus dem Erdreich herausragt, und der einen Durchmesser besitzt, mit dem ein Zugang zum Inneren des Regenwassersammelbehälters 1 und zu den dort positionierten Einrichtungen ermöglicht wird.
Im oberen Bereich besitzt der Regenwassersammelbehälter 1 einen Sauganschluss 4, der außerhalb des Regenwassersammelbehälters 1 mit der Hauswasserversorgungsanlage des Wohnhauses verbunden ist. Diese Hauswasserversorgungsanlage ist zur Überführung des Regenwassers mit einer entsprechenden Pumpe ausgestattet. Innerhalb des Regenwassersammelbehälters 1 ist der Sauganschluss 4 über eine flexible Saugleitung 5 mit einem Saugkorb 6 verbunden. Der Saugkorb 6 ist schwimmfähig ausgeführt und befindet sich daher immer in Höhe des aktuellen Wasserspiegels.
Der Regenwassersammelbehälter 1 besitzt weiterhin einen Einlaufanschluss 7. Dieser Einlaufanschluss 7 ist außerhalb des Regenwassersammelbehälters 1 mit dem Fallrohr und der Dachrinne eines Gebäudes verbunden. Üblicherweise ist im Übergang von der Dachrinne zum Fallrohr ein Grobfilter angeordnet, der grobe Verunreinigungen zurückhält. Innerhalb des Regenwassersammelbehälters 1 ist der Einlaufanschluss 7 über eine Einlaufleitung 8 mit einem biologischen Absetzfilter 9 verbunden. Dabei ist der biologische Absetzfilter 9 auf dem Boden des Regenwassersammelbehälters 1 und genau unterhalb des Serviceschachtes 3 positioniert. Der biologische Absetzfilter 9 besitzt räumliche Abmessungen, die auf die lichten Maße des Serviceschachtes 3 abgestimmt sind, damit eine problemlose Herausnahme des biologischen Absetzfilters 9 möglich wird. In der Einlaufleitung 8 befindet sich ein den biologischen Absetzfilter 9 umgehendes Überlaufventil 10.
Der biologische Absetzfilter 9 ist in der 2 näher dargestellt. Danach besitzt der biologische Absetzfilter 9 ein topfartiges Filtergehäuse 11 mit einem aufgesetzten und verschließbaren Filterdeckel 12. Auf dem Filterdeckel 12 befinden sich vorzugsweise drei Anschläge 13, die zur Entnahme des biologischen Absetzfilters 9 aus dem Regenwassersammelbehälter 1 geeignet sind. In den Filterdeckel 12 ist ein Filterfallrohr 14 eingesetzt, das vom Filterdeckel 12 gehalten wird und das in das Filtergehäuse 11 hineinragt. An seinem herausragenden Ende ist das Filterfallrohr 14 mit einer Steckmuffe 15 zur Verbindungsaufnahme mit dem freien Endes der Einlaufleitung 8 ausgestattet.
Im Boden des Filtergehäuses 11 ist in besonderer Weise ein ebenfalls topfartig ausgebildeter Beruhigungsraum 16 angearbeitet. Dieser Beruhigungsraum 16 ist so positioniert und hat solche Abmessungen, dass das freie Ende des Filterfallrohres 14 in den Beruhigungsraum 16 hineinragt. Dabei sind die Höhe des Beruhigungsraumes 16 und die Eintauchtiefe des freien Endes des Filterfallrohres 14 sowie der Außendurchmesser des Filterfallrohres 14 und der Innendurchmesser des Beruhigungsraumes 16 optimal aufeinander abgestimmt. Diese Abstimmung ist dann optimal, wenn das einfallende Re genwasser mit seinen anorganischen und organischen Bestandteilen ohne Behinderung aber auch ohne Turbulenzen aus dem Filterfallrohr 14 in den Beruhigungsraum 16 und dann weiter in den Innenraum des Filtergehäuses 11 gelangen kann.
Das Filtergehäuse 11 ist in seinem oberen Teil mit Überlauföffnungen 17 ausgestattet, die alle einen gleichen Querschnitt aufweisen und die gleichmäßig am Umfang des Filtergehäuses 11 verteilt angeordnet sind. Die Anzahl der Überlauföffnungen 17 und der Querschnitt der Überlauföffnungen 17 sind so bestimmt, das dem nachlaufenden Regenwasser ein ungehinderter Durchtritt vom Innenraum des Filtergehäuses 11 zum Innenraum des Regenwassersammelbehälters 1 ermöglicht wird und gleichzeitig noch vorhandene grobe Verunreinigungen abgeschieden werden.
Unterhalb der Überlauföffnungen 17 und außerhalb des Beruhigungsraumes 16 bildet sich ein Absetzraum für ein unteres Sediment 18 aus anorganischen Verunreinigungen, für ein oberes Sediment 19 aus organischen Verunreinigungen und für ein mittleres Sediment 20 aus anorganischen und organischen Verunreinigungen aus.
Das von dem Dach eines Gebäudes aufgefangene Regenwasser gelangt in die Dachrinne und von dort in das Fallrohr des Gebäudes. Dabei werden grobe anorganische und organische Verunreinigungen zurückgehalten und abgeschieden. Dieser Grobfilter wird in regelmäßigen Abständen oder bedarfsweise von den abgelagerten Verunreinigungen befreit.
Das so vorgefilterte Regenwasser mit seinen Restbestandteilen von anorganischen und organischen Verunreinigungen gelangt dann zum Einlaufanschluss 7 des Regenwassersammelbehälters 1 und von dort über die Einlaufleitung 8 in den biologischen Absetzfilter 9. Das Regenwasser fällt in den Beruhigungsraum 16 und wird dann aus dem Beruhigungsraum 16 heraus in den Absetzraum des Filtergehäuses 11 gedrückt. Dabei füllt sich der Absetzraum des Filtergehäuses 11 nach und nach bis in Höhe der Überlauföffnungen 17. Auf Grund der beruhigten Fließbewegungen des Regenwassers und auf Grund der unterschiedlichen Dichten der vorhandenen Verunreinigungen kommt es im Absetzraum des Filtergehäuses 11 zur Ablagerung der anorganischen und organischen Verunreinigungen. Das von den Verunreinigungen befreite Regenwasser strömt weiterhin beruhigt durch die Überlauföffnungen 17 in den Regenwassersammelbehälter 1. Dabei werden möglicherweise noch im Regenwasser enthaltende gröbere Schwebstoffe durch die Überlauföffnungen 17 abgeschieden. Die im Absetzraum des Filtergehäuses 11 abgelagerten Verunreinigungen bilden ein unteres Sediment 18 aus den anorganischen Verunreinigungen und ein oberes Sediment 19 aus den organischen Verunreinigungen aus, wobei sich zwischen den beiden Sedimenten 18 und 19 das Sediment 20 aus anorganischen und organischen Verunreinigungen einstellt. Durch die Fließbewegung des nachlaufenden Regenwassers kommt es zu Schlingerbewegungen und daher zu einem leichten Aufwirbeln der Bestandteile des oberen Sediments 19 aus organischen Verunreinigungen und des Sedimentes 20 aus anorganischen und organischen Verunreinigungen. Diese leichte Verwirbelung der organischen Verunreinigungen innerhalb des oberen Sediments 19 und des mittleren Sedimentes 20 sowie der durch das nachlaufende Regenwasser eingetragene Sauerstoff und der von den darüber liegenden Wassermassen ausgeübte Druck auf die Sedimente 19 und 20 mit ihren organischen Verunreinigungen setzen einen permanenten Zersetzungsprozess in Gang. Einige der daraus entstehenden Stoffe lösen sich im Regenwasser auf und gelangen somit ebenfalls über die Überlauföffnungen 17 in den Regenwassersammelbehälter 1.
Lediglich die anorganischen und nicht im Regenwasser löslichen Verunreinigen verbleiben im Filtergehäuse 11 und müssen von Zeit zu Zeit entsorgt werden. Da dieser Anteil am Regenwasser aber relativ gering ist, wird eine Entsorgung nur in größeren Zeitabständen erforderlich.
Bei einer Überlastung des biologischen Absetzfilters 9 gelangt das einfallende Regenwasser über das Überlaufventil 10 direkt in den Regenwassersammelbehälter 1.
Das verunreinigte Regenwasser wird also in folgenden Verfahrensschritten zu einem für ausgewählte Waschprozesse geeigneten Zustand aufbereitet:
Das aufgefangene und verunreinigte Regenwasser wird zunächst nach Bedarf grob gefiltert. Danach wird das Regenwasser in einem geschlossenen Behälter gesammelt und dort in ein unteres Sediment 18 aus anorganischen Verunreinigungen, in ein oberes Sediment 19 aus organischen Verunreinigungen und in ein mittleres Sediment 20 aus anorganischen und organischen Verunreinigungen abgelagert. Die Sedimentation wird durch eine Beruhigung der Wasserbewegungen befördert. Das von den Verunreinigungen befreite Regenwasser wird seiner Verwendung zugeführt und die organischen Verunreinigungen aus dem oberen Sediment 19 und dem mittleren Sediment 20 werden biologisch zersetzt und dem Regenwasser wieder beigegeben. Dabei wird der biologische Zersetzungsprozess durch eine ständige, von den Wasserbewegungen ausgehende Umwälzung der organischen Verunreinigungen, durch den mit dem nachlaufenden Regenwasser eingebrachten Sauerstoff und durch einen von den Wassermassen hervorgerufenen Druck unterstützt.

1: Regenwassersammelbehälter
2: Versteifungsrippe
3: Serviceschacht
4: Sauganschluss
5: flexible Saugleitung
6: Saugkorb
7: Einlaufanschluss
8: Einlaufleitung
9: biologischer Absetzfilter
10: Überlaufventil
11: Filtergehäuse
12: Filterdeckel
13: Anschlag
14: Filterfallrohr
15: Steckmuffe
16: Beruhigungsraum
17: Überlauföffnung
18: Sediment aus anorganischen Verunreinigungen
14: Sediment aus organischen Verunreinigungen
20: Sediment aus anorganischen und organischen Verunreinigungen

Claims

Verfahren zur Aufbereitung von Regenwasser für die weitere Verwendung in einer Hausversorgungsanlage, bei dem das aufgefangene Regenwasser gefiltert und in einem Regenwassersammelbehälter (1) gesammelt und bei Bedarf von einer Wasserversorgungsanlage abgefordert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterung durch Ablagerung der Verschmutzungen auf dem Grund eines stehenden Gewässers in ein unteres Sediment (18) im wesentlichen aus anorganischen Verunreinigungen, in ein oberes Sediment (19) im wesentlichen aus organischen Verunreinigungen und in ein mittleres Sediment (20) im wesentlichen aus anorganischen und organischen Verunreinigungen erfolgt und die organischen Verunreinigungen aus dem oberen Sediment (19) und dem mittleren Sediment (20) unter Zugabe von Sauerstoff biologisch in wasserlösliche Stoffe zersetzt und diese Stoffe dem von den Verunreinigungen befreiten Regenwasser beigegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aufgefangene Regenwasser zur Verbesserung der Sedimentation beruhigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die Sedimentation gereinigte Regenwasser nochmals grob gefiltert wird und die dabei ausgefilterten Verunreinigungen ebenfalls der Sedimentation zugeführt werden.
Regenwasseraufbereitungsanlage, bestehend aus einem Regenwassersammelbehälter (1) mit einem Serviceschacht (3), mit einer Saugleitung (5) für eine Förderpumpe und mit einer Einlaufanleitung (8) für aufgefangenes Regenwasser, wobei in der Einlaufleitung (8) eine Filtereinheit angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinheit ein biologischer Absetzfilter (9) ist, der aus einem topfartigen Filtergehäuse (11) mit einem Absetzraum für ein unteres Sediment (18) im wesentlichen aus anorganischen Verunreinigungen, für ein oberes Sediment (19) im wesentlichen aus organischen Verunreinigungen und für ein mittleres Sediment (20) im wesentlichen aus anorganischen und organischen Verunreinigungen besteht, wobei der Absetzraum des Filtergehäuses (11) einen Überlauf für das durch die Sedimentation gereinigte Regenwasser besitzt.
Regenwasseraufbereitungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Absetzraum des Filtergehäuses (11) ein Beruhigungsraum (16) für das einfließende ungereinigte Regenwasser vorgeschaltet ist.
Regenwasseraufbereitungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der biologische Absetzfilter (9) mit einem Filterfallrohr (14) ausgestattet ist, der bis in den Beruhigungsraum (16) des Filtergehäuses (11) hineinragt.
Regenwasseraufbereitungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der biologische Absetzfilter (9) aus einem geschlossenen Filtergehäuse (11) besteht und Abmessungen besitzt, die auf die lichten Abmessungen des Serviceschachtes (3) des Regenwassersammelbehälters (1) abgestimmt sind und innerhalb des Regenwassersammelbehälters (1) so abgesetzt ist, dass er durch den Serviceschacht (3) entnommen werden kann.
Regenwasseraufbereitungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Überlauf für das durch die Sedimentation gereinigte Regenwasser aus im geschlossenen Filtergehäuse (11) eingebrachte Überlauföffnungen (17) besteht.
Regenwasseraufbereitungsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlauföffnungen (17) in einer Höhe angeordnet sind, die einen ausreichend hohen Absetzraum für die Verunreinigungen ausbildet und die Grüße und die Anzahl der Überlauföffnungen (17) so ausgewählt sind, dass eine ungedrosselte Abführung des durch die Sedimentation gereinigten Regenwassers ermöglicht wird und gleichzeitig grobe Verunreinigungen abgeschieden werden.
Regenwasseraufbereitungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem biologischen Absetzfilter (9) ein den biologischen Absetzfilter (9) umgehendes Überlaufventil (10) vorgeschaltet ist.