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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer biologischen Klärvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine biologische Klärvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
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Derartige biologische Klärvorrichtungen werden zur Abwasserreinigung von Haushalten verwendet, die nicht an das öffentliche Abwassernetz angeschlossen sind. In der Regel sind eine Vorklärkammer und eine Klärkammer in einem einzigen Behälter untergebracht. Während die Vorklärkammer dazu dient, im Abwasser enthaltene Grobstoffe zurückzuhalten, findet in der Klärkammer eine biologische Abwasserreinigung durch Belebtschlamm statt.
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Damit die in dem Belebtschlamm enthaltenen Mikroorganismen die biologische Abwasserreinigung durchführen können, muss Sauerstoff in die Klärkammer eingetragen werden. Dies geschieht durch intermittierendes Belüften des Inhalts der Klärkammer. Als Belüfter kann ein Tauchbelüfter, ein Luftverdichter, eine Pumpe oder dergleichen dienen. In diesem intermittierenden Betrieb wechseln sich Belüftungsphasen, in welchen der Belüfter arbeitet, mit Belüftungspausen ab, in denen kein Lufteintrag in die Klärkammer erfolgt.
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Ein optimales Klärergebnis wird nur dann erreicht, wenn genügend Sauerstoff in die Klärkammer eingetragen wird, um die im frischen Abwasser gelösten organischen Verbindungen abbauen zu können. Es ist daher wichtig, die Laufzeiten und die Leistung des Belüfters entsprechend einzustellen. Die Betriebsparameter der Belüfters werden meist nicht durch Sensoren geregelt, sondern nach Erfahrungswerten eingestellt und im Rahmen der Wartungsintervalle überprüft und ggf. angepasst.
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Die bisher verwendeten Klärvorrichtungssysteme tragen daher nicht dem Umstand Rechnung, dass die Konzentration der abzubauenden organischen Verbindungen sich über einen längeren Zeitraum hinweg verändern kann. Aus den Grobstoffen, die sich in der Vorklärkammer ansammeln, werden organische Bestandteile ausgewaschen und zusätzlich in die biologische Klärkammer überführt. Wächst die Menge der Grobstoffe im Laufe der Zeit an, nimmt somit auch die Konzentration der abzubauenden organischen Verbindungen zu, so dass zur Klärung ein erhöhter Sauerstoffeintrag erforderlich ist. Wird hingegen die Vorklärkammer geleert, wie es in regelmäßigen Intervallen erforderlich ist, nimmt der Eintrag organischer Verbindungen in die Klärkammer plötzlich ab. Die Belastung der Klärkammer verändert sich somit zwischen den Entleerungsterminen sehr stark.
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Während einerseits stets gewährleistet sein muss, dass der Sauerstoffeintrag für die Klärung ausreichend ist, ist es andererseits erwünscht, einen übermäßigen Belüfterbetrieb und damit einen hohen Energieverbrauch der Klärvorrichtung zu vermeiden, so dass die Betriebskosten der Klärvorrichtung gesenkt werden können und die Anlage umweltverträglicher betrieben werden kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Betrieb einer biologischen Klärvorrichtung der vorstehend genannten Art zu schaffen, das die Wirtschaftlichkeit der Klärvorrichtung und deren Umweltverträglichkeit durch Anpassung des Betriebs des Belüfters an die Belastung der Klärvorrichtung erhöht. Eine weitere Aufgabe besteht in der Schaffung einer entsprechend ausgebildeten biologischen Klärvorrichtung.
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Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine biologische Klärvorrichtung gemäß Anspruch 8 gelöst.
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird festgestellt, ob der Füllstand der Vorklärkammer auf ein bestimmtes Niveau abgesunken ist, das durch Abpumpen des Inhalts der Vorklärkammer an einem Entleerungstermin erreicht wird. In diesem Fall wird der Sauerstoffeintrag in die Klärkammer reduziert. Hierzu kommen verschiedene Maßnahmen in Betracht, nämlich die Verkürzung der Belüftungsphasen, in denen der Belüfter läuft, eine Verlängerung der Belüftungspausen zwischen den Belüftungsphasen und eine Verringerung der Belüfterleistung. Jede dieser Maßnahmen kann für sich genommen den Sauerstoffeintrag reduzieren. In Betracht kommt jedoch auch eine Kombination solcher Maßnahmen, wie etwa eine Verkürzung der Belüftungsphasen verbunden mit einer Verlängerung der Pausen zwischen diesen Phasen.
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Das Füllstandsniveau der Vorklärkammer, bei welchem eine Reduktion des Sauerstoffeintrags stattfinden soll, wird zweckmäßigerweise auf eine niedrige Höhe festgelegt, die im Normalbetrieb der Klärvorrichtung nur beim Abpumpen des Inhalts der Vorklärkammer unterschritten werden kann. D. h., dass durch das erfindungsgemäße Verfahren detektiert wird, wann ein Abpumpen stattgefunden hat und somit die Grobstoffe aus der Vorklärkammer weitgehend entfernt sind. So wird der Zeitpunkt erkannt, an welchem der Sauerstoffbedarf zur biologischen Klärung stark vermindert ist. Nach diesem Zeitpunkt kann der Sauerstoffeintrag durch entsprechende Regelung des Belüfterbetriebs wieder allmählich erhöht werden, d. h. durch allmähliche Verlängerung der Belüftungsphasen, Verkürzung der Belüftungspausen und Steigerung der Belüfterleistung über einen längeren Zeitraum hinweg bis zum nächsten Entleerungstermin der Vorklärkammer.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es möglich, den Betrieb des Belüfters besser an die Belastung der Klärvorrichtung anzupassen. Insbesondere kann der Betrieb der Belüfters auf das erforderliche Maß beschränkt werden. Die Laufzeiten und die Leistung des Belüfters werden damit insgesamt gesenkt, und die Klärvorrichtung kann wirtschaftlicher und umweltverträglicher betrieben werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird bei Erreichen eines festgelegten niedrigen Füllstands der Vorklärkammer ein Sparprogramm festgelegter zeitlicher Länge zur Steuerung des Belüfters gestartet.
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Während des Ablaufs dieses Sparprogramms wird vorzugsweise die Länge der Belüftungsphasen, die Länge der Belüftungspausen und/oder die Leistung des Belüfters auf einen konstanten Wert festgelegt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird beim Start des Sparprogramms die Länge der Belüftungsphasen auf einen kleinen Wert gesetzt und während des Ablaufs des Sparprogramms die Länge der Belüftungsphasen vergrößert.
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Weiter vorzugsweise wird beim Start des Sparprogramms die Länge der Belüftungspausen auf einen hohen Wert gesetzt und nimmt während des Ablaufs des Sparprogramms ab.
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Das Sparprogramm kann in einer Ausführungsform der Erfindung manuell gestartet werden. Beispielsweise kann dieser manuelle Start durch eine Bedienungsperson nach jedem Abpumpen des Inhalts der Vorklärkammer erfolgen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Sparprogramm automatisch gestartet, wenn der Füllstand der Vorklärkammer einen Niveauschalter erreicht.
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Der Niveauschalter kann in diesem Fall automatisch geschlossen werden, wenn der Füllstand der Vorklärkammer das Niveau erreicht, bei welchem die Reduktion des Sauerstoffeintrags erfolgen soll. Der Niveauschalter kann dann automatisch das Sparprogramm für den Belüfter auslösen.
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Eine erfindungsgemäße biologische Klärvorrichtung umfasst mindestens eine Vorklärkammer, mindestens eine Klärkammer, einen in der Klärkammer angeordneten Belüfter zur intermittierenden Belüftung des Inhalts der Klärkammer zum Eintrag von Sauerstoff, und eine Belüftersteuerung, die erfindungsgemäß dazu vorgesehen ist, den Sauerstoffeintrag in die Klärkammer durch Verkürzung der Belüftungsphasen, durch Verlängerung der Belüftungspausen und/oder durch Verringerung der Leistung des Belüfters zu reduzieren.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser biologischen Klärvorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen 9 bis 15.
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Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
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1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der biologischen Klärvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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2 zeigt die Klärvorrichtung aus 1 in einer weiteren Betriebssituation, in welcher der Füllstand der Vorklärkammer abgesunken ist.
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Die 1 dargestellte biologische Klärvorrichtung 10 umfasst einen Klärbehälter 12, dessen Innenraum in unterschiedliche Kammern unterteilt ist. Links in 1 befindet sich eine Vorklärkammer 14, die durch eine Zwischenwand 16 von einer biologischen Klärkammer 18 getrennt wird. Innerhalb der Klärkammer 18 findet die eigentliche biologische Abwasserreinigung statt. Zu diesem Zweck enthält die Klärkammer 18 Belebtschlamm.
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Die Klärvorrichtung 10 verfügt ferner über einen Zulauf 20, über welchen Schmutzwasser in die Vorklärkammer eingeleitet wird, sowie über einen Klarwasserablauf 22 zur Abführung gereinigten Klarwassers aus dem Oberflächenbereich der Klärkammer 18. Durch eine Überführungseinrichtung 24 wird Abwasser aus der Vorklärkammer 14 in die Klärkammer 18 überführt. Die Überführungseinrichtung 24 sowie auch der Klarwasserablauf 22 sind lediglich schematisch dargestellt und können je nach Ausführungsform der biologischen Klärvorrichtung unterschiedlich ausgebildet sein. Die Überführungseinrichtung 24 kann insbesondere mit einer Pumpvorrichtung zum Ansaugen des Inhalts der Vorklärkammer 14 ausgestattet sein. Derartige Einrichtungen sind bekannt und nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Ein Belüfter 26 sorgt für eine Belüftung des Inhalts der Klärkammer 18 und damit für den Eintrag von Sauerstoff in die Klärkammer 18. Der in der Klärkammer 18 angeordnete Belüfter 26 kann ein Tauchbelüfter, eine Pumpe, ein Luftverdichter oder dergleichen sein und wird durch eine entsprechende Belüftersteuerung betrieben und mit Strom versorgt.
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Gemäß einer üblichen Betriebsform der vorliegenden Klärvorrichtung 10 wird in einer Beschickungsphase vorgereinigtes Abwasser aus der Vorklärkammer 14 durch die Überführungseinrichtung 24 in die Klärkammer 18 überführt. Dieses Abwasser ist bereits von Grobstoffen 28 befreit, die sich am Boden der Vorklärkammer 14 abgesetzt haben. Dieses vorgereinigte Abwasser wird durch die Mikroorganismen im Klärschlamm, der in der Klärkammer 18 enthalten ist, endgereinigt. Insbesondere werden im Abwasser gelöste organische Verbindungen durch die Mikroorganismen abgebaut.
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Dieser Abbau findet während einer Behandlungsphase statt, die sich an die Beschickungsphase anschließt. Während der Behandlungsphase wird der Belüfter 26 intermittierend betrieben. d. h., in Belüftungsphasen, die durch Belüftungspausen getrennt sind. Während der Belüftungsphasen läuft der Belüfter kontinuierlich und trägt Sauerstoff in die Klärkammer 18 ein. Hierdurch wird der Inhalt der Klärkammer 18 gleichzeitig durchgerührt. Während der Belüftungspausen kann sich der Klärschlamm am Boden der Klärkammer 18 absetzen.
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Durch den Betrieb des Belüfters 26 lässt sich der Sauerstoffeintrag in die Klärkammer 18 steuern. Verlängert man beispielsweise die Belüftungsphasen im Verhältnis zu den Belüftungspausen, steigt der durchschnittliche Sauerstoffeintrag pro Zeiteinheit während der Behandlungsphase an. Dies lässt sich auch durch eine Verkürzung der Belüftungspausen im Verhältnis zu den Belüftungsphasen erreichen, oder durch eine Steigerung der Leistung des Belüfters.
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Der Belüfter 26 muss daher stets so betrieben werden, dass ein ausreichender Sauerstoffeintrag für ein optimales Klärergebnis gewährleist ist. Es ist andererseits erwünscht, die Laufzeiten und die Leistung des Belüfters möglichst weitgehend zu reduzieren, um die Wirtschaftlichkeit der Klärvorrichtung 10 und ihre Umweltverträglichkeit zu erhöhen.
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Dies wird dadurch erreicht, dass der Betrieb des Belüfters 26 an die Belastung der Klärvorrichtung 10 angepasst wird. Die Konzentration der organischen Verbindungen, die im Abwasser enthalten sind, ist abhängig von der Menge der abgesetzten Grobstoffe 28 in der Vorklärkammer 14. Aus diesen Grobstoffen 28 werden zusätzlich organische Bestandteile ausgewaschen. Befinden sich nur wenig Grobstoffe 28 am Grund der Vorklärkammer 14, ist auch die Konzentration der organischen Verbindungen niedriger, was zu einem sinkenden Sauerstoffbedarf in der Klärkammer 18 führt.
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In regelmäßigen zeitlichen Abständen wird die Vorklärkammer 14 ausgepumpt und ihr Inhalt in eine kommunale Kläranlage verbracht. Der Zustand nach dieser Entleerung ist in 2 dargestellt. Die Belastung des in die Klärkammer 18 überführten Abwassers ist dann gering, und es muss nur verhältnismäßig wenig Sauerstoff durch den Belüfter 26 in die Klärkammer 18 eingetragen werden.
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Erfindungsgemäß wird beim Absinken des Füllstands der Vorklärkammer 14 auf ein festgelegtes Niveau der Belüfter 26 so gesteuert, dass der Sauerstoffeintrag in die Klärkammer 18 reduziert wird. Dies kann durch Verkürzung der Belüftungsphasen, durch Verlängerung der Belüftungspausen und/oder durch Verringerung der Leistung des Belüfters 26 geschehen.
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Innerhalb der Vorklärkammer 14 ist ein Niveauschalter 30 auf niedriger Höhe angeordnet. Fällt der Wasserstand in der Vorklärkammer 14 unter das Niveau des Niveauschalters 30, wird dieser geschlossen und sendet ein Signal an die Belüftersteuerung. Der Belüfter 26 wird dann nach Schließen des Niveauschalters 30 in einem Sparprogramm festgelegter zeitlicher Länge betrieben.
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Während des Ablaufs dieses Sparprogramms kann beispielsweise die Länge der Belüftungsphasen verkürzt werden, um den Sauerstoffeintrag in die Klärkammer durch den Belüfter 26 zu verringern. Wahlweise können die Belüftungspausen zwischen den Belüftungsphasen verlängert werden, oder die Belüfterleistung kann reduziert werden. In einer Ausführungsform des Sparprogramms werden die Länge der Belüftungsphasen, der Länge der Belüftungspausen und/oder die Leistung des Belüfters 26 auf einen konstanten Wert festgelegt.
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Es ist jedoch auch denkbar, während des Ablaufs des Sparprogramms die Belüftungsphasen allmählich zu verlängern, d. h. den Belüfter 26 in seinen Betriebsphasen zunehmend länger laufen zu lassen, um den Sauerstoffeintrag in die Klärkammer 18 allmählich zu erhöhen. Damit wird der Betrieb des Belüfters 26 auf die ansteigende Konzentration organischer Verbindungen in der Klärkammer 18 angepasst, die nach dem Entleerungstermin der Vorklärkammer 14 auftritt. In gleicher Weise kann natürlich auch die Länge der Belüftungspausen beim Start des Startprogramms auf einen hohen Wert festgesetzt werden, der während des Ablaufs des Sparprogramms allmählich abnimmt.
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Es versteht sich, dass der Niveauschalter 30 auf einer Höhe angeordnet werden muss, die vom Wasserstand in der Vorklärkammer 14 während des Normalbetriebs der Klärvorrichtung 10 nicht unterschritten wird, sondern nur in dem vorstehend beschriebenen Fall einer Leerung der Vorklärkammer 14 an einem Entleerungstermin. So wird gewährleistet, dass das Sparprogramm des Belüfters 26 lediglich am Entleerungstermin gestartet wird.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Sparprogramm automatisch durch ein Signal des Niveauschalters 30 ausgelöst. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Sparprogramm zum Betrieb des Belüfters 26 manuell durch eine Betriebsperson nach der Entleerung der Vorklärkammer 14 gestartet. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein vom Niveauschalter 30 erzeugtes akustisches oder optisches Signal das Wartungspersonal dazu auffordert, das Sparprogramm manuell zu starten.
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Der Niveauschalter 30 ist lediglich als eine Ausführungsform einer Einrichtung zur Feststellung des Füllstands der Vorklärkammer 14 zu verstehen. Denkbar sind auch andere Einrichtungen oder Schalter, wie etwa ein Drucksensor am Zuführungsschlauch der Überführungseinrichtung 24 von der Vorklärkammer 14 in die Klärkammer 18. Der Drucksensor kann in diesem Fall einen Druckabfall im Schlauch feststellen und daraus auf einen Füllstand in der Vorklärkammer 14 schließen. In diesem Fall wird ein Signal erzeugt, das auf die vorstehend beschriebene Weise das Sparprogramm auslöst.
