DE102014015488B4

DE102014015488B4 - Zweifunktionaler Druckluftheber für biologische Kläranlagen, Verfahren zu dessen Betrieb und dessen Verwendung

Info

Publication number: DE102014015488B4
Application number: DE102014015488.2A
Authority: DE
Inventors: Hubert Prädel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-10-17
Filing date: 2014-10-17
Publication date: 2017-05-11
Anticipated expiration: 2034-10-18
Also published as: DE102014015488A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen zweifunktionalen Druckluftheber für biologische Kläranlagen, welcher die Funktion eines Klarwasser- und eines Überschussschlammhebers ausführt, wobei beide Funktionen nur über die Betätigungszeit einer Druckluftquelle umgeschaltet werden. Die Aufgabe der Erfindung, einen störungssicheren, sich selbst reinigenden Wasserdruckluftheber bereitzustellen, welcher aus einem Bauteil besteht und dabei in einer Funktionseinheit als Überschussschlammheber und als Klarwasserheber funktioniert und dieser den Überschussschlamm direkt in einen Reaktor, in die Vorklärung oder in einen Schlammspeicher fördern kann, wird dadurch gelöst, dass der zweifunktionaler Druckluftheber ein senkrechtes, oben offenes Ansaugrohr (2) mit einer Ansaugöffnung (3) in seiner Wand und zwei senkrechten, parallel zueinander verlaufenden Druckluftheberrohren in Form eines Überschussschlammheberrohrs (4) und eines Klarwasserheberrohrs (5), wobei das Ansaugrohr (2) und die zwei Druckluftheberrohre unten in einen gemeinsamen Verbindungsraum in Form eines Verbindungsrohres (11) münden, eine Druckluftleitung (9), welche mit einem Druckluftverdichter (7) verbindbar ist, mit einer Lufteintrittsöffnung (6), welche an der Verbindungsstelle des Überschussschlammheberrohrs (4), des Klarwasserheberrohrs (5) und des Verbindungsrohrs (11) angebracht ist, wobei das Überschussschlammheberrohr (4) oben offen ist und seitlich oberhalb der maximalen Wasserhöhe (16) in das Reaktorwasser (1), in die Vorklärung der Kläranlage, in einen Schlammbehälter (17), in eine Filtertasse/Filtersack (19) oder in einen schlammstabilisierenden Komposter einleitbar und das Klarwasserheberrohr (5) oben offen und seitlich in den Kläranlagenabfluss einleitbar ist, und eine Steuerung (8), welche den Druckluftverdichter (7) ein- und ausschalten lässt, umfasst, wobei das Klarwasserheberrohr (5) im oberen Bereich in seinem Durchmesser erweitert ist und als Wasserpuffer (13) dient und die Ansaugöffnung (3) einen nach unten abgewinkelten offenen Rohrstutzen besitzt, welcher in der Wand des Ansaugrohres (2) in der Höhe der Klarwasserzone (12) des Reaktorwassers (1) anbringbar ist, in dem dieses einteilige Rohrsystem im Reaktorwasser (1) einer biologischen Kläranlage fest montierbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen zweifunktionalen Druckluftheber für biologische Kläranlagen, welcher die Funktion eines Klarwasser- und eines Überschussschlammhebers ausführt, wobei beide Funktionen nur über die Betätigungszeit einer Druckluftquelle umgeschaltet werden.
Bei fast allen Biologischen Kläranlagen, welche nicht mit elektrischen Unterwasserpumpen, sondern mit einem Drucklufterzeuger, auch Verdichter oder Kompressor genannt, arbeiten, sind Druckluftheber notwendig, um das häusliche Abwasser von einem Becken in ein anderes zu fördern, oder das entstehende Klarwasser in den Ablauf der Kläranlage zu fördern. Druckluftheber bestehen aus einem beidseitig offenen Rohr mit einem seitlich angebrachten Druckluftanschluss. Die Druckluftheber sind senkrecht so in den Kläranlagen angebracht, dass der Druckluftanschluss soweit wie möglich unter dem Wasserspiegel liegt, dass die Ansaugöffnung des Rohres in der gewünschten Höhe Wasser ansaugen kann und die Austrittsöffnung des Rohres dort platziert wird, wo das geförderte Wasser abgeleitet werden soll. Befindet sich im Kläranlagenbehälter genügend Wasser, so dass auch das Heberrohr oberhalb des Druckluftanschlusses gut mit Wasser gefüllt ist, so strömt, bei eingeschaltetem Drucklufterzeuger, die Druckluft durch die Lufteintrittsöffnung, in das Heberrohr, und fördert das Wasser senkrecht nach oben. Die entstehenden Luftblasen reißen das umgebende Wasser im Rohr mit nach oben und fördern so das nachströmende Wasser durch die Austrittsöffnung des Heberrohres.
Dieser Pumpvorgang dauert so lange, bis der Wasserspiegel im Kläranlagenbehälter so abgesenkt ist, das nun der verkürzte Weg im Heberrohr, die Auftriebskräfte der hoch strömenden Luftblasen kein Wasser mehr mitreißen können, oder der Drucklufterzeuger ausgeschalten wird. In biologischen Kläranlagen wird vor allem in SBR-Kläranlagen das zufliesende Abwasser in einem Vorklärbehälter gespeichert, um nach einem Zyklus von mehreren Stunden in einen SBR-Reaktor gefördert zu werden.
In dem Reaktorbecken, auch als Reaktor bezeichnet, wird das Abwasser durch Teller-, oder Rohrbelüfter feinperlig belüftet. Durch diese Belüftung können die dort befindlichen frei schwimmenden Bakterien atmen und das Abwasser durch ihre Stoffwechselprozesse reinigen. Nach dieser Reinigungsphase wird die Belüftung abgeschaltet, so dass sich die Bakterien, auch Belebtschlamm genannt, durch Absinken am Boden absetzen können. Nach dieser Absetzphase entsteht über der Bakterienschicht eine Klarwasserzone, welche nun vom Klarwasserheber, in gleicher Funktion wie beschrieben, in den Ablauf der Kläranlage gepumpt wird.
Zur gleichen Zeit werden überschüssige Bakterien, durch den parallel zum Klarwasserheber betriebenen Überschussschlammheber, in geringerer Menge, wegen des geringer dimensionierten Heberrohres und einer gedrosselten Luftzufuhr, in die Vorklärung gepumpt.
Nach dieser Klarwasserpumpzeit beginnt der Kläranlagenzyklus wieder mit der Beschickungspumpzeit, in dem der Beschickungsheber das Vorklärwasser, in vorprogrammierter Zeit, in den Reaktor pumpt bzw. fördert. Die Druckluft für den Beschickungsheber, für den Tellerlüfter und für den Klarwasser- bzw. Überschussschlammheber wird über einzelne elektromagnetisch betätigte Ventile, entsprechend geschalten. Diese Ventile werden über einen Druckluftverdichter mit Druckluft versorgt.
Aus diesen Gründen sind die Druckluftheber gemäß dem Stand der Technik so konstruiert, dass dessen Ansaugöffnung unterhalb der Wasseroberfläche liegt und das Ende des Abpumpvorganges dann erreicht ist, wenn kein Wasser über die Unterkante der Ansaugöffnung mehr fließen kann. Durch diese Notwendigkeit, um den oberen Klarwasserbereich und nicht den darunter liegenden Bereich der abgesetzten Bakterien abzupumpen, ist es notwendig, das hinter der Ansaugöffnung folgende Ansaugrohr senkrecht nach unten zu führen und über einen U-förmigen 360 Grad Bogen mit dem folgenden senkrecht nach oben führenden Heberrohr zu verbinden. Damit die Auftriebskräfte der in das Heberrohr strömenden Druckluftblasen am größten sind, muss die am Heberrohr seitlich angebrachte Lufteintrittsöffnung so tief wie möglich, aber oberhalb der Rohrkrümmung angebracht sein.
Der so von fast allen Herstellern ausgestaltete Klarwasserheber hat den Nachteil, dass das Vorklärwasser beim Befüllen des Reaktors mittels Beschickungsheber, in die Ansaugöffnung des Klarwasserhebers läuft und sich dort schwebende Partikel absetzen können.
Die Verschmutzung des Klarwasserhebers geschieht bei Anlagen gemäß dem Stand der Technik weit aus intensiver im danach folgenden Belüftungsprozess, indem die beim Einschalten des Teller-, Rohr-, Membranbelüfters aufsteigende Luftblasen als erstes das Wasservolumen im Reaktor erhöhen und zum zweiten die abgesetzten Belebtschlammbakterien im Reaktorwasser verwirbeln, so dass diese durch die Volumenerhöhung ebenfalls durch die Ansaugöffnung in das Ansaugrohr des Klarwasserhebers gelangen und sich ebenfalls dort absetzen. Der Belüftungszeitraum im Reaktor einer SBR-Kläranlage dauert oft mehrere Stunden. Der Teller- oder Rohrmembranbelüfter wird daher in diesem Zeitraum im vorgewählten Zyklus ein- und ausgeschalten, so dass zumindest bei jedem Belüftungsbeginn immer wieder Belebtschlammbakterien, wegen der beschriebenen Volumenerhöhung, in den Klarwasserheber gedrückt werden. Da die Belebtschlammbakterien schwerer als Wasser sind, sinken diese im Ansaugrohr nach unten und füllen die Rohrbögen, welche das Ansaugrohr und das Heberrohr miteinander verbinden. Zu Beginn der Klarwasserpumpzeit fördert der Klarwasserheber diese Ablagerungen in den Kläranlagenablauf.
Dies ist in der Praxis leicht zu erkennen, denn die ersten Pumpstöße haben die Farbe der Belebtschlammbakterien. Im weiteren Pumpvorgang ist der Klarwasserheber vom angesaugten Klarwasser so durchspült, dass alle Rohrablagerungen weggefördert sind und nur noch Klarwasser aus der Klarwasserzone des Reaktors in den Ablauf der Kläranlage gefördert wird.
Nachteilig ist somit bei Anlagen gemäß dem Stand der Technik, dass Belebtschlammbakterien auf diese Art und Weise ständig aus der Kläranlage in den Abfluss gelangen. Dieser so bezeichnete Belebtschlammabtrieb hat zur Folge, daß sich im Reaktor das Belebtschlammvolumen ständig verringert und damit auch die Abwasserreinigungsleistung. Besonders nachteilig ist, wenn sich hinter dem Kläranlagenablauf eine Versickerung befindet, welche durch den Schlammabtrieb langsam verschlammt und unbrauchbar wird.
Das Gleiche gilt, wenn sich hinter dem Kläranlagenablauf ein Vorfluter befindet, welcher durch die Schlammbelastung und der damit verbundenen Sauerstoffreduktion im Wasser des Vorfluters ein Ungleichgewicht entsteht. Nachteilig ist ebenfalls, dass es keine Druckluftheber gibt, bei welcher die verstopfte Ansaugöffnung des Beschickungshebers, durch eine geeignete Rückspülung diese Verstopfung beseitigt wird.
Zur Lösung dieser Nachteile sollte ein Klarwasserheber so konstruiert sein, dass kein Wasser-Belebtschlammgemisch in die Ansaugöffnung eindringen kann, oder das dieser abgesetzte Belebtschlamm vor der Klarwasserpumpzeit aus dem Klarwasserheber weggespült wird und dadurch die Verschlammung von Versickerungen, sowie die Verunreinigung von Gewässern vermieden wird.
In der Praxis und aus Offenlegungsschriften sind einige Lösungsvarianten realisiert bzw. bekannt, welche den geschilderten Nachteilen entgegenwirken sollen.
Gemäß DE 20 2005 019 918 U1 sind bspw. Rückschlagklappen an den Ansaugöffnungen des Klarwasserheberrohres angebracht, um dort die Belebtschlammbakterien nicht eindringen zu lassen. Langjährige Erfahrungen haben gezeigt, dass die im Abwasser schwimmenden Haare oder ähnliche Teile die beweglichen Klappen oder Ventile so umschlingen, dass die gewünschten Verschlusskräfte nach einiger Zeit nicht mehr wirken oder durch aufwendige Wartungsarbeiten ständig gesäubert werden müssen.
In DE 10 2008 038 116 A1 und DE 10 2007 049 517 A1 wird vorgeschlagen, die partikulären Stoffe und die Belebtschlammbakterien mit Filtervorrichtungen so auszufiltern, dass diese in den Filtern aufgefangen werden und nicht die Kläranlage verlassen können. Hierzu sind Signalvorrichtungen notwendig, welche den Füllstandsgrad des Filters anzeigen, und die notwendige Filterreinigung signalisieren.
Nachteilig ist hierbei, dass die Belebtschlammbakterien nicht wieder dem Reaktor zugeführt werden, sondern für den Reinigungsprozess verloren gehen. Hinzu kommt, dass die Filtrierung und die Wartung der Filter sehr kostenaufwendig sind.
DE 20 2005 003 588 U1 offenbart eine Kleinkläranlage mit einer Vorklärkammer und einer Nachklärkammer, wobei in jeder Kammer mindestens ein Druckluftheber vorgesehen ist, mit dem unter Luftzufuhr das entsprechende Medium im Sinne eines Anhebens aus der jeweiligen Kammer förderbar ist, wobei die jedem Druckluftheber zugeordnete, an ein Druckluftaggregat angeschlossene Druckluftleitung in einer Hebeleitung angeordnet ist, wobei das Medium durch den zwischen der Außenwandung der Druckluftleitung und der Innenwandung der Hebeleitung, gebildeten Zwischenraum, führbar ist.
DE 24 20 076 A1 offenbart eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Eintrag von Sauerstoff in Abwässer unter erhöhtem, hydrostatischen Druck, wobei ein Gaseinlass im unteren Teil eines Schachtes angeordnet ist, und ein Flüssigkeitseinlass sowie ein Flüssigkeitsauslass an einem über dem Schacht angeordneten, mit diesem verbundenen Reservoir angeordnet ist.
Aus DE 24 23 085 A ist ein Verfahren zur Behandlung von Abwasser bekannt, welches eine Stufe umfasst, bei der das Abwasser in einem System umgewälzt wird, das einen absteigenden und einen aufsteigenden Teil umfasst, die an ihren oberen und unteren Enden in Verbindung sind, wobei ein sauerstoffhaltiges Gas wie Sauerstoff, selbst, oder eine sauerstoffhaltige Gasmischung, zum Abwasser, bei seinem Durchtritt durch den absteigenden Teil zugeliefert wird.
Weitere Lösungsvorschläge werden bspw. in DE 10 2007 058 177 A1 , DE 10 2008 020 938 A1 und in EP 1 582 263 B1 offenbart. Gemäß diesen Lösungsvorschlägen wird versucht, durch Strömungs- und Ableitvorrichtungen an der Ansaugstelle des Klarwasserhebers das Eindringen von Belebtschlamm während der Belüftung im Reaktor zu verhindern. Durch bestimmte Rohranordnungen wird dabei versucht, dass während der Belüftung strömende Wasser-Belebtschlammgemisch von der direkten Ansaugöffnung des Saugrohres vom Klarwasserheber fernzuhalten, oder sich in einer Art Pufferrohr beruhigen zu lassen. Bei diesen Lösungsvorschlägen wird jedoch nicht berücksichtigt, dass eine Volumenerhöhung am Anfang jeder Belüftung entsteht. Die Volumenerhöhung bewirkt einen Überdruck gegenüber dem beidseitigen offenen Klarwasserheberrohr und versucht sich in diesem auszugleichen. Folglich fließt also in jedem Fall bei jedem Belüftungsanfang das Wasser-Belebtschlammgemisch in die Ansaugöffnung des Klarwasserhebers, um sich am Boden des U-förmigen 360 Grad-Bogens abzusetzen. Somit reduzieren die in DE 10 2007 058 177 A1 , DE 10 2008 020 938 A1 und in EP 1 582 263 B1 beschrieben Maßnahmen nur den Belebtschlammabtrieb.
DE 100 57 378 B4 offenbart eine elektrische Unterwasserpumpe als Klarwasserpumpe, welche das Klarwasser aus dem Klarwasserbereich in den Ablauf der Kläranlage pumpen soll.
Belebtschlammablagerungen, aus dem zuvor stattgefundenen Belüftungszyklus, welche in der Pumpe auftreten, werden gemäß dieser technischen Lösung durch ein oder mehrere Pumpenstöße beseitigt. Es wird also kurzzeitig Wasser in das ausgangsseitige Steigrohr gepumpt, damit dieses im freien Fall durch die Pumpe strömt und den dort liegenden Belebtschlamm mitreißt und in den Reaktor fließen lässt. Diese gute Funktionsweise einer hydraulischen Spülung ist aber bei gleicher Anwendung im druckluftbetriebenen Klarwasserheber wegen des unten geschlossenen 360 Grad förmigen U-Bogens nicht möglich.
In Tests wurde versucht, diese hydraulische Rückspülung am Klarwasserheber praktisch durchzuführen. Durch einen kurzzeitigen Druckluftstoß wurde dabei die Wassersäule im Heberrohr angehoben. Das dafür notwendige nachströmende Wasser war gering, da die Volumenerhöhung im Steigrohr, zum größten Teil von den eingeströmten Luftblasen herrührt. Die herab fallende Wassersäule, muss sich erst von den aufsteigenden Luftblasen trennen und hat deswegen nicht die erforderliche Geschwindigkeit, um den Belebtschlamm in den U-förmigen Rohrteil so mitzunehmen, dass diese aufsteigend bis zur Ansaugöffnung gelangt, um dort in das Reaktorwasser zu gelangen. Der Vorgang wurde wiederholt mit einem oberhalb vom Auslauf des Heberrohres angebrachten Pufferbehälter. Beim Betätigen des Klarwasserhebers wird also dieser erst mit Wasser befüllt, ehe das Klarwasser seitlich aus diesem ablaufen kann. Um einen Spülstoß zu erzeugen, wird der Klarwasserheber kurzzeitig so lange eingeschaltet, bis der Pufferbehälter gefüllt ist und noch nicht überläuft. Beim Ausschalten des Klarwasserhebers strömt das Wasser aus dem Pufferbehälter in den Heber zurück und drückt die gepufferte Wassermenge durch die Ansaugöffnung in den Reaktor zurück. Der so ausgespülte Belebtschlammanteil ist gering und entspricht nur der Menge des Klarwasserbelebtschlammgemisches des Volumens vom Pufferbehälter. Der Pufferbehälter kann und darf nicht zu groß gewählt werden, weil dessen Wassergegendruck die Förderhöhe und die Förderleistung des Klarwasserhebers stark reduziert. Außerdem reicht die Strömungsgeschwindigkeit des zurückfließenden Wassers nicht aus, um die Belebtschlammablagerungen am Boden des U-förmigen Rohrbogens mitzureißen.
Die zuvor beschriebene hydraulische Rückspülung der Belebtschlammbakterien ist demzufolge nicht zufrieden stellend.
EP 2 743 515 A2 offenbart einen Klarwasserheber, bei dem am Ansaugrohr ein Ansaugstutzen als invertierte Siphonvorrichtung ausgebildet ist, die einer invertierten U- oder V-Krümmung aufweist und in einem Tauchrohrstutzen mit Ansaugöffnung übergeht. Im Betriebszustand befindet sich in diesem Ansaugstutzen eine Luftblase, welche den Wassereintritt nur bei großen Druckunterschieden erfolgen lässt, aber nicht verhindert.
Gemäß der Offenbarung von DE 10 2011 122 695 A1 erfolgt eine hydraulische und pneumatische Rückspülung im Klarwasserheber, wobei die Belebtschlammpartikel, welche sich im Klarwasserheber befinden, spätestens durch das Wasser im Mittelwandhohlkörper so verdrängt werden, dass diese durch die Ansaugöffnung des Klarwasserhebers zurück in den Reaktor gespült werden.
Nachteilig bei diesen beiden technischen Lösungen ist, dass die Belebtschlammpartikel nicht direkt als Überschussschlamm in die Vorklärung gefördert werden können, sondern dass dafür extra ein Überschussschlammheber benötigt wird.
Es wäre von Vorteil, wenn ein Klarwasserheber so konstruiert ist, dass dieser vor der Klarwasserförderung so gespült wird, dass das mit Belebtschlammbakterien durchmischte Spülwasser direkt in die Vorklärung oder in einen separaten Schlammspeicher gefördert würde, somit dieser auch die Überschussschlammfunktion ausführt und kein weiterer Überschussschlammheber benötigt wird.
Gemäß EP 2 641 876 A1 kann dies wie folgt relativ aufwändig praktiziert werden:
Wenn die Druckluft in den Klarwasserheber einströmt, wird das erste geförderte, mit Belebtschlamm durchmischte Wasser, kurzzeitig in einem extra dafür angebrachten Behälter gefördert. Durch eine Bodenöffnung am Behälter fließt es durch einen offenen Schwimmermechanismus in die Vorklärung und erfüllt so die Überschussschlammfunktion. Wenn dieser Vorgang mehrmals wiederholt wird, ist der Klarwasserheber gereinigt. Im folgenden Dauerbetrieb schließt sich die Schwimmeröffnung am Boden des Behälters und das geförderte Klarwasser fließt durch den Behälter in den Ablauf der Kläranlage. Der Wasserstand im Behälter wird durch einen Schwimmerschalter überwacht.
Nachteilig bei dieser technischen Lösung ist, dass durch Verunreinigungen die Schwimmerkombination am Behälter nicht funktioniert. Wenn diese Schwimmermechanik gestört/blockiert wird, kann das kurzzeitig geförderte Belebtschlamm-Wasser-Gemisch nicht zurück in die Vorklärung fließen, fließt folglich in den Ablauf, oder bei der folgenden Klarwasserförderung fließt das Klarwasser als Teilstrom in die Vorklärung zurück.
Eine Störung am mechanischen Schwimmermechanismus führt entweder zur Verschmutzung am Ablauf der Kläranlage, oder zur Überstauung in der Kläranlage.
Nachteilig ist darüber hinaus auch, dass ein Schwimmerschalter im Behälter notwendig ist, um den Betriebszustand der Kläranlage zu erfassen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen störungssicheren, sich selbst reinigenden Wasserdruckluftheber bereitzustellen, welcher aus einem Bauteil besteht und dabei in einer Funktionseinheit als Überschussschlammheber und als Klarwasserheber funktioniert und dieser den Überschussschlamm direkt in einen Reaktor, in die Vorklärung oder in einen Schlammspeicher fördern kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. Patentanspruchs gelöst. Weitere günstige Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung sind in den nachgeordneten Patentansprüchen angegeben.
Bei einem in seiner Bauart an sich grundsätzlich bekannten Wasserdruckluftheber ist erfindungsgemäß parallel zum bekannten Klarwasserheberrohr ein zweites Überschussschlammheberrohr angeordnet. Diese beiden Heberrohre sind mit dem Ansaugrohr formschlüssig und hydraulisch verbunden. Der Druckluftanschluss befindet sich am unteren Ende des Klarwasserheberrohres, unmittelbar neben dem unteren Ende des Überschussschlammheberrohres, an dieser Rohrverbindung.
Dieser kombinierte Überschussschlamm-Klarwasserheber (= zweifunktionaler Druckluftheber) besteht also aus einem senkrecht stehenden Ansaugrohr mit einer seitlich angeordneten Ansaugöffnung, welches nach unten führt, dort einen etwa 270° bis 360° Bogen hat, danach ansteigt und mit dem senkrecht nach oben führenden Überschußschlammheberrohr und dem Klarwasserheberrohr verbunden ist.
Der Druckluftanschluss ist konstruktiv so angeordnet, dass beim kurzen Einschalten der Druckluft die Massenträgheit des Wassers an der Lufteintritsöffnung so ausgenutzt wird, dass sich dort erst eine große Blase ausbilden kann, die hauptsächlich in das Überschussschlammheberrohr aufsteigt und nur wenig von dieser ersten Luftblase in das Klarwasserheberrohr aufsteigt.
Das Wesen der Erfindung besteht somit darin, dass sich beim kurzzeitigen Einschalten der Druckluft, im Sekundenbereich an der Lufteintrittsöffnung des Druckluftanschlusses eine größere Luftblase bilden kann, diese dort das Wasser verdrängt und hauptsächlich und kurzzeitig in das Überschussschlammheberrohr aufsteigt und es dort kurz zu einer Wasserförderung kommt, ohne dass dabei eine Wasserförderung im Klarwasserheberrohr erfolgt.
Wird die Druckluft längere Zeit eingeschalten, wird die Massenträgheit des Wassers im Klarwasserheberrohr überwunden und die aufsteigenden Luftblasen werden an der aufwärtssteigenden Wandung des Klarwasserheberrohres so nach oben geleitet, dass eine Wasserströmung entsteht, welche die Luftblasen an der Lufteintrittsöffnung des Druckluftanschlusses in Richtung Klarwasserheberrohr mitreißen, so dass der Klarwasserheber Wasser fördert und der Überschussschlammheber dann kein Wasser mehr fördert.
Dies bedeutet also, dass der so ausgebildete zweifunktionale Druckluftheber mit der Funktion eines Klarwasser- und eines Überschlammhebers bei jedem Einschalten der Druckluft das Überschussschlammheberrohr im Sekundenbereich Wasser fördert und gleich danach die Wasserförderung im Klarwasserheberrohr beginnt oder bei kurzzeitigen Einschalten der Druckluft im Sekundenbereich nur durch das Überschussschlammrohr Wasser gefördert wird. Diese Betriebsweise wird während der Klarwasserphase dazu genutzt, um die Belebtschlammbakterien, welche sich während der Belüftungsphase im Ansaugrohr abgelagert haben, schrittweise weg zu fördern.
Mehrmals mit kurzen Pausen wird die Druckluft ein- und ausgeschalten, bis die Verunreinigungen wegen des nachströmende Klarwasser durch das Überschussschlammheberrohr schrittweise in kleinen Teilmengen weggefördert worden sind.
Es können aber natürlich auch während der Belüftungsphase in dieser Funktionsart das Belebtschlamm-Wassergemisch in kleinen Teilmengen weggefördert werden, um das Belebtschlammvolumen im Reaktor zu reduzieren. Egal in welcher biologischen Reinigungsphase, es wird immer durch den beschriebenen Druckluftimpulsbetrieb des zweifunktionalen Drucklufthebers eine Überschussschlammfunktion und nach der Klarwasserabsetzphase im zeitbegrenzten Druckluftdauerbetrieb die Klarwasserförderfunktion realisiert.
Der Vorteil dieses zweifunktionalen Drucklufthebers und seines bestimmungsgemäßen Betriebs liegt darin, dass nur mit einem Druckluftanschluss und einer wirkungsvollen einfachen Konstruktion ohne bewegte mechanische Teile ein Druckluftheber mit zwei Funktionen und geringen Montageaufwand realisiert wird.
Um die Fördermenge im Überschussschlammrohr zu vergrößern, muss der Druckluftimpuls geringfügig verlängert werden, dabei sollte aber auch das Klarwasserheberrohr, so im oberen Bereich im Durchmesser vergrößert werden, dass dieser dadurch entstandene Wasserpuffer ausreicht, damit diese Klarwasserrohr beim Betrieb des Überschussschlammheberrohres nicht überläuft.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Ausführungsbeispiele und der Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:
1: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen mit zwei Funktionen ausgestatteten Drucklufthebers, bei welchem der Überschussschlamm zurück in den Reaktor gefördert wird,
2: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen mit zwei Funktionen ausgestatteten Drucklufthebers, bei welchem der Überschussschlamm in einen Schlammbehälter gefördert wird, und
3: eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen mit zwei Funktionen ausgestatteten Drucklufthebers, bei welchem der Überschussschlamm auf eine Filtertasse oder in einen Filtersack gefördert wird.
Der in 1 dargestellte zweifunktionale Druckluftheber ist mit zwei Funktionen ausgestattet, der Überschussschlamm- und der Klarwasserheberfunktion und ist im Reaktorwasser (1) einer biologischen Kleinkläranlage montiert und weist dabei ein Ansaugrohr (2) mit seitlich angebrachter Ansaugöffnung (3) auf, welches senkrecht stehend, oben offen, nach unten ins Reaktorwasser (1) führt, dabei unten zwischen 270° und 360° gebogen und weiterführend in zwei senkrecht angebrachte oben offene und oberhalb der maximalen Wasserhöhe (16) abgewinkelte Heberrohre mündet, wobei ein Heberrohr das Überschussschlammheberrohr (4), das andere Heberrohr das Klarwasserheberrohr (5) ist.
An der Verbindungsstelle zwischen Verbindungsrohr (11), Überschussschlammheberrohr (4) und Klarwasserheberrohr (5) ist ein Druckluftanschluss (9) mit seiner Einströmöffnung (6) örtlich so montiert, dass durch im Sekundenbereich liegendes, kurzzeitiges Einschalten des Druckluftverdichters (7) an der Einströmöffnung (6) Druckluft einströmbar ist, wobei sich wegen der Massenträgheit des Wassers eine Luftblase bildet und diese Luftblase hauptsächlich in das Überschussschlammheberrohr (4) aufsteigt, das im Überschussschlammheberrohr (4) befindliche Wasser aus den oben offenen abgewinkelten Rohr kurzzeitig wegfördert und das Reaktorwasser (1) durch die Ansaugöffnung (3) sowie durch das Ansaugrohr (2) durch das Verbindungsrohr (11) ebenso kurzzeitig in das Überschussschlammheberrohr (4) nachfließt.
Die Lufteintrittsöffnung (6) ist dabei konstruktiv so angebracht, dass zwar die erste größere Luftblase in das Überschussschlammheberrohr (4) aufsteigt, aber danach der Luftleitweg der aufsteigenden Druckluftblasen an der Wandung des Klarwasserheberrohres erfolgt und mit der dadurch einsetzenden Wasserströmung konstruktiv zwingend im Klarwasserheberrohr (5) Wasser gefördert wird.
In 1 ist schematisch nur eine mögliche konstruktive Ausführung aufgezeigt. Wesentlich ist, dass der Druckluftverdichter (7) nur kurz im Sekundenbereich von der Steuerung (8) eingeschalten wird, das Überschussschlammheberrohr allein kurzzeitig Wasser fördert und mehrmals hintereinander betrieben wird und die unten im Ansaugrohr (2) und im Verbindungsrohr (11) sedimentierten Belebtschlammablagerungen (10), welche nach der Klarwasserphase sich dort abgesetzt haben, schrittweise durch das oben offene Überschussschlammheberrohr weggefördert werden.
Das gleiche gilt, wenn während der Belüftungsphase das durchmischte Belebtschlamm-Wassergemisch in kleinen Teilmengen, weggefördert werden soll, um das Belebtschlammvolumen im Reaktor (1) zu reduzieren.
Ebenso von Bedeutung ist, dass der Druckluftverdichter (7) von der Steuerung (8) länger eingeschaltet wird, dabei kurzzeitig erst das Überschussschlammheberrohr (4), danach das Klarwasserheberrohr (5) Wasser fördert, und nach Beginn der Wasserförderung am Klarwasserheberrohr (5) die Förderung im Überschussschlammheberrohr (4) aufhört.
Damit kann mit zwei zeitlich eingestellten Betriebsweisen der Druckluftzufuhr an der Lufteintrittsöffnung (6) einmal die Überschussschlammförderung durch das Überschussschlammheberrohr (4) und der Klarwasserabzug durch das Klarwasserheberrohr (5) des zweifunktionalen Drucklufthebers realisiert werden.
Das Wasser im Klarwasserheberrohr (5) wird beim bestimmungsgemäßen Betrieb des zweifunktionalen Drucklufthebers in den Ablauf der Kläranlage gefördert.
Das Wasser-Belebtschlamm-Gemisch im Überschussschlammheberrohr (4) kann beim bestimmungsgemäßen Betrieb des zweifunktionalen Drucklufthebers direkt zurück in das Reaktorwasser (1) in die Vorklärung, in einen Schlammstapelbehälter oder in eine Kompostierung für stabilisierten Schlamm gefördert werden.
Um die kurzzeitige Fördermenge im Überschussschlammheberrohr (4) zu vergrößern, kann der Druckluftimpuls an der Lufteintrittsöffnung (6) geringfügig verlängert werden. Dabei sollte das Klarwasserheberrohr (5) im oberen Bereich im Durchmesser so vergrößert werden, dass dadurch ein Wasserpuffer (13) entsteht und so das Klarwasserheberrohr (5) nicht ungewollt überläuft.
Bei dem in 2 dargestellten zweifunktionalen Druckluftheber ist das oben seitlich weggeführte Überschussschlammheberrohr (4) (anders als bei dem Ausführungsbeispiel in 1) so ausgestaltet, dass es in einem separaten Schlammbehälter (17) mündet, in welchen die Schlammanteile aus dem Überschussschlammheberrohr (4) als Schlammstapel (18) bis zur Entsorgung abgelagert werden. Die in den Schlammbehälter (17) geförderten Schlammanteile sedimentieren nach unten und bilden dort den Schlammstapel (18), wobei das anteilige geförderte Wasser durch ein getauchtes Rohr (21) vom Schlammbehälter in das Reaktorwasser (1) zurückfließt.
Bei dem in 3 dargestellten zweifunktionalen Druckluftheber ist das oben seitlich weggeführte Überschussschlammheberrohr (4) (anders als bei dem Ausführungsbeispiel in 1 oder 2) so ausgestaltet, dass es in eine Filtertasse oder in einen Filtersack (19) mündet, in welchen die Schlammanteile durch einen geeigneten Filter sich ablagern und das anteilige Wasser gefiltert zurück in das Reaktorwasser (1) abfließen kann, so dass bei der Wartung der Schlamminhalt der Filtertasse oder des Filtersacks (19) entnommen und entsorgt werden kann.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ausführungsbeispielen, den Ansprüchen und Zeichnungen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: Reaktorwasser
2: Ansaugrohr
3: Ansaugöffnung
4: Überschussschlammheberrohr
5: Klarwasserheberrohr
6: Lufteintrittsöffnung
7: Druckluftverdichter
8: Elektrische Steuerung
9: Druckluftleitung
10: Sedimente und Belebtschlammablagerungen
11: Verbindungsrohr
12: Klarwasserzone
13: Wasserpuffer
15: minimale Wasserhöhe
16: maximale Wasserhöhe
17: Schlammbehälter
18: Schlammstapel
19: Filtertasse oder Filtersack
20: Ansaugrohrstutzen
21: getauchtes Rohr

Claims

Zweifunktionaler Druckluftheber umfassend • ein senkrechtes, oben offenes Ansaugrohr (2) mit einer Ansaugöffnung (3) in seiner Wand und zwei senkrechten, parallel zueinander verlaufenden Druckluftheberrohren in Form eines Überschussschlammheberrohrs (4) und eines Klarwasserheberrohrs (5), wobei das Ansaugrohr (2) und die zwei Druckluftheberrohre unten in einen gemeinsamen Verbindungsraum in Form eines Verbindungsrohres (11) münden, • eine Druckluftleitung (9), welche mit einem Druckluftverdichter (7) verbindbar ist, mit einer Lufteintrittsöffnung (6), welche an der Verbindungsstelle des Überschussschlammheberrohrs (4), des Klarwasserheberrohrs (5) und des Verbindungsrohrs (11) am unteren Ende des Klarwasserheberrohrs (5), unmittelbar neben dem unteren Ende des Überschussschlammheberrohrs (4) angeordnet ist, wobei das Überschussschlammheberrohr (4) oben offen ist und seitlich oberhalb der maximalen Wasserhöhe (16) in das Reaktorwasser (1), in die Vorklärung der Kläranlage, in einen Schlammbehälter (17), in eine Filtertasse/Filtersack (19) oder in einen schlammstabilisierenden Komposter einleitbar und das Klarwasserheberrohr (5) oben offen und seitlich in den Kläranlagenabfluss einleitbar ist, und • eine Steuerung (8), welche den Druckluftverdichter (7) ein- und ausschalten lässt, • wobei das Klarwasserheberrohr (5) im oberen Bereich in seinem Durchmesser erweitert ist und als Wasserpuffer (13) dient und die Ansaugöffnung (3) einen nach unten abgewinkelten offenen Rohrstutzen besitzt, welcher in der Wand des Ansaugrohres (2) in der Höhe der Klarwasserzone (12) des Reaktorwassers (1) anbringbar ist, in dem dieses einteilige Rohrsystem im Reaktorwasser (1) einer biologischen Kläranlage fest montierbar ist, • wobei ein Wasserleitweg durch die Ansaugöffnung (3), das Ansaugrohr (2), das Verbindungsrohr (11) und dann entweder durch das Überschussschlammheberrohr (4) oder durch das Klarwasserheberrohr (5) ausgebildet ist, wobei diese zwei alternativen Wasserwege im Betriebszustand des zweifunktionalen Drucklufthebers nur durch die Anordnung der Lufteintrittsöffnung (6), die Einschaltdauer des Druckluftverdichters (7) und durch die Einströmzeiten an der Lufteintrittsöffnung (6) geregelt werden, so dass der Wasserleitweg entweder durch das Überschussschlammheberrohr (4) oder durch das Klarwasserheberrohr (5) erfolgt, in dem durch ein kurzzeitiges Einschalten des Druckluftverdichters (7) im Sekundenbereich nur durch das Überschussschlammheberrohr (4) kurzzeitig Reaktorwasser (1) förderbar ist und bei langzeitigen Einschalten des Druckluftverdichters (7) zuerst durch das Überschussschlammheberrohr (4) nur kurzzeitig und danach durch das Klarwasserheberrohr (5) entsprechend des eingestellten Zeitablaufs konstruktiv zwingend stetig Reaktorwasser (1) förderbar ist.
Zweifunktionaler Druckluftheber gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lufteintrittsöffnung (6) an der Verbindungsstelle zwischen dem Verbindungssrohr (11), dem Überschussschlammheberrohr (4) und dem Klarwasserheberrohr (5) mündet und in seiner Position veränderbar ist.
Zweifunktionaler Druckluftheber gemäß Anspruch 1, oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lufteintrittsöffnung (6) so angeordnet ist, dass bei kurzzeitig einströmender Druckluft im Betriebszustand kurzzeitig eine Luftblase an der Lufteintrittsöffnung (6) ausbildbar ist und dabei dort das Wasser verdrängt, so dass der größte Teil dieser Luftblase in das Überschussschlammheberrohr (4) aufsteigen kann und nur dort eine kurzzeitige Wasserförderung erzeugt, und dass bei langzeitig einströmender Druckluft zuerst wieder eine Luftblase an der Lufteintrittsöffnung (6) ausbildbar ist und dabei kurz Wasser in das Überschussschlammheberrohr (4) fördert und die Luftblasen nach Überwindung der Massenträgheit des Wassers an der aufwärts gerichteten Wand des Klarwasserhebers (5) so geleitet werden, dass zwangsweise eine Strömungsrichtung in Richtung des Klarwasserheberrohrs (5) aufgebaut wird und alle weiteren einströmenden Luftblasen in das Klarwasserheberohr (5) mitgerissen werden und dadurch Wasser förderbar ist.
Zweifunktionaler Druckluftheber gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, das die Lufteintrittsöffnung (6) so angeordnet ist, dass die beim Einschalten des Druckluftverdichters (7) im Betriebszustand erzeugbare erste Luftblase zuerst das Wasser unterhalb des Überschussschlammheberrohres (4) verdrängt und der Umfang der Blase hauptsächlich nach oben in das Überschussschlammheberrohr (4) aufsteigt und die folgenden einströmenden Druckluftblasen sich so ausbreiten, dass diese unmittelbar neben der Lufteintrittsöffnung (6), durch die Rohrwandung des Klarwasserheberrohres (5) in ihrer Auftriebsrichtung steigend, in das Klarwasserheberrohr (5) geleitet werden.
Verfahren zum Betreiben eines zweifunktionalen Drucklufthebers gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 4, bei dem durch ein kurzzeitiges Einschalten des Druckluftverdichters (7) im Sekundenbereich nur das Überschussschlammheberrohr (4) kurzzeitig Reaktorwasser (1) fördert und bei dem durch langzeitiges Einschalten des Druckluftverdichters (7) zuerst das Überschussschlammheberrohr (4) nur kurzzeitig und danach das Klarwasserheberrohr (5) entsprechend des eingestellten Zeitablaufs stetig Reaktorwasser (1) fördert.
Verfahren zum Betreiben eines zweifunktionalen Drucklufthebers gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 4, bei dem durch kurzzeitigen Einschalten der Druckluft mehrmals in Zeitabständen hintereinander die Ablagerungen von Sedimenten und Belebtschlammbakterien (10) im Ansaugrohr (2) und im Verbindungsrohr (11) nach der Klarwasserabsetzphase durch das Überschussschlammheberrohr (4) weggefördert wird, und auch in gleicher Betriebsweise während der Belüftungsphase das durchmischte Belebtschlamm-Wasser-Gemisch zwecks Reduzierung des Belebtschlammvolumens, so durch das Überschussschlammheberrohr (4) abgefördert werden kann.
Verwendung eines zweifunktionalen Drucklufthebers gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 4 als Beschickungsheber, welcher in der Vorklärung befestigt ist, das Vorklärwasser durch das Klarwasserheberrohr (5) in den Reaktor (1) fördert und eine Teilmenge des Vorklärwassers, durch das Überschussschlammheberrohr (4) in ein Kompostierbehälter fördert.
Verwendung eines zweifunktionalen Drucklufthebers gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 4 als Klarwasserheber, wobei der nach unten abgewinkelte Ansaugrohrstutzen (20) der Ansaugöffnung (3) unterhalb der minimalen Wasserhöhe (15) und unterhalb der Wasserfläche mit seiner Öffnung angeordnet ist und dadurch keine an der Wasseroberfläche schwimmende Verunreinigungen in die Ansaugöffnung (3) gelangen können.
Verwendung eines zweifunktionalen Drucklufthebers gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 4 als Schlammheber, wobei das oben seitlich weggeführte Überschussschlammheberrohr (4) in einem separaten Schlammbehälter (17) mündet, in welchen die Schlammanteile aus dem Überschussschlammheberrohr (4) als Schlammstapel (18) bis zur Entsorgung abgelagert werden, die in den Schlammbehälter (17) geförderten Schlammanteile nach unten sedimentieren und dort den Schlammstapel (18) bilden, wobei das anteilige geförderte Wasser durch ein getauchtes Rohr (21) vom Schlammbehälter (17) in das Reaktorwasser (1) zurückfließt.
Verwendung eines zweifunktionalen Drucklufthebers gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 4 als Schlammheber, wobei das oben seitlich weggeführte Überschussschlammheberrohr (4) in eine Filtertasse oder in einen Filtersack (19) mündet, in welchen die Schlammanteile durch einen geeigneten Filter sich ablagern und das anteilige Wasser gefiltert zurück in das Reaktorwasser (1) abfließen kann, so dass bei der Wartung der Schlamminhalt der Filtertasse oder des Filtersacks (19) entnommen und entsorgt werden kann.
Verwendung eines zweifunktionalen Drucklufthebers gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach jedem Betrieb des Überschussschlammheberrohres (4) eine Betriebspause eingelegt wird, damit sich die noch nicht weggeförderten Belebtschlammablagerungen (10) erneut nach unten in Richtung des Verbindungsrohres (11) an dessen tiefsten Punkt sedimentieren können, um nach der Betriebspause mit dem nächsten Wasserschub durch das Überschussschlammheberrohres (4) weggefördert zu werden.