DE102014107893A1

DE102014107893A1 - Filtereinrichtung, Verfahren zum Betrieb einer Filtereinrichtung, Abwasserreinigungsanlage mit einer derartigen Filtereinrichtung und Verfahren zum Betreiben der Filterreinigungseinrichtung

Info

Publication number: DE102014107893A1
Application number: DE102014107893.4A
Authority: DE
Inventors: Rolf Schmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Schodt Sylvia De
Priority date: 2014-06-04
Filing date: 2014-06-04
Publication date: 2015-12-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung (1, 50, 53) mit mindestens zwei Filterzellen (2, 3, 28, 41) und einem Filtratspeicher (4), wobei in jeder Filterzelle (2, 3, 28, 41) eine Filtermasse (11, 12) angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben dieser Filterreinrichtung sowie eine Abwasserreinigungsanlage mit einer derartigen Filtereinrichtung und ein Verfahren zum Betreiben der Abwasserreinigungsanlage. Um mit geringem Aufwand eine Reinigung und Regeneration der Filtermasse zu ermöglichen, ist jeder Filterzelle (2, 3, 28, 41) ein Rohwasserzulauf (7, 8, 30) mit einem Rückflussverhinderer (9, 10) zugeordnet, der in einem oberen Bereich in die Filterzelle (2, 3, 28, 41) mündet. In einem unteren Bereich der Filterzelle (2, 3, 28, 41) ist dabei jeweils ein Düsensystem (15, 16, 40) angeordnet, dass über eine Verbindungsleitung (17, 18, 29) mit dem Filtratspeicher (4) strömungsverbunden ist, wobei in der Verbindungsleitung (17, 18, 29) eine Spülwasserpumpe (19, 20) angeordnet ist. Der Filterreinigungsbetrieb wird dann durch einfaches Aktivieren der Spülwasserpumpe gestartet, wobei ein Rückfluss in die anderen Filterzellen durch die Rückflussverhinderer (9, 10) automatisch verhindert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Filtereinrichtung, eine Abwasserreinigungsanlage mit mindestens einer derartigen Filtereinrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben der Abwasserreinigungsanlage.
Filtereinrichtungen und Abwasserreinigungsanlagen dienen zur Reinigung von Abwasser, wobei das Abwasser in der Regel bereits vor Eintritt in die Filtereinrichtung auf mechanischem beziehungsweise physikalischem Wege mittels Rechen, Sandfang und Ähnlichem vorgereinigt worden ist. Gröbere Verunreinigungen sind so bereits entfernt. In der Filtereinrichtung bzw. der Abwasserreinigungsanlage soll dann eine Reinigung der noch verbliebenen Feinststoffe und der gelösten Inhaltsstoffe erfolgen.
Mit zunehmendem Betrieb der Filtereinheit sammeln sich in den Filterzellen die Störstoffe, die als Überschussschlamm bezeichnet werden können. Um Verstopfungen zu vermeiden, muss dieser Überschussschlamm von Zeit zu Zeit ausgeschleust werden, was durch Spülung geschieht.
Eine derartige Spülung ist zur Erzielung einer dauerhaften und stabilen Reinigungsleistung sowie zur Regeneration der Filtereinrichtung erforderlich. Dabei führt der erforderliche Spülaufwand zu höheren Investitions- und Betriebskosten. Auch wird dadurch ein kompakter Aufbau der Filtereinrichtungen erschwert, auch wenn diese im Verhältnis zu klassischen Abwasserreinigungsanlagen mit Abwasserteichen nur wenig Raum benötigen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und eine Filtereinrichtung anzugeben, die geringe Investitions- und Betriebskosten aufweist und mit geringem Aufwand betrieben werden kann. Darüber hinaus soll ein entsprechendes Verfahren zum Betrieb dieser Filtereinrichtung angegeben werden und eine Abwasserreinigungsanlage sowie ein Verfahren zum Betreiben der Abwasserreinigungsanlage bereitgestellt werden, womit eine effektive Reinigung des Wassers ermöglicht wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Filtereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9, einer Abwasserreinigungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 12 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.
Bei einer Filtereinrichtung mit mindestens zwei Filterzellen und einem Filtratspeicher, wobei in jeder Filterzelle eine Filtermasse angeordnet ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass jeder Filterzelle ein Rohwasserzulauf mit einem Rückflussverhinderer zugeordnet ist, der in einem oberen Bereich in die Filterzelle mündet, wobei in einem unteren Bereich der Filterzelle jeweils ein Düsensystem angeordnet ist, das über eine Verbindungsleitung mit dem Filtratspeicher strömungsverbunden ist, wobei in der Verbindungsleitung eine Spülwasserpumpe angeordnet ist.
Die Filtereinrichtung ist also als mehrzelliges Filtermodul ausgebildet, wobei gegebenenfalls auch mehrere Filterzellen einem Filtratspeicher zugeordnet sein können. Die Filtermasse wird dabei vorzugsweise durch ein bakterienbewachsenes Trägermaterial gebildet, sodass die Filtereinrichtung einen sogenannten Biofilter darstellt. Zu reinigendes Rohwasser wird dann über den jeweiligen Rohwasserzulauf in die Filterzellen eingebracht, durchläuft die Filtermasse von oben nach unten, wird im unteren Bereich der Filterzelle über das Düsensystem gesammelt und durch die Verbindungsleitungen in den Filtratspeicher geführt. Vom Filtratspeicher kann dann gereinigtes Wasser entnommen werden. Zur Reinigung und Regenerierung der Filtermasse werden die sonst inaktiven Spülwasserpumpen aktiviert, wodurch sich die Strömungsrichtung umkehrt und gereinigtes Wasser aus dem Filtratspeicher von unten nach oben durch die Filtermasse gedrückt wird. Damit wird der abgelagerte Schlamm gelöst und weg gespült. Ein Rücklauf wird dabei durch den im Rohwasserzulauf angeordneten Rückflussverhinderer verhindert. Dieser ist beispielsweise als Rückschlagventil ausgebildet. Ausgetragen wird der gelöste Schlamm dann im oberen Bereich der Filterzelle. Damit ist ein automatisches Reinigen der Filtereinrichtung ohne großen Aufwand möglich, indem man einfach zumindest eine Spülwasserpumpe betätigt und damit die Durchflussrichtung in der jeweiligen Filterzelle umkehrt.
Dabei ist der Rohwasserzulauf bevorzugterweise oberhalb der Filtermasse angeordnet. Oberhalb der Filtermasse ist ein Überstauraum ausgebildet, in den der Rohwasserzulauf mündet und in dem sich das zu reinigende Wasser oberhalb der Filtermassen anstauen kann. Nach oben ist der Überstauraum dann durch eine Überlaufschwelle begrenzt, über die das Wasser gegebenenfalls überlaufen kann, ohne in den Filtratspeicher zu gelangen.
Vorzugsweise ist das Düsensystem jeweils am Boden der Filterzellen angeordnet. Damit wird erreicht, dass das durch die Filtermasse hindurch gelangte Wasser möglichst vollständig vom Düsensystem aufgenommen werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung gehen die Rohwasserzuläufe der Filterzelle von einer gemeinsamen Rohwasserleitung aus, der insbesondere eine Rohwasserpumpe zugeordnet ist, wobei die Rohwasserleitung insbesondere eine Entlastungsleitung aufweist, die geodätisch oberhalb der Rohwasserzuläufe in einen Schlammwasserkanal mündet. Die Rohwasserzuläufe sind also durch die gemeinsame Rohwasserleitung miteinander verbunden, sodass die Überstauräume der Filterzellen, wie miteinander kommunizierende Röhren, einen nahezu gleichen Füllstand aufweisen. Eine gleichmäßige Auslastung aller Filterzellen kann so gewährleistet werden. Durch die Entlastungsleitung kann gegebenenfalls dafür gesorgt werden, dass bei einer zu großen zugeführten Menge an Rohwasser dieses Rohwasser direkt in einen Schlammwasserkanal geführt wird und damit nicht in Kontakt mit dem gereinigten, im Filtratspeicher befindlichen Wassers gelangen kann. Der Schlammwasserkanal ist dabei insbesondere oberhalb des Filtratspeichers angeordnet.
Die Rohwasserleitung tritt insbesondere im unteren Bereich in den Filtratspeicher ein, ist durch diesen hindurchgeführt und dann innerhalb des Filtratspeichers mit den jeweiligen Rohwasserzuläufen verbunden. Eine Rohwasserpumpe ist dabei gegebenenfalls außerhalb der eigentlichen Filtereinrichtung angeordnet. Insbesondere bei einer Ausbildung der Filtereinrichtung, bei der die Filterzellen zumindest einseitig an den Filtratspeicher angrenzen, ist es so relativ einfach möglich, die Rohwasserzuläufe der Filterzellen an eine gemeinsame Rohwasserleitung anzuschließen.
Vorzugsweise ist in den Filterzellen oberhalb der Filtermasse jeweils ein Überstauraum ausgebildet, in den der jeweilige Rohwasserzulauf mündet, wobei gegebenenfalls oberhalb des Rohwasserzulaufes eine Überlaufschwelle zu einem Schlammwasserkanal ausgebildet ist. Der Schlammwasserkanal befindet sich dabei bevorzugterweise oberhalb des Filtratspeichers und ist so von allen Filterzellen auf kurzem Weg erreichbar. Im Überstauraum kann das zugeführte Wasser sich zunächst sammeln, sodass ein gleichmäßiger Durchlauf durch die Filtermasse erreicht wird. Da der Rohwasserzulauf oberhalb der Filtermasse in den Überstauraum mündet, steht zum einen ausreichend Raum für den Rücklaufverhinderer zur Verfügung, zum anderen müssen in der Filtermasse keine entsprechenden Aussparungen vorgesehen werden. Es wird also ein einfacher Aufbau erreicht.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Filtermasse als Kornmassebett ausgebildet. Kornmassen weisen eine hohe Betriebssicherheit und hohe Wirtschaftlichkeit auf. Mit diesen ist eine effektive, biologische Reinigung von Wasser möglich.
Bevorzugterweise weist der Filtratspeicher eine Ablaufschwelle auf, die geodätisch insbesondere in etwa auf einer Höhe mit einem oberen Ende der Filtermasse angeordnet ist. Über die Ablaufschwelle kann gereinigtes Wasser aus dem Filtratspeicher austreten beziehungsweise entnommen werden. Gegebenenfalls ist die Ablaufschwelle mit einem entsprechenden Filtratablauf verbunden, um das filtrierte Wasser entsprechend abzuführen. Wenn die Ablaufschwelle geodätisch unterhalb der Rohwasserzuläufe beziehungsweise unterhalb oder in etwa auf einer Höhe mit einem oberen Ende der Filtermasse angeordnet ist, kann sichergestellt werden, dass Rohwasser, das in den Überstauräumen oberhalb der Filtermasse gesammelt ist, durch die Filtermasse hindurchströmt und filtriertes Wasser über die Ablaufschwelle herausdrückt. Damit wird eine konstante und gleichzeitige Durchströmung aller Filterzellen erreicht.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist mindestens eine, insbesondere jede Filterzelle eine Belüftungseinrichtung mit einem Luftverteilersystem auf. Damit kann auch eine aerobe biologische Reinigung ausgeführt werden, bei der eine Belüftung der Filtermasse, insbesondere des Kornmassenbettes, erforderlich ist. Das Belüftungssystem wird dabei insbesondere über eine Luftpumpe mit Luft versorgt, wobei die Luft insbesondere relativ weit unten in die Filtermassen eingeblasen wird und dann entgegen der Strömungsrichtung des Wassers von unten nach oben durch die Filtermasse wandert.
Bevorzugterweise bildet das Düsensystem und die Spülwasserpumpe eine horizontale Einheit. Damit ist die erfindungsgemäße Filtereinrichtung relativ einfach herstellbar, indem die horizontale Einheit am Boden der Filtereinrichtung angeordnet wird. Die Spülwasserpumpe befindet sich dabei insbesondere innerhalb des Filtratspeichers, sodass der Raum für die Filtermasse nicht beschränkt wird. Das Düsensystem ist am Boden der Filterzelle angeordnet, um das gefilterte Wasser aufnehmen zu können.
Bei einem Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Filtereinrichtung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass im Wasserreinigungsbetrieb Rohwasser durch die Rohwasserzuläufe in die Filterzellen eingebracht wird und nach Durchlaufen der Filtermasse von oben nach unten gesammelt und den Filtratspeicher zugeführt wird, wobei im Filterreinigungsbetrieb Wasser aus dem Filtratspeicher in die Filtereinheit geführt und durch die Filtermassen von unten nach oben gedrückt wird, wobei das oben aus der Filtermasse austretende Wasser oberhalb des Rohwasserzulaufes aus der Filterzelle austritt. Durch eine einfache Umkehrung der Strömungsrichtung des durch die Filtermasse geführten Wassers wird also ein Lösen des abgelagerten Schlammes und damit eine Reinigung und Regenerierung der Filtermasse erreicht. Der gelöste Schlamm wird dann mit dem austretenden Wasser aus der Filterzelle herausgespült. Der Filterreinigungsbetrieb wird dann insbesondere durch Aktivieren einer Spülwasserpumpe gestartet, wodurch gereinigtes Wasser aus dem Filtratspeicher zurück in die Filterzelle gefördert wird, sodass eine Umkehrung der Strömungsrichtung erreicht wird. Die Reinigung kann dabei insbesondere periodisch erfolgen, wobei bis auf die Ansteuerung der entsprechenden Spülwasserpumpe kein weiterer Eingriff erforderlich ist. Der Aufwand zur Reinigung wird damit entsprechend gering gehalten.
Dabei ist besonders bevorzugt, dass der Filterreinigungsbetrieb nur in einer der Filterzellen aktiv ist, wobei die anderen Filterzellen im Wasserreinigungsbetrieb arbeiten. Zum Reinigen der Filtermasse ist also keine vollständige Stilllegung der Filtereinrichtung erforderlich. Vielmehr erfolgt selbst bei Reinigung einer Filterzelle eine weitere Filtration zugeführten Rohwassers in den anderen Filterzellen.
Bevorzugterweise wird der Rohwasserzulauf der jeweiligen Filterzelle im Filterreinigungsbetrieb automatisch geschlossen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass im Rohwasserzulauf ein Rückflussverhinderer, wie ein Rückschlagventil, angeordnet ist. Eine manuelle Betätigung ist dann nicht erforderlich. Dementsprechend wird eine hohe Betriebssicherheit erhalten.
Bei einer Wasserreinigungsanlage mit mindestens einer erfindungsgemäßen Filtereinrichtung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Abwasserreinigungsanlage mindestens einen Abwasserteich mit einem Zulauf und einem Ablauf aufweist, wobei der Ablauf über einen Abzweig mit mindestens einer Filtereinrichtung zurück zum Zulauf geführt ist.
Bei dieser Abwasserreinigungsanlage werden die Vorteile zweier Reinigungsvarianten vereint. Zum einen die Reinigung mittels der kompakten und effektiven Filtereinrichtung, zum anderen die gute Vergleichmäßigung von Konzentrationsschwankungen sowie der wartungsarme Betrieb von Teichkläranlagen, die beispielsweise durch mehrere hintereinander geschaltete Abwasserteiche gebildet sind und keinen gezielt angereicherten Belebtschlamm aufweisen. Im Abwasserteich selbst erfolgt bereits eine naturnahe biologische Reinigung des zugeführten Rohwassers. Dabei dienen die Störstoffe aus dem Wasser dem naturnah sich bildenden Belebtschlamm als Nährstoff, wobei die dadurch hervorgerufene Stoffwechseltätigkeit und das entsprechenden Wachstum des Belebtschlammes eine zumindest rudimentäre Reinigung des Abwassers bewirkt.
Üblicherweise sind bei solchen Abwasserreinigungsanlagen mehrere Abwasserteiche vorgesehen, die üblicherweise in Reihe hintereinander durchströmt werden. Allerdings benötigen Abwasserreinigungsanlagen, die nur Abwasserteiche aufweisen, sehr viel Platz, um eine ausreichende Reinigungsleistung erzielen zu können. Durch die erfindungsgemäße Kombination einer oder mehrerer Abwasserteiche mit mindestens einer Filtereinrichtung, die insbesondere als Biofiltersystem ausgeführt ist, ergibt sich eine deutliche Steigerung der Reinigungskapazität der Abwasserreinigungsanlage. Es erfolgt so eine wirtschaftliche Kombination aus einem Mengen- und/oder Qualitätspuffer, wie er durch die Kombination der Abwasserteiche bereitgestellt wird, mit der hohen Reinigungsleistung der Filtereinrichtung. Dabei wird erfindungsgemäß ein Teilstrom aus dem jeweiligen Ablauf entnommen, in der Filtereinrichtung gereinigt und dem Zulauf wieder zugeführt. Es wird also eine zusätzliche Reinigungsstufe eingeführt.
Vorzugsweise sind im Abzweig mindestens zwei Filtereinrichtungen angeordnet, wobei eine vom Zulauf oder einen übergeordneten Abzweig ausgehende Zuleitung zwischen den Filtereinrichtungen in den Abzweig mündet.
Vorzugsweise ist vom Abzweig in Strömungsrichtung hinter der Filtereinrichtung eine Rückführung in den Ablauf ausgebildet. Das durch die Filtereinrichtung geführte Wasser wird also nicht vollständig dem Zulauf wieder zugeführt, sondern zumindest teilweise direkt in den Ablauf geleitet.
Mit der erfindungsgemäßen Abwasserreinigungsanlage können insbesondere bestehende Abwasserreinigungsanlagen im Wesentlichen unverändert bleiben, wobei auch der Hauptfließweg von einem Abwasserteich zum Nächsten beibehalten wird. Es wird nur eine oder mehrere zusätzliche Abzweige mit einer oder mehreren Filtereinrichtungen, die insbesondere als Biofiltermodul ausgebildet sind, ergänzt, mit denen ein Teilstrom vom jeweiligen Ablauf zum zugehörigen Zulauf zurückgeführt wird. Die mit den Spülungen der Filtereinrichtungen anfallenden Schlämme können dann beispielsweise in die Abwasserteiche geführt werden und beim üblichen Entschlammen mit entsorgt werden. Alternativ ist es denkbar, die anfallenden Schlämme extern zu separieren und zu speichern oder beispielsweise einer Vererdungsanlage zuzuführen.
Durch die Kombination mit den erfindungsgemäßen Filtereinrichtungen wird ausgehend von einer ungeregelten, nicht steuerbaren Abwasserreinigungsanlage mit Abwasserteichen eine Abwasserreinigungsanlage erhalten, die hohen Reinigungsanforderungen standhält. Das große Volumen der Abwasserteiche wird dann mit den hohen spezifischen Reinigungsleistungen der Filtereinrichtungen kombiniert und damit die Schwächen der jeweiligen Einzelbausteine kompensiert. Somit wird eine einfache, betriebssichere und wirtschaftlich arbeitende Abwasserreinigungsanlage erhalten.
Bei einem Verfahren zum Betreiben einer derartigen Abwasserreinigungsanlage ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest ein Teil eines vom Abwasserteich kommenden Wassers durch mindestens eine Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 geleitet wird.
Die klassische und weitverbreitete Lösung der Abwasserreinigung mittels Abwasserteichen wird also mit einer zusätzlichen Reinigung mittels einer oder mehrerer Filtereinrichtungen kombiniert. Die Filtereinrichtungen sind insbesondere als Biofilteranlage ausgebildet und weisen dementsprechend als Filtermasse ein Trägermaterial auf, das eine mit Bakterien besiedelte Oberfläche umfasst. Durch dieses Verfahren kann auch ohne den klassischen technischen Ausbau die Reinigungsleistung bestehender Teichkläranlagen deutlich gesteigert und damit auch zukünftige Anforderungen erfüllt werden. Da das Wasser aus dem jeweiligen Ablauf des Abwasserteichs entnommen wird, ist es bereits vorgereinigt, sodass die Filtereinrichtung zum Erzielen einer höheren Reinheit ausgelegt werden kann, ohne sich schnell zuzusetzen. Nötigenfalls kann der Filterreinrichtung auch ein Abscheider vorgeschaltet werden. Der Filtereinrichtung wird insbesondere eine konstante Menge an Wasser zugeleitet, die sich an dem Zulauf zur Teichkläranlage orientiert. Diese konstante Menge liegt vorzugsweise im Bereich des maximalen stündlichen Trockenwetterzulaufs. Je nach Reinigungsanforderung und Volumen des Abwasserteiches kann die Menge aber auch deutlich davon abweichen.
Durch die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung ergibt sich eine problemlose, insbesondere periodisch und/oder automatisch erfolgende Reinigung der Filtermasse, indem zumindest eine der Filterzellen im Filterreinigungsbetrieb betrieben wird. Da die andere Filterzelle weiter im Wasserreinigungsbetrieb laufen kann, kann trotz der zeitweisen Reinigung der Filtermassen eine kontinuierliche Wasserreinigung erreicht werden. Dies ist insbesondere im Hinblick darauf, dass auch der Ablauf aus dem Abwasserteich kontinuierlich erfolgt, sehr wünschenswert.
Bevorzugterweise wird dabei das von der Filtereinrichtung gefilterte Wasser zumindest teilweise zurück in den Abwasserteich geleitet, aus dessen Ablauf das Wasser zur Filtereinrichtung geführt worden war. Dem Abwasserteich wird also zusätzlich gefiltertes Wasser zugeführt, das dann im Abwasserteich nochmals gereinigt werden kann. Über die Filtereinrichtung erfolgt also sozusagen eine Teil-Rückführung vom Ablauf zum Zulauf des jeweiligen Filterbeckens unter zusätzlicher Reinigung des Wassers. Damit lässt sich eine hohe Reinigungsleistung und Vergleichmäßigung der Wasserqualität in mit einer oder mehreren Filtereinrichtungen kombinierten Abwasserteichen erreichen.
Bevorzugterweise kann dabei auch ein Teil des gefilterten Wassers nach der Filtereinrichtung zu einem nachgeschalteten Abwasserteich oder einer weiteren Filtereinrichtung, die in einem entsprechenden Abzweig eines nachgeschalteten Abwasserteiches angeordnet ist, zugeführt werden. Je nach Anforderung kann so ein größerer Durchsatz oder eine höhere Reinigungsleistung erzielt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden insbesondere mehrere Abwasserteiche in Reihe hintereinander vom Wasser durchlaufen, wobei eine stufenweise Reinigung erfolgt. Über jeweils im Bypass zu den Abwasserteichen geschalteten Filtereinrichtungen wird dann jeweils ein Teil des vom Abwasserteich ablaufenden Wassers zurück in den jeweiligen Abwasserteich geführt, sodass das Wasser also zusätzlichen Filtrationsstufen unterzogen und entsprechend zusätzlich gereinigt wird. Aufgrund des einfachen Aufbaus und der einfachen Reinigungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung ergibt sich so ein höchst wirtschaftlicher, wartungsarmer Betrieb der Abwasserreinigungsanlage.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. Hierin zeigen in schematischer Ansicht:
1 eine geschnittene Seitenansicht einer Filtereinrichtung,
2 einen Querschnitt einer Filtereinrichtung,
3 eine weitere Seitenansicht einer Filtereinrichtung,
4 einen Querschnitt der Filtereinrichtung nach 3,
5 einen Querschnitt einer Filtereinrichtung,
6 eine geschnittene Seitenansicht einer weiteren Filtereinrichtung,
7 einen Querschnitt einer weiteren Filtereinrichtung,
8 einen Aufbau einer Abwasserreinigungsanlage,
9 eine weitere Ausbaustufe der Abwasserreinigungsanlage nach 8.
In 1 ist in geschnittener Seitenansicht eine Filtereinrichtung 1 dargestellt, die zwei Filterzellen 2, 3 und einen Filtratspeicher 4 umfasst. Wasser wird in die Filtereinrichtung 1 über eine Rohwasserleitung 5 zugeführt, der eine Rohwasserpumpe 6 zugeordnet ist. Dabei ist bei dieser Ausgestaltung die Rohwasserleitung 5 durch den Filtratspeicher 4 hindurchgeführt und teilt sich in zwei Rohwasserzuläufe 7, 8 auf, die jeweils in eine der Filterzellen 2, 3 münden. Dabei ist in jedem Rohwasserzulauf 7, 8 jeweils ein Rückflussverhinderer 9, 10 vorgesehen, der einen Rücklauf von Wasser aus den Filterzellen 2, 3 in die Rohwasserleitung 5 verhindert. Beispielsweise sind die Rückflussverhinderer 9, 10 als Rückschlagventile ausgebildet.
Innerhalb der Filterzellen 2, 3 ist jeweils eine Filtermasse 11, 12 angeordnet, die sich bis zu einem Boden der Filterzelle 2, 3 erstreckt. Oberhalb der Filtermassen 11, 12 befindet sich ein Überstauraum 13, 14, der zumindest teilweise mit Wasser gefüllt ist.
Wasser, welches zur Filterung von oben nach unten durch die Filtermassen 11, 12 strömt, wird im unteren, dem Boden zugeordneten Bereich der Filterzellen 2, 3 über jeweils ein Düsensystem 15, 16 aufgefangen und über eine Verbindungsleitung 17, 18 dem Filtratspeicher 4 zugeführt, wobei dies insbesondere im Bodenbereich des Filtratspeichers 4 erfolgt. Dabei ist in den Verbindungsleitungen 17, 18 jeweils eine Spülwasserpumpe 19, 20 angeordnet.
Im Filtratspeicher 4 sammelt sich zunächst das filtrierte Wasser, bis es über eine Ablaufschwelle 21 überläuft und aus der Filtereinrichtung 1 abgeführt wird. Die Ablaufschwelle 21 befindet sich dabei geodätisch unterhalb der Rohwasserzuläufe 7, 8, sodass im normalen Wasserreinigungsbetrieb das über die Rohwasserleitung 5 zugeführte Wasser automatisch von oben nach unten durch die Filtermassen 11, 12 hindurchtritt, vom Düsensystem 15, 16 aufgefangen und durch die Verbindungsleitung 17, 18 in den Filtratspeicher 4 gelangt. Die Spülwasserpumpen 19, 20 sind im Wasserreinigungsbetrieb nicht aktiv, sondern lassen das Wasser ungehindert hindurchtreten.
Im oberen Bereich des Filtratspeichers 4 ist ein Schlammwasserkanal 22 ausgebildet, in das Wasser, das über eine Überlaufschwelle 26, 27 der Filterzellen 2, 3 gelangt, aufgefangen wird. Dieses Wasser kann dann aus dem Schlammwasserkanal 22 über eine entsprechende Schlammwasserleitung 23 abgeführt werden.
Optional ist der Rohwasserleitung 5 eine Entlastungsleitung 24 zugeordnet, die ebenfalls in den Schlammwasserkanal 22 mündet. Über die Rohwasserleitung 5 zugeführtes Wasser kann dann über die Entlastungsleitung 24 in den Schlammwasserkanal 22 unter Umgehung der Filterzellen 2, 3 geführt werden, wenn beispielsweise die Menge des zugeführten Wassers die Kapazität der Filterzellen übersteigt.
Gezeigt ist die Filtereinrichtung 1 in einem Betriebsmoment, bei dem die Filterzelle 2 im Wasserreinigungsbetrieb und die Filterzelle 3 im Filterreinigungsbetrieb läuft. Im Wasserreinigungsbetrieb, siehe Filterzelle 2, wird das zu filtrierende Wasser über die Rohwasserleitung 5 und den Rohwasserzulauf 7 in den Überstauraum 13 geführt. Von dort durchdringt es die Filtermasse 11 von oben nach unten, wird im Düsensystem 15 gesammelt und über die Verbindungsleitung 17 in den Filtratspeicher 4 eingeleitet, aus dem es über die Ablaufschwelle 1 hinaustritt und über die daran angeschlossene Ablaufleitung 25 abgeführt wird.
Bei der im Filterreinigungsbetrieb laufenden Filterzelle 3 ist die Spülwasserpumpe 20 in der Verbindungsleitung 18 aktiviert und zieht Wasser aus dem Filtratspeicher 4 ab und drückt dieses durch das Düsensystem 16 von unten nach oben durch die Filtermasse 12. Dadurch wird die Filtermasse 12 zum einen ausgedehnt, zum anderen werden abgelagerte Bestandteile und Schlämme ausgespült und über eine Überlaufschwelle 26 in den Schlammwasserkanal 22 gebracht. Die Filterzelle 2 weist eine entsprechende Überlaufschwelle 27 auf.
Während des Filterreinigungsbetriebes wird ein Zurücklaufen des Wassers aus der Filtereinheit durch die Rückflussverhinderer in die Rohwasserzuleitungen verhindert. Die Rückflussverhinderer sind dabei beispielsweise als Rückschlagventil ausgebildet, das durch den steigenden Druck während des Filterreinigungsbetriebes automatisch geschlossen wird. Die erfindungsgemäße Filtereinrichtung lässt sich so mit sehr geringem Aufwand reinigen und, im Fall eines Biofilters, regenerieren. Dafür ist nur ein Einschalten der jeweiligen Spülwasserpumpe und kein weiterer Eingriff erforderlich.
In 2 ist nun ein Querschnitt der in 1 dargestellten Filtereinrichtung gezeigt. Benachbart zum Filtratspeicher 4 sind dabei insgesamt drei Filterzellen 2, 3, 28 angeordnet, wobei die Filterzellen 2, 3, 28 jeweils zumindest mit einer Seite an den Filtratspeicher 4 angrenzen, so dass die Verbindungsleitungen 17, 18, 29 und die Rohwasserzuläufe 7, 8, 30 kurzgehalten werden können. Insgesamt ergibt sich so eine sehr kompakte Bauform.
Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Filtereinrichtung 1 einen im Wesentlichen runden Querschnitt auf, wobei die drei Filterzellen 2, 3, 28 jeweils ein Kreisviertel einnehmen, während der Filtratspeicher 4 das übrige Viertel des Kreises einnimmt und sich zusätzlich ins Zentrum erstreckt. Der Filtratspeicher 4 weist also ein relativ großes Volumen auf. Dabei sind die Filterzellen 2, 3, 28 von gleicher Größe und Form ausgebildet, sodass überall die gleichen Filtermassen und Spülwasserpumpen eingesetzt werden können.
3 zeigt nun eine Weiterbildung der Filtereinrichtung 1, wie sie in den 1 und 2 gezeigt ist, wobei zusätzlich in den Filterzellen 2, 3, 28 jeweils eine Belüftungseinrichtung 31, 32, 33 angeordnet ist. Mithilfe der Belüftungseinrichtungen, die ein Luftverteilsystem 34, 35, 36 und jeweils eine Luftpumpe 37, 38, 39 umfasst, kann die Filtermasse, die insbesondere als Kornmassenbett ausgebildet ist, belüftet werden. Damit können auch aerobe biologische Reinigungsaufgaben ausgeführt werden. Dabei ist das Luftverteilsystem 34, 35, 36 geodätisch oberhalb des Düsensystems 15, 16, 40 angeordnet.
4 zeigt nun die Filtereinrichtung 1 nach 3 im Querschnitt, die bis auf die zusätzliche Belüftungseinrichtung 31, 32, 33 der Darstellung nach 2 entspricht.
5 zeigt nun eine Filtereinrichtung 1, die einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, aber nur zwei Filterzellen 2, 3 umfasst. Auch diese Filterzellen 2, 3 stoßen dabei mit einer Seite an den Filtratspeicher 4 an, sodass kurze Leitungswege und eine kompakte Bauform erreichbar ist. Im Übrigen entspricht der Aufbau der Filtereinrichtung 1 dem Aufbau der vorherigen Ausführungsbeispiele.
Die 6 zeigt im Querschnitt eine Filtereinrichtung 1 mit vier Filterzellen 2, 3, 28, 41, die einem Filtratspeicher 4 zugeordnet sind. Die Filtereinrichtung 1 weist dabei einen rechteckigen Querschnitt auf. Auch diese Filterzellen stoßen dabei mit einer Seite an den Filtratspeicher 4 an, sodass eine kompakte Bauform mit kurzen Leitungslängen erreichbar ist.
Eine weitere Ausgestaltung ist in 7 dargestellt, bei der insgesamt sechszehn Filterzellen einem einzigen Filtratspeicher 4 zugeordnet sind. Damit lässt sich ein hoher Durchsatz erzielen, auch wenn mindestens eine, gegebenenfalls auch mehrere Filterzellen im Filterreinigungsbetrieb laufen, sodass nur ein Teil der Filterzellen zur Wasserreinigung verwendet wird. Auch bei dieser Ausgestaltung ergibt sich eine sehr kompakte Bauform mit sehr wenigen Komponenten. Dabei sind der Einfachheit halber die Rohwasserzuläufe mit den jeweiligen Rückflussverhinderern sowie der Schlammwasserkanal mit den entsprechenden Überlaufschwellen nicht dargestellt, aber beispielsweise in gleicher Weise, wie bei der Ausgestaltung nach 6, verwirklicht.
In 8 ist schematisch eine Abwasserreinigungsanlage 42 mit drei Abwasserteichen 43, 44, 45 dargestellt, die nacheinander vom zu reinigenden Wasser durchlaufen werden. Die Durchlaufrichtung ist dabei durch einen Pfeil 46 gekennzeichnet.
Von einem Ablauf 47 des Abwasserteichs 44 zweigt ein Abzweig 48 ab, in dem eine Filtereinrichtung 1 angeordnet ist. Über die Filtereinrichtung 1 erfolgt so eine zusätzliche Filtrierung eines Teils des aus dem Abwasserteich 44 kommenden Wassers.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Wasser aus dem Ablauf 47 über den Abzweig 48 und die Filtereinrichtung 1 zurück zu einem Zulauf 49 des gleichen Abwasserteichs 44 geleitet, das Wasser also im Kreis geführt. Mit anderen Worten wird über die Filtereinrichtung 1 eine Bypassverbindung zum Abwasserteich 44 hergestellt, über die eine Rückführung eines Teiles des aus dem Abwasserteich kommenden Wassers erfolgt, sodass dieses zusätzlich gereinigt wird. Damit sind auch höhere Anforderungen an die Reinheit des die Abwasserreinigungsanlage 42 verlassenen Wassers erreichbar.
In 9 ist nun eine weitere Ausgestaltung der Abwasserreinigungsanlage 42 gezeigt, bei der im Abzweig 48 zwei Filtereinrichtungen 1, 50 angeordnet sind. Ferner ist auch am Ablauf 51 des Abwasserteich 43 ein Abzweig 52 mit einer weiteren Filtereinrichtung 53 ausgebildet, über den das aus dem Ablauf 51 kommende Wasser zurück in einen Zulauf 54 des Abwasserteichs 43 geführt wird. Zusätzlich wird nach der Filtereinrichtung 53 ein Teil des filtrierten Wassers über eine Leitung 55 in den Abzweig 48 des Abwasserteichs 44 geleitet, und zwar zwischen die Filtereinrichtungen 1 und 50. Gegebenenfalls kann auch vorgesehen sein, Wasser aus der Leitung 55 in den Zulauf 54 des Abwasserteichs 43 einzuleiten.
Aus dem Abzweig 48, der eine Bypassverbindung zum Abwasserteich 43 darstellt, zweigt hinter der Filtereinrichtung 1 eine Leitung 56 ab, über die ein Teil des filtrierten Wassers zu einem Zulauf 57 des Abwasserteichs 45 geleitet wird. Optional kann über die Leitung 55 auch zusätzlich oder alternativ Wasser in eine Abzweigung des Abwasserteichs 45 oder eines nachgeschalteten Abwasserteichs geleitet werden.
Für die Einbindung einer oder mehrerer Filtereinrichtungen gibt es also vielfältige Möglichkeiten. Besonders günstig ist dabei eine Einbindung der Filtereinrichtung in eine Bypassverbindung, die zum jeweiligen Abwasserteich ausgebildet wird und damit einen Ablauf mit einem Zulauf des Abwasserteichs verbindet, wobei innerhalb dieser Bypassverbindung mindestens eine Filtereinrichtung angeordnet ist. Es ergibt sich somit eine zusätzliche Filterstufe und damit eine bessere Reinigung des Wassers, wobei eine Reinigung der Filtereinrichtungen und eine Regeneration der verwendeten Filtermassen besonders einfach möglich sind.
Die Reinigung der Filtereinrichtungen erfolgt periodisch nach festgesetzten Zeitabständen. Dabei kann, wenn immer nur eine Filterzelle der Filtereinrichtung gespült wird, in den übrigen Filterzellen weiterhin eine Reinigung des Wassers erfolgen. Somit ist ein kontinuierlicher Betrieb möglich. Dabei wird durch den Rückflussverhinderer ein Strömen des Schlammwassers in die anderen Filterzellen verhindert.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau erfolgt dabei die Filterreinigung durch An- beziehungsweise Ausschalten der Spülwasserpumpen. Ein zusätzliches Einbringen von Spülluft oder Ähnlichem ist nicht erforderlich. Dabei wird für die Filterreinigung nur relativ wenig Zeit, beispielsweise 1 min bis 3 min benötigt.
Bei der erfindungsgemäßen Abwasserreinigungsanlage werden herkömmliche Abwasserreinigungsanlagen mit Abwasserteichen mit einer zusätzlichen Filterung in Filtereinrichtungen kombiniert, die insbesondere als Biofiltereinrichtung ausgebildet sind. Diese Kombination ergibt ein einfaches und wirtschaftliches Filtersystem, wobei der Hauptfließweg des Wassers durch ein oder mehrere nacheinander geschaltete Abwasserteiche führt, wobei mindestens zu einem Abwasserteich eine Bypassverbindung zur Rückführung einer Teilmenge des Wassers ausgebildet ist, in der eine Filtereinrichtung angeordnet ist. Es erfolgt so eine mehrstufige, kaskadenförmige Filtration des Wassers, wobei über eine konstante Einstellung der Menge des durch diese Bypassverbindung fließenden Wassers die Reinigungsleistung eingestellt werden kann. Aus ungeregelten, nicht steuerbaren Abwasserteichen wird so durch die Kombination mit den erfindungsgemäßen Filtereinrichtungen eine Abwasserreinigungsanlage erhalten, die hohen Reinigungsanforderungen entspricht und insbesondere biologisch aktiviert ist. Damit wird eine einfache, betriebssichere und höchst wirtschaftliche neue Abwasserreinigungsanlage erhalten. Gegebenenfalls kann in Fließrichtung vor der Filterreinrichtung ein Abscheider vorgesehen werden, der die Feststoffbelastung der Filterreinrichtung verringert und so ein schnelles Zusetzen der Filtermasse verhindert.
Die Erfindung ist nicht auf eines der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar.
Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: Filtereinrichtung
2: Filterzelle
3: Filterzelle
4: Filtratspeicher
5: Rohwasserleitung
6: Rohrwasserpumpe
7: Rohrwasserzulauf
8: Rohrwasserzulauf
9: Rückflussverhinderer
10: Rückflussverhinderer
11: Filtermasse
12: Filtermasse
13: Überstauraum
14: Überstauraum
15: Düsensystem
16: Düsensystem
17: Verbindungsleitung
18: Verbindungsleitung
19: Spülwasserpumpe
20: Spülwasserpumpe
21: Ablaufschwelle
22: Schlammwasserkanal
23: Schlammwasserleitung
24: Entlastungsleitung
25: Ablaufleitung
26: Überlaufschwelle
27: Überlaufschwelle
28: Filterzelle
29: Verbindungsleitung
30: Rohwasserzulauf
31: Belüftungseinrichtung
32: Belüftungseinrichtung
33: Belüftungseinrichtung
34: Luftverteilsystem
35: Luftverteilsystem
36: Luftverteilsystem
37: Luftpumpe
38: Luftpumpe
39: Luftpumpe
40: Düsensystem
41: Filterzelle
42: Abwasserreinigungsanlage
43: Abwasserteich
44: Abwasserteich
45: Abwasserteich
46: Hauptflussrichtung
47: Ablauf
48: Abzweig
49: Zulauf
50: Filtereinrichtung
51: Ablauf
52: Abzweig
53: Filtereinrichtung
54: Zulauf
55: Leitung
56: Leitung
57: Zulauf

Claims

Filtereinrichtung (1, 50, 53) mit mindestens zwei Filterzellen (2, 3, 28, 41) und einem Filtratspeicher (4), wobei in jeder Filterzelle (2, 3, 28, 41) eine Filtermasse (11, 12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Filterzelle (2, 3, 28, 41) ein Rohwasserzulauf (7, 8, 30) mit einem Rückflussverhinderer (9, 10) zugeordnet ist, der in einem oberen Bereich in die Filterzelle (2, 3, 28, 41) mündet, wobei in einem unteren Bereich der Filterzelle (2, 3, 28, 41) jeweils ein Düsensystem (15, 16, 40) angeordnet ist, dass über eine Verbindungsleitung (17, 18, 29) mit dem Filtratspeicher (4) strömungsverbunden ist, wobei in der Verbindungsleitung (17, 18, 29) eine Spülwasserpumpe (19, 20) angeordnet ist.
Filtereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsensystem (15, 16, 40) jeweils am Boden der Filterzelle (2, 3, 28, 41) angeordnet ist.
Filtereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohwasserzuläufe (7, 8, 30) der Filterzellen (2, 3, 28, 41) von einer gemeinsamen Rohwasserleitung ausgehen (5), der insbesondere eine Rohwasserpumpe (6) zugeordnet ist, wobei die Rohwasserleitung (5) insbesondere eine Entlastungsleitung (24) aufweist, die geodätisch oberhalb der Rohwasserzuläufe (7, 8, 30) in einen Schlammwasserkanal (22) mündet.
Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Filterzellen (2, 3, 28, 41) oberhalb der Filtermasse (11, 12) jeweils ein Überstauraum (13, 14) ausgebildet ist, in den der jeweilige Rohwasserzulauf (7, 8, 30) mündet, wobei gegebenenfalls oberhalb des Rohwasserzulaufs (7, 8, 30) eine Überlaufschwelle (26, 27) zu einem Schlammwasserkanal (22) ausgebildet ist.
Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtermasse (11, 12) als Biofilter, insbesondere als Kornmassebett ausgebildet ist
Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filtratspeicher (4) eine Ablaufschwelle (21) aufweist, die geodätisch insbesondere in etwa auf einer Höhe mit einem oberen Ende der Filtermasse (11, 12) angeordnet ist.
Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine, insbesondere jede Filterzelle (2, 3, 28, 41) eine Belüftungseinrichtung (31, 32, 33) mit einem Luftverteilersystem (34, 35, 36) aufweist.
Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsensystem (15, 16, 40) und die Spülwasserpumpe (19, 20) eine horizontale Einheit bilden.
Verfahren zum Betrieb einer Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Wasserreinigungsbetrieb Rohwasser durch die Rohwasserzuläufe (7, 8, 30) in die Filterzellen (2, 3, 28, 41) eingebracht wird und nach Durchlaufen der Filtermasse (11, 12) von oben nach unten gesammelt und in den Filtratspeicher (4) geführt wird, wobei im Filterreinigungsbetrieb Wasser aus dem Filtratspeicher (4) in die Filterzelle geführt und durch die Filter masse (11, 12) von unten nach oben gedrückt wird, wobei dass oben aus der Filtermasse (11,12) austretende Wasser oberhalb des Rohwasserzulaufes (7, 8, 30) aus der Filterzelle (2, 3, 28, 41) austritt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterreinigungsbe trieb nur in einer der Filterzellen (2, 3, 28, 41) aktiv ist, wobei die anderen Filterzellen (2, 3, 28, 41) im Wasserreinigungsbetrieb arbeiten.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohwasserzulauf (7, 8, 30) im Filterreinigungsbetrieb automatisch geschlossen wird.
Abwasserreinigungsanlage mit mindestens einer Filtereinrichtung (1, 50, 53) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwasserreinigungsanlage (42) mindestens einen Abwasserteich (43, 44, 45) mit einem Zulauf (49, 54, 57) und einem Ablauf (47, 51) aufweist, wobei der Ablauf (47, 51) über ei nen Abzweig (48, 52) mit mindestens einer Filtereinrichtung (1, 50, 53) verbunden ist, wobei der Abzweig (48, 52) insbesondere zurück zum Zulauf geführt (49, 54, 57) ist.
Abwasserreinigungsanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Abzweig (48, 52) mindestens zwei Filtereinrichtungen (1, 50) angeordnet sind, wobei insbesondere eine vom Zulauf (49) oder einem übergeordneten Abzweig (52) ausgehende Leitung (55) zwischen den Filtereinrichtungen (1, 50) in den Abzweig (48) mündet.
Abwasserreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass vom Abzweig (48, 52) in Strömungsrichtung hinter der Filterein richtung (1, 53) eine Rückführung in den Ablauf (47, 51) ausgebildet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Abwasserreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil eines vom Abwasserteich (43, 44, 45) kommenden Wassers durch mindestens eine Filtereinrichtung (1, 50, 53) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des von der Filtereinrichtung (1, 50, 53) gefilterten Wassers dem Abwasserteich (43, 44, 45) zugeleitet wird, aus dessen Ablauf (47, 51) das Wasser zur Filtereinrichtung (1, 50, 53) geführt worden ist.