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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abwasserreinigung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1, sowie ein Verfahren zur Abwasserreinigung mit Hilfe einer entsprechenden Vorrichtung.
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Zur aeroben biologischen Abwasserreinigung ist es erforderlich, Bakterien und Kleinlebewesen mit Sauerstoff zu versorgen. Hierfür wird üblicherweise in die Reaktoren sauerstoffhaltige Druckluft mittels fein- oder mittelblasiger Belüftung eingetragen.
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Bekannt ist ferner der Einsatz von schwimmenden Scheibentauchkörpern zur Güllebehandlung in Standardsilos, wie im entsprechenden Artikel in Korrespondenz Abwasser, 43. Jg., Nr. 6, Juni 1996, S. 1046–1052, ISSN 0341-1540, Hrsg.: Gesellschaft zur Förderung der Abwassertechnik e.V. (GFA), Hennef, beschrieben.
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Bei diesem Scheibentropfkörperverfahren sind auf einer horizontalen Welle sich drehende, in geringem Abstand voneinander befestigte kreisrunde Scheiben vorgesehen, die in einem mit Abwasser gefüllten Trog etwas zur Hälfte eingetaucht sind. Die Sauerstoffversorgung erfolgt während des Zeitraums, in dem sich der entsprechende Bereich der Scheiben oberhalb des Abwassers befindet. Hierbei bildet sich auf der Oberfläche der Scheiben ein biologischer Rasen, welcher das Abwasser reinigt.
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Ebenfalls sind anstelle der Scheiben in einen rotierenden Käfig eingebundene Füllkörper oder Lamellen bekannt.
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Aufgrund der Rotation zur Sauerstoffversorgung des biologischen Bakterienrasens erfordert eine derartige Vorrichtung bei Nennbelastung einen relativ geringen Energieaufwand.
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Nachteilig beim Scheibentropfkörperverfahren ist jedoch, dass sich die Scheiben ständig drehen müssen, damit deren Bewuchs gleichmäßig verteilt ist, schon um Unwuchten und damit längerfristig Lagerschäden zu vermeiden.
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Da Kläranlagen auf die maximal anfallende Schmutzfracht ausgelegt werden müssen, sind diese im praktischen Betrieb im Regelfall unterbelastet. Wegen des ständig erforderlichen Energieaufwands, der unabhängig von der anfallenden Schmutzfracht zur Erzeugung der Drehbewegung benötigt wird, ist die Wirtschaftlichkeit dieses Verfahrens oftmals nicht mehr gegeben.
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Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens ist die relativ aufwendige Maschinenkonstruktion. Neben einem Motorantrieb ist ein Getriebemotor erforderlich. Zudem müssen relativ lange Antriebswellen hergestellt und aufgrund des Gewichts der gesamten Antriebseinheit aufwendig gelagert werden. Darüber hinaus müssen die beweglichen Teile in einem Feuchtraum zuverlässig arbeiten, was aufwendige Konstruktionen und relativ teure Materialien erforderlich macht. Die Wartung dieser Teile ist darüber hinaus erschwert. Tritt ein Schaden an der Antriebseinheit oder an den Lagern ein, ist das System bis zur Schadensbehebung außer Funktion, eine Redundanz ist also nicht gegeben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Abwasserreinigung zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Insbesondere ist eine derartige Vorrichtung zur Abwasserreinigung mit in vertikaler Richtung arbeitender Hubeinrichtung dazu geeignet, mit geringem Energieaufwand sicher die Bewuchsfläche unterzutauchen und wieder aus dem zu reinigenden Abwasser anzuheben, so dass die Bewuchsfläche (bevorzugt Bakterienrasen oder Algen) optimal mit Substrat, mit Wasser und mit Licht versorgt wird.
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Eine technisch einfache und für Störungen nicht anfällige Hubeinrichtung weist bevorzugt mindestens einen mit Luft beaufschlagbaren Schwimmkörper auf, welcher die vertikale Bewegung bewirkt.
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Die Gestalt des Schwimmkörpers ist nicht auf eine bestimmte Form beschränkt, jedoch ist insbesondere im Falle von drehbaren Vorrichtungen die Zylinderform bevorzugt.
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Für die Betätigung der Hubeinrichtung ist vorzugsweise eine Druckluftquelle zur Erzeugung von dem Schwimmkörper zuführbarer Druckluft vorgesehen, wobei die Druckluftquelle sowohl extern, beispielsweise in einem getrennten Raum, als auch in die Vorrichtung direkt integriert sein kann.
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Insbesondere für eine autarke Energieversorgung weist die Betätigungseinrichtung bevorzugt Photovoltaikelemente zur Stromselbstversorgung auf. So kann auch in abgelegenen Gebieten eine Klärung von Abwässern ermöglicht werden.
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Besonders bevorzugt weist die Betätigungseinrichtung neben besagter Hubeinrichtung auch eine Dreheinrichtung auf, welche die Vorrichtung um eine vertikale Achse dreht, so dass insbesondere eine optimale Ausrichtung der Bewuchsfläche zur Sonne möglich ist. Insbesondere bevorzugt dienen hierbei Algen zur Abwasserreinigung.
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Derartige Vorrichtungen können sowohl zur Klärung herkömmlichen Abwassers als auch zur Behandlung von tierischen Abwässern (Gülle) verwendet werden.
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Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels mit Abwandlungen näher erläutert. Es zeigen
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1 eine schematische Seitenansicht zweier erfindungsgemäßer Vorrichtungen zur Abwasserreinigung in verschiedenen Stellungen,
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2 eine Draufsicht auf eine der Vorrichtungen von 1,
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3 eine erste Abwandlung der Vorrichtung zur Abwasserreinigung in einer schematischen Seitenansicht,
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4 eine schematische Darstellung eines Bereichs eines Schwimmkörpers mit Ventilen und Auslassöffnungen, und
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5 eine zweite Abwandlung der Vorrichtung zur Abwasserreinigung in einer schematischen Draufsicht.
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Teil einer nicht näher dargestellten Kläranlage ist ein Abwasserbehälter mit zu reinigendem Abwasser, in welchem mehrere Vorrichtungen 1 zur Abwasserreinigung gemäß dem Ausführungsbeispiel angeordnet sind. Eine derartige Vorrichtung 1 zur Abwasserreinigung weist Bewuchsflächen 2 auf, auf welchen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein nicht näher dargestellter Bakterienrasen angesiedelt ist, der die Reinigungsfunktion übernimmt. Vorliegend werden die Bewuchsflächen 2 durch in rechteckförmige Rahmen gespanntes Textilgewebe gebildet. Die Bewuchsflächen 2 sind parallel zueinander und in einem Abstand von ca. 2 cm beabstandet voneinander angeordnet, wobei gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sich eine Art stehende Zylinderform ergibt, gebildet durch die rechteckförmigen, scheibenartig ausgebildeten Bewuchsflächen 2, wobei die Bewuchsflächen 2 sich in ihrer Breitenabmessung unterscheiden, so dass sie besagte Zylinderform ergeben.
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Die Bewuchsflächen 2 werden von einem Schwimmkörper 3 getragen, welcher vorliegend im wesentlichen zylinderförmig und hohl ausgebildet ist, wobei er im Prinzip auch unten offen ausgebildet sein kann. Der Schwimmkörper 3 sitzt längsverschiebbar auf einem im Abwasserbehälter vertikal angeordneten Führungsrohr 4. Der Schwimmkörper 3 ist vorliegend über das Führungsrohr 4 mit einer Druckluftquelle 5 verbunden, über welches Druckluft in den Schwimmkörper 3 eingefüllt werden kann, damit der Schwimmkörper 3 Auftrieb erhält und die Bewuchsflächen 2 in ihrer oberen Position vollständig oberhalb der Abwasseroberfläche angeordnet sein können.
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Die Verbindung zwischen Schwimmkörper 3 und Druckluftquelle 5 kann über eine beständige Verbindung mittels eines durch das Führungsrohr 4 geführten Schlauchs oder – bei geeigneter Führung – über eine Kupplung erfolgen, welche im abgesenkten Zustand des Schwimmkörpers 3 automatisch die Verbindung zwischen Schwimmkörper 3 und Druckluftquelle 5 herstellt. Ebenso ist eine Verbindung zwischen Schwimmkörper 3 und Druckluftquelle 5 über einen außerhalb des Führungsrohres im Abwasserbehälter verlaufenden Schlauch möglich.
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Als Druckluftquelle 5 ist vorliegend ein Gebläse vorgesehen, welches beabstandet vom Abwasserbehälter an einem trockenen Ort aufgestellt sein kann. Direkt integrierte Ausgestaltungen sind bei entsprechender Größe und Masse des Gebläses ebenfalls möglich.
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Zum Ablassen der Druckluft, damit der Schwimmkörper 3 samt Bewuchsflächen 2 in seiner untere Position vollständig unter die Abwasseroberfläche gelangt, ist ein Venil 6, vorliegend ein Magnetventil, am Schwimmkörper 3 vorgesehen, über welches die Druckluft abgegeben werden kann. Hierbei wird bevorzugt nur so viel Druckluft aus dem Schwimmkörper 3 abgegeben, dass die Bewuchsflächen 2 verlässlich vollständig untergetaucht werden.
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Alternativ ist eine zumindest teilweise Rückgewinnung der Druckluft über ein Rückführsystem, d.h. einen zweiten Schlauch zur Druckluftquelle 5, oder eine Verbindung zu einem Schwimmkörper 3 einer anderen Vorrichtung 1 möglich, der angehoben werden soll.
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Die aus dem Schwimmkörper 3 abgelassene Druckluft kann auch einem oder mehreren Lufthebern zugeführt werden, der am Boden sich ablagernde Biomasse hebt und aus dem System entfernen oder umwälzen kann.
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Die Druckluftquelle 5, das Ventil 6 und der Schwimmkörper 3 bilden einen Teil einer Betätigungseinrichtung 7, auf welche im Folgenden auch als Hubeinrichtung 8 Bezug genommen wird. Die Betätigungseinrichtung 7 kann zudem weitere Funktionen haben, wie beispielsweise in Hinblick auf die Steuerung der Hubeinrichtung 8, welche z.B. auch in ihrer Taktung an Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Helligkeit angepasst werden kann. Hierfür können entsprechende Sensoren vorgesehen sein, welche die Messdaten der Steuerung zur Verfügung stellen.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, welches auf mittlere Temperatur- und Feuchtigkeitswerte in Deutschland bezogen ist, erfolgt alle 2 min. ein kurzes Abtauchen der Bewuchsflächen 2 unter die Abwasseroberfläche, damit die angesiedelten Bakterien aus dem Abwasser Substrat entnehmen. Anschließend erfolgt ein Anheben der Bewuchsflächen 2, so dass die Bakterien Sauerstoff aufnehmen können. Die Taktung von Abtauchdauer sowie Auftauchdauer ist derart bemessen, dass eine optimale Wasser/Substrat-Luft-Versorgung der auf der Bewuchsfläche 2 angesiedelten Bakterien sichergestellt wird. Bei einer Abwassertiefe des Abwassers im Abwasserbehälter von ca. 1,2 bis 1,5 m ist vorliegend ein Hub bzw. eine Eintauchtiefe des untersten Bereichs der Bewuchsfläche 2 von ca. 0,5 bis 1 m vorgesehen, wobei sichergestellt sein muss, dass der oberste Bereich der Bewuchsfläche 2 unter die Abwasseroberfläche gelangt.
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Um einen sicheren Betrieb der Kläranlage zu gewährleisten, können neben mehreren Vorrichtungen 1 auch mehrere parallelgeschaltete Gebläse vorgesehen sein. Insbesondere bevorzugt sind mehrere dieser Vorrichtungen 1 innerhalb desselben Abwasserbehälters angeordnet.
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Obwohl vorstehend Bewuchsflächen 2 unterschiedlicher Breite bei der Vorrichtung 1 vorgesehen sind, können auch Bewuchsflächen gleicher Breite auf dem Schwimmkörper 3 angebracht sein, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden können.
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Gemäß einer ersten Abwandlung des Ausführungsbeispiels ist anstelle eines Bakterienrasens als Besiedelung der Bewuchsflächen 2 ein Algenbewuchs zur Abwasserreinigung vorgesehen. Ein derartiger Algenbewuchs ist insbesondere für subtropische und tropische Regionen geeignet, beispielsweise Ägypten, in welchen eine hohe Sonneneinstrahlung vorherrscht. Bei der Abwasserreinigung mittels Algen wird im Unterschied zur üblichen Abwasserreinigung kein Kohlendioxid an die Atmosphäre abgegeben, d.h. trägt auch zum Klimaschutz bei.
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Um hier eine optimale Sonnenlichtversorgung der Algen zu gewährleisten, ist neben der Hubeinrichtung 8 eine Sonnen-Nachführeinrichtung, im Folgenden als Dreheinrichtung 9 bezeichnet, vorgesehen, welche die Bewuchsflächen 2 im optimalen Winkel zur Sonne ausrichtet. Hubeinrichtung 8 und Dreheinrichtung 9 sind Teil der Betätigungseinrichtung 7. Vorliegend ist schematisch eine am Führungsrohr 4 angreifende Dreheinrichtung 9 vorgesehen. Alternativ können beispielsweise auch am äußeren Rand des Schwimmkörpers 3 vorgesehene Propeller für eine Drehbewegung sorgen.
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Die Energieversorgung der Betätigungseinrichtung 7 erfolgt gemäß der Abwandlung des Ausführungsbeispiels mittels Photovoltaik, die beispielsweise am Ende des Führungsrohres 4 starr angebracht sein kann. Bevorzugt können jedoch die Photovoltaikelemente 10 auch mittels der Dreheinrichtung 9 entsprechend den Bewuchsflächen 2 mittels sogenannter Solartracker optimal ausgerichtet werden, wenn sie am Schwimmkörper 3, wie schematisch in der Zeichnung dargestellt, oder oberhalb der Bewuchsflächen 2 angebracht sind. Wenn zudem eine von den Photovoltaikelementen 10 mit Energie versorgte Druckluftquelle direkt in den Schwimmkörper 3 oder einem anderen Bereich der Vorrichtung 1 integriert ist, kann eine vollständig autarke Einheit zur Verfügung gestellt werden, die nur noch auf ein entsprechendes Führungsrohr 4 in einem Abwasserbehälter aufgesetzt werden muss.
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Jede derartige, entsprechend der Sonne auszurichtende Vorrichtung 1 kann mit einem Solartracker versehen sein, jedoch ist auch eine Koppelung der Vorrichtungen und die Verwendung eines einzigen Solartrackers möglich.
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Das Drehen der Vorrichtung 1 kann gemäß einer zweiten Abwandlung des Ausführungsbeispiels mittels einer entsprechenden schrägen Anordnung mehrerer je nach Bedarf nutzbarer Ausblasöffnungen 6' für die zum Absenken abgegebene Druckluft erfolgen. Da der zur Nachführung erforderliche Drehwinkel in aller Regel relativ gering ist, reicht der Rückstoß der abgegebenen Druckluft aus, um eine leichte Drehung der Vorrichtung 1 zu bewirken, so dass die Vorrichtung 1 innerhalb weniger Absenkvorgänge wieder optimal ausgerichtet ist. Schematisch ist eine derartige Anordnung von Ventilen 6 und Ausblasöffnungen 6' in 4 dargestellt.
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Eine Ausgestaltung gemäß der zweiten Abwandlung ist bevorzugt im Falle von Algen vorgesehen, für welche eine Ausrichtung der Bewuchsflächen 2 bevorzugt ist, kann aber auch im Falle eines Bakterienrasens vorgesehen sein. Insbesondere wenn keine gezielte Ausrichtung der Bewuchsflächen 2 erforderlich ist, kann eine Drehung in einer Richtung mittels einer (oder mehrerer gleich ausgerichteter) Auslassöffnung(en) auch beständig vorgesehen sein, um einen möglichst gleichmäßigen Bewuchs zu gewährleisten oder eine Riefenbildung und/oder Ablagerungen am Führungsrohr infolge beständiger gerader Auf- und Abbewegungen der Vorrichtung 1 zu verhindern.
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Entsprechend kann ein Photovoltaikbetrieb der Betätigungseinrichtung 7 auch im Falle von Bakterien zur Abwasserreinigung vorgesehen werden. Die Nutzung von Photovoltaik ermöglicht es, dass derartige Anlagen vollständig autark und unabhängig von einem Stromnetz betrieben werden können.
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Neben auf dem Schwimmkörper 3 angeordneter Bewuchsflächen 2 können beispielsweise auch flügelartig um den Schwimmkörper 3 angeordnete zusätzliche Baugruppen 11 mit weiteren Bewuchsflächen 2 vorgesehen sein, wie in 5 dargestellt, oder es können ausschließlich um den Schwimmkörper 3 angeordnete Baugruppen 11 vorgesehen sein.
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Ebenfalls können anstelle der zuvor beschriebenen Bewuchsflächen auch sonstige Füllkörper auf dem Schwimmkörper angeordnet sein, welche mittels der Betätigungseinrichtung abwechselnd unter- und oberhalb der Abwasseroberfläche angeordnet sind.
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Neben oder parallel zu der beschriebenen Photovoltaik als Energieversorgung kann auch ein Batteriebetrieb für einen vollständig autarken Betrieb der Vorrichtung 1 zur Abwasserreinigung vorgesehen sein. Ebenso ist eine Versorgung, insbesondere eine Notversorgung, mittels Druckluftflaschen möglich.
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Bei Kläranlagen ist es gelegentlich erforderlich, dass sich angesammelter Schlamm beispielsweise mittels einer Horizontalströmung entfernt werden muss. Damit dieser Vorgang nicht beeinträchtigt wird, werden die Vorrichtungen 1 in ihrer obersten Position gehalten. Wird zusätzlich noch der Abwasserspiegel abgesenkt, ist auch eine Fixierung der Vorrichtungen 1 in der obersten Position möglich, so dass die Schwimmkörper 3 während der Reinigung ganz oder teilweise oberhalb des Abwasserspiegels angeordnet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Bewuchsfläche
- 3
- Schwimmkörper
- 4
- Führungsrohr
- 5
- Druckluftquelle
- 6
- Ventil
- 6'
- Ausblasöffnung
- 7
- Betätigungseinrichtung
- 8
- Hubeinrichtung
- 9
- Dreheinrichtung
- 10
- Photovoltaik-Elemente
- 11
- Baugruppe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Artikel in Korrespondenz Abwasser, 43. Jg., Nr. 6, Juni 1996, S. 1046–1052, ISSN 0341-1540, Hrsg.: Gesellschaft zur Förderung der Abwassertechnik e.V. (GFA), Hennef [0003]
