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Die Erfindung betrifft eine stromlos arbeitende Abwasserbehandlungsanlage, insbesondere für die Reinigung von mit Feststoffen belasteten Abwasser und Grauwasser aus häuslicher oder industrieller Herkunft, mit einem Vorklärbereich und einem Bioreaktor.
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Abwasserbehandlungsanlagen werden in der Regel mit elektrischer Energie betrieben. Die elektrische Energie wird für die Belüftung, für Pumpen und andere Aggregate eingesetzt. Dies führt zu einer Abhängigkeit von einem Stromnetz und es verursacht Kosten, die durch den Stromverbrauch und die Instandsetzung der elektrischen Bauteile verursacht werden.
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Eine gattungsgemäße stromlos arbeitende Abwasserbehandlungsanlage ist beispielsweise aus der
EP 2 256 092 B1 bekannt. Diese Anlage arbeitet mit einem Niveauunterschied zwischen einzelnen Becken. Daher ist der Auslauf der Abwasserbehandlungsanlage in der Regel weiter niedriger als der Zulauf angeordnet. Dies hat zur Folge, dass das gereinigte Abwasser häufig mit einer elektrischen Pumpe auf ein höheres Niveau gepumpt werden muss, um versickert zu werden oder in einen Vorfluter eingeleitet zu werden. Nur in Hangbereichen können derartige Anlagen ohne Stromzufuhr eingesetzt werden.
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Stromlos arbeitende Abwasserbehandlungsanlagen sind daher wartungsaufwendig, teuer und für viele Anwendungsfälle ungeeignet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine stromlos arbeitende Abwasserbehandlungsanlage vorzustellen, die ohne elektrische Energie mit nur einem geringen Höhenverlust zwischen Einlauf und Auslauf arbeitet. Diese Aufgabe wird mit einer gattungsgemäßen stromlos arbeitenden Abwasserbehandlungsanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Anordnung des Bioreaktors oberhalb des Vorklärbereiches ermöglicht es, Vorklärbereich und Bioreaktor in nur einem Tank anzuordnen. Dieser Tank ist vorzugsweise als stapelbarer Einkammertank ausgebildet. Dies ermöglicht es, auf engem Raum eine Vielzahl derartiger Tanks für Abwasserbehandlungsanlagen zu transportieren.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Bioreaktor derart oberhalb des Vorklärbereiches angeordnet ist, dass er auf Abwasser im Vorklärbereich schwimmen kann. Dazu kann der Bioreaktor, beispielsweise an Federn gehalten, oberhalb des Vorklärbereiches angeordnet sein. Wenn im Tank der Vorklärbereich mit Abwasser gefüllt ist, schwimmt der Bioreaktor auf diesem Abwasser. Je nach Abwasserzu- und Abfluss steigt und sinkt der Wasserspiegel des Vorklärbereiches, auf dem der Bioreaktor schwimmt. Dadurch entsteht ein über den Wasserstand realisiertes Puffervolumen im Vorklärbereich des Tanks zur Vergleichmäßigung der Abwasserreinigung, wodurch längere Reaktionszeiten erzielt werden.
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Durch die Kombination von Vorklärbereich mit darüber liegendem Bioreaktor im gleichen Tank, kann bei gleicher Tankgröße ein größeres Vorklärvolumen bereitgestellt werden, als bei einer Anordnung von Bioreaktor und Vorklärbereich in unterschiedlichen Tanks oder in hintereinander angeordneten Kammern. Dies hat zur Folge, dass die Vorklärung nicht zu häufig geleert werden muss und die Anlage eine längere Standzeit, eine höhere Betriebssicherheit und geringere Folgekosten hat.
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Bevorzugt werden die Tanks aus Kunststoff als Einkammertank stapelbar konstruiert. Bei größeren Anlagen können auch mehrere Tanks zur Anwendung kommen.
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Die Aufhängung des Bioreaktors an Federn, beispielsweise an der Behälterdecke, sichert den Bioreaktor gegen Verdrehen relativ zum Tank und über die relative Höhe des Bioreaktors zum Tank, kann die hydraulische Belastung gesteuert werden. Wenn beispielsweise der Anlage für mehr als einen Tag kein Abwasser zufließt, befindet sich der Bioreaktor auf einer niedrigen Position im Tank. Strömt nun Abwasser in die Anlage, heben sich der Wasserstand und somit auch der Bioreaktor. Dies hat zur Folge, dass wieder vermehrt vorgereinigtes Abwasser durch den Bioreaktor fließt. Nach einer Stoßbelastung senkt sich der Bioreaktor wieder auf normale Betriebshöhe. Bei einer kompletten Entleerung der Vorklärung beispielsweise zur Entschlammung hängt der Bioreaktor an den Federn. Damit sich die Federn hierbei nicht zu sehr dehnen, kann der Bioreaktor zusätzlich mit einem Seil gehalten werden bis wieder genügend Abwasser in der Anlage ist, auf dem der Bioreaktor schwimmt.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Abwasserbehandlungsanlage einen Nachklärbereich aufweist, der derart oberhalb des Vorklärbereiches angeordnet ist, dass er auf Abwasser im Vorklärbereich schwimmen kann. Dieser Nachklärbereich ist vorzugsweise fest mit dem Bioreaktor verbunden.
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Vorteilhaft ist es, wenn der Bioreaktor eine Abwasserführung mit mehreren Umlenkbereichen aufweist. Das Abwasser schlängelt sich somit durch Umlenkbleche geführt durch den Bioreaktor, um während der Verweilzeit im Bioreaktor geklärt zu werden.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, dass der Bioreaktor einen Einlauf mit einer Drossel aufweist, die bei steigender Höhe des Bioreaktors ein steigendes Durchflussvolumen erlaubt.
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Eine konstruktiv einfache Ausführungsvariante der Abwasserbehandlungsanlage sieht vor, dass der Vorklärbereich einen Vorklärzulauf und der Bioreaktor einen Bioreaktorzulauf aufweist und diese Zuläufe an gegenüberliegenden Seiten der Abwasserbehandlungsanlage angeordnet sind.
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Die Abwasserbehandlungsanlage kann mit einem aeroben Vorklärbereich betrieben werden. Der Bioreaktor und der Vorklärbereich können jedoch auch derart gegeneinander abgedichtet sein, dass der Vorklärbereich anaerob und der Bioreaktor aerob betrieben werden können.
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Da der Zulauf wenig Turbulenzen in der Abwasserbehandlungsanlage erzeugen sollte, wird vorgeschlagen, dass – wenn nötig – die Abwasserbehandlungsanlage einen Anlagenzulauf aufweist, an dem eine Zulaufberuhigung angeordnet ist, die einen Sammelbehälter und einen Eingang aufweist, der abgewinkelt zu einem Ausgang angeordnet ist. Im Sammelbehälter kann die Strömungsenergie in einer Querschnittveränderung oder an einer Prallplatte abgebaut werden.
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Um beim Transport der Anlage Platz zu sparen, wird vorgeschlagen, dass sie eine mehrteilige Schachtverlängerung aufweist.
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Um ein unautorisiertes Öffnen des Deckels, insbesondere durch Kinder, zu vermeiden, kann die Anlage einen Tank mit einem Deckel aufweisen, der rastend am Tank oder einer Schachtverlängerung befestigt ist.
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Insbesondere beim Aufstellen der Anlage in einem Vorgarten ist es sinnvoll, wenn sie einen Tank mit einem Deckel aufweist, dessen Oberseite eine bepflanzbare Mulde aufweist.
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Vorteilhafte Ausführungsvarianten von erfindungsgemäßen Abwasserbehandlungsanlagen sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigt:
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1 schematisch eine Abwasserbehandlungsanlage mit einem runden Tank,
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2 schematisch eine Draufsicht auf die in 1 gezeigte Abwasserbehandlungsanlage,
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3 schematisch eine perspektivische Ansicht einer quaderförmigen Abwasserbehandlungsanlage,
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4 schematisch eine Zulaufberuhigungseinrichtung und
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5 schematisch eine Drossel für den Zulauf zum Bioreaktor
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6 schematisch eine Draufsicht auf eine mehrteilige Schachtverlängerung,
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7 schematisch eine Seitenansicht der in 6 gezeigten mehrteiligen Schachtverlängerung und
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8 einen Schachtdeckel mit Pflanzmulde.
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Die in 1 gezeigte stromlos arbeitenden Abwasserbehandlungsanlage 1 dient zum Reinigen von mit Feststoffen belastetem Abwasser und Grauwasser 2 aus häuslicher oder industrieller Herkunft. Sie weist einen Tank 3 auf, dessen unterer Bereich als Vorklärbereich 4 dient. Oberhalb dieses Vorklärbereiches 4 ist auf dem Flüssigkeitsspiegel 5 des Abwassers mit abgesetztem Schlamm 6 im Vorklärbereich 4 ein Bioreaktor 7 schwimmend angeordnet. Dieser Bioreaktor 7 wird mit Federn 8 und 9 derart gehalten, dass er sich innerhalb des Tanks 3 nicht verdreht.
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Mit dem Bioreaktor 7 ist ein Nachklärbereich 10 fest verbunden, sodass auch der Nachklärbereich 10 auf dem Vorklärbereich 4 schwimmt.
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Der Vorklärbereich 4 hat einen Vorklärzulauf 11, durch den das Abwasser 2 an einer Seite 12 in den Tank 3 gelangt und von dort in den Vorklärbereich 4. Dort setzten sich Feststoffe 13 ab und das vorgeklärte Abwasser fließt durch einen Filter 25 mit kombinierter Drossel 14 in den Bioreaktor 7. Der Bioreaktorzulauf 15 liegt an der dem Vorklärzulauf 11 gegenüberliegenden Seite 16 der Abwasserbehandlungsanlage 1. Von dort fließt das vorgeklärte Abwasser durch eine Abwasserführung 17 mit mehreren Umlenkblechen 18 und Umlenkbereichen 19 (nur exemplarisch beziffert) durch den Bioreaktor zum Nachklärbereich 10. Aus dem Nachklärbereich 10 gelangt das Abwasser durch einen flexiblen Schlauch 20 zum Kläranlagenausgang 21.
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Das in den 1 und 2 gezeigte Ausführungsbeispiel weist zwischen dem Bioreaktor 7 und dem Nachklärbereich 10 eine Wippe 22 auf, die ein um eine Schwenkachse 23 schenkbares Blech 24 aufweist. Das Blech ist derart geformt, dass Feststoff in den Vorklärbereich 4 gelangt und feststoffreduziertes Abwasser in den Nachklärbereich 10.
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Der in 1 gezeigte Tank 3 ist leicht konisch ausgebildet, sodass mehrere Tanks ineinander gestapelt transportiert werden können. Auch der in 3 gezeigte rechteckige Tank ist leicht konischen und somit stapelbar ausgebildet. Die dort gezeigte Abwasserbehandlungsanlage 30 ist entsprechend der in 1 gezeigten Abwasserbehandlungsanlage aufgebaut. Das Abwasser und Grauwasser 31 gelangt in einen Vorklärbereich 32 und von dort in den auf dem Vorklärbereich 32 schwimmenden Bioreaktor 33. Der Bioreaktor 33 ist rechteckig oder quadratisch ausgebildet und schwimmt im quaderförmigen Tank 34 auf dem Abwasser 35. Der Bioreaktor 33 und der Nachklärbereich 36 sind mit Federn 37, 38, 39 und 40 am Tank 34 gehalten und der Bioreaktor 33 schwimmt zusammen mit dem Nachklärbereich 36 derart auf dem Abwasser 35, dass Abwasser 35 in einer Abwasserführung 41 mit mehreren Umlenkbereichen 42 (nur exemplarisch beziffert) von einem Vorklärzulauf 43 durch den Vorklärbereich 32, durch den Bioreaktorzulauf 44 und durch den Bioreaktor 33 und den Nachklärbereich 36 bis zum Ausgang 45 fließt.
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Am Vorklärzulauf 11, 43 sollte das Abwasser 2, 35 mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit in den Vorklärbereich 4 beziehungsweise 32 gelangen. Hierfür ist die in 4 gezeigte Zulaufberuhigungseinrichtung 50 vorgesehen, die einen Sammelbehälter 51, einen Eingang 52 und einen Ausgang 53 aufweist. Das ungeklärte Abwasser 54 gelangt durch den Eingang 52 in den Sammelbehälter 51 und stößt dort an die Prallplatte 55. Der Sammelbehälter 51 füllt sich und das Abwasser gelangt durch den Ausgang 53 beruhigt aus der Zulaufberuhigungseinrichtung 50 in einen Vorklärbereich.
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Die in 1 gezeigte Drossel 14 hat einen Filter 25, durch den das vorgeklärte Abwasser zum Bioreaktor 7 gelangt. Eine besondere Ausführungsform einer hinter dem Filter 25 einsetzbaren Drossel ist in 5 gezeigt. Diese Drossel 60 hat ein Gestänge 61, das an der Unterseite eines Deckels 62 einer Abwasserbehandlungsanlage befestigt ist. Ein an der Decke 62 befestigter Hebelarm 63 ist an einem Hebelarm 64 angelenkt, der an einem stationären Schwenkpunkt 65 gelagert ist und mit einer sich nach unten öffnenden Drossel 66 in Verbindung steht. Zum Justieren des Durchflusses kann die Drossel durch Verschieben des Schwenkpunkes 65 eingestellt werden.
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Wenn der Bioreaktor 67, der auf dem Abwasser 68 schwimmt, in Folge von sehr viel Abwasser im Vorklärbereich aufschwimmt, hebt sich mit dem Bioreaktor 67 das Auflager 65 und die Drossel 66 gelangt nach oben aus dem Drosselschacht 69. Dadurch öffnet sich die Drossel, wodurch der Wasserzulauf zum Bioreaktor 67 erhöht wird. Bei wenig Abwasser im Vorklärbereich sinkt das Niveau des Bioreaktors 67, wodurch die Drossel 66 den Zulauf zum Bioreaktor drosselt.
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Dadurch wird erreicht, dass bei steigendem Abwasserniveau im Vorklärbereich vermehrt Abwasser durch den Bioreaktor fließt, sodass auch bei einer Erstinbetriebnahme Abwasser durch den Bioreaktor fließt und der biologische Prozess in Gang kommen kann. Wenn sehr viel Abwasser anfällt, fließt auch mehr Abwasser durch den Bioreaktor.
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Hinter der Drossel 60 befindet sich zunächst ein Bereich mit grobmaschigen Aufwuchskörpern und danach kommt ein Bereich mit feinmaschigeren Aufwuchskörpern. Dadurch wird eine Verstopfung der feineren Aufwuchskörper im Bioreaktor verhindert.
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Derartige Abwasserbehandlungsanlagen können in einem Einkammertank das Abwasser von 16 Einwohnern reinigen. Die stapelbaren Tanks sind schnell geliefert und aufgestellt. Das große Puffervolumen des Vorklärbereiches sorgt für lange Standzeiten. Für größere Anlagen können auch mehrere Tanks zur Verwendung kommen.
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Als Bioreaktor können unterschiedliche Elemente eingesetzt werden. Er kann aus festem oder flexiblem Material gefertigt sein. Eine Wanne mit Segmenten nimmt unterschiedliche Aufwuchskörper auf und ermöglicht lange Fließwege. Für den Transport und die Wartung ist es vorteilhaft, wenn die Wanne aus einem flexiblen Material gefertigt ist. Sie kann sogar so flexibel gefertigt werden, dass sie zum Ausbau durch das Mannloch befördert werden kann. Je nach Wasserstand kann unterschiedlich viel Abwasser durch den Bioreaktor fließen. Als Aufwuchskörper des Bioreaktors können offenporige Schaumstoffe, Kunststoffe, Fasern und anderes Filtermaterial verwendet werden. An diesen Aufwuchskörpern wachsen Bakterien, die das Abwasser biologisch reinigen. Nach dem Bioreaktor kann ein Teil des Abwassers und insbesondere das mit Feststoffen angereicherte Abwasser, zurück in den Vorklärbereich strömen, wo sich die Feststoffe absetzten können. Der andere Teil des Abwassers strömt in den Nachklärbereich 10. Diese Rezirkulation von Abwasser aus dem Bioreaktor verbessert den Stickstoffabbau. Nachdem sich letzte Feststoffpartikel im Nachklärbereich 10 abgesetzt haben, fließt das Abwasser mit extrem geringem Höhenverlust aus der Anlage.
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Aus dem Nachklärbereich 10 können für die behördliche Überwachung Ablaufproben des gereinigten Abwassers entnommen werden. Neben Filter 25, Drossel 14, Bioreaktor 9 und Nachklärbereich 10 können auch weitere Nachkläreinrichtungen und Entkeimungseinrichtungen schwebend oder schwimmend über dem Vorklärbereich 4 positioniert sein.
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Seitlich neben dem schwimmenden Bioreaktor 7 kann Vorklärschlamm 13 entnommen werden und bei einer kompletten Entleerung der Vorklärung hängt der Bioreaktor mit allen Komponenten an den Federn 8 und 9 bzw. den Seilen der Aufhängung.
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Neben den gezeigten Einbauvarianten in einem runden und einem rechteckigen Behälter, kann der Bioreaktor in beliebigen Tanks, wie beispielsweise auch in einem liegendem Zylinder oder einer Kugel, eingebaut sein. Außerdem kann er in ein Mehrkammer- oder Mehrtanksystem integriert sein.
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Wenn der Bioreaktor anaerob betrieben werden soll, wird der Spalt zwischen Bioreaktor und Tank mit einer Abdichtung, wie einer Membran oder einem Dichtring abgedichtet. Das Zulaufrohr wird soweit in den Vorklärbereich geführt, dass es in das Abwasser eintaucht. Die Rezirkulationsöffnung wird mit einer Rückschlagklappe versehen und ein nach oben offenes Zulaufrohr mit Deckel ermöglicht den Zugang für den Saugrüssel zum Absaugen des Vorklärschlamms.
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Für den frostfreien Erdeinbau kann eine Schachtverlängerung 70 für eine Wartungs- und Montageöffnung 79 eines Tanks 78 verwendet werden. Um Platz für den Transport zu sparen, kann diese Schachtverlängerung 70 mehrteilig in Segmenten 82, 83, 84 ausgeführt werden. Bei der Montage der Anlage vor Ort werden die einzelnen Segmente 82 bis 84 mit Schrauben 75 oder Klammern verbunden und für eine wasserdichte Ausführung verklebt.
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Um eine feste Verbindung zwischen der Schachtverlängerung 70 und dem Tank 78 zu gewährleisten, wird diese Schachtverlängerung 70 mit einer Nut 74 versehen, welche sich beim Zusammenschrauben der Segmente 82 bis 84 um den Kragen der Revisions- und Montageöffnung 79 so schließt, dass eine belastbare und standsichere Verbindung zwischen der Schachtverlängerung 70 und dem Tank 78 zustande kommt. Für eine wasserdichte Ausführung kann in eine zweite Nut 85 zusätzlich eine Dichtung 73 eingefügt werden.
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An den Schraub- oder Klemmverbindungen der Segmente 82 bis 84 kann eine Aussparung 86 vorgesehen werden, um je eine Stützstrebe 72 einzusetzen. Diese Stützstrebe 72 verbessert die Belastbarkeit der gesamten Abdeckung der Anlage. Eine Öse 77 an einem Ende oder an jedem Ende der Stützstreben 72 gibt die Möglichkeit, mittels Seilen oder Ketten die Anlage anzuschlagen, um diese für das Einbauen an einen Bagger oder Kran einzuhängen.
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Für die Abdeckung der Revisionsöffnung ist sowohl auf dem Tank 78 ohne Schachtverlängerung als auch mit Schachtverlängerung ein Deckel 71, 87 mit einer Klemmeinrichtung 88 vorgesehen. Hierzu können Rastelemente wie Nasen 80 und Nuten 81 zwischen Deckel 71 und Schacht bzw. Schachtverlängerung 70 zusammenwirken. Beispielsweise können kleine Nasen 80 in Vertiefungen 81 auf der Kragenseite des Tanks 78 oder der Schachtverlängerung 70 einrasten. Zum Öffnen des Deckels 71, 87 ist ein Spezialhebelarm 89 vorgesehen, um unbefugten Zugang beispielsweise von Kindern zur Anlage zu unterbinden. Die Vertiefungen oder Nuten 81 zum Arretieren des Deckels 71 können an der Schachtverlängerung 70 in verschiedenen Höhen angebracht sein, damit die Schachtverlängerung 70 vor Ort auf der Baustelle auf die gewünschte Höhe (der Erdüberdeckung) eingekürzt werden kann.
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Zum Öffnen des Deckels 71, 87 wird der Spezialhebelarm 89 an einer dafür vorgesehenen Nase 90 untergehakt und durch eine Drehbewegung ähnlich wie beim Flaschenöffner wird der Deckel 71, 87 geöffnet. Der Deckel ist dafür aus verformbarem Material wie etwa PE, PP oder GfK gefertigt.
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Wie in 8 gezeigt, kann ein Deckel 87 mit einer Mulde ausgeführt sein, um Erde einzufüllen, die eine Bepflanzung des Deckels ermöglicht. Zur Versorgung der Bepflanzung mit Wasser kann über ein kleines Loch im Deckel 87 ein Faden 91 bis in die wasserführenden Bereiche 92 des Tanks 78 hinabreichen, um eine dauerhafte Bewässerung zur Verfügung zu stellen. Auch mehrere Löcher und Fäden 91, 93 sind möglich.
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Ein wesentlicher Vorteil des schwimmenden Bioreaktors liegt darin, dass Kinder, die in den Tank 78 der Kleinkläranlage gelangen, dort nicht ertrinken können, da sie nur auf den Bioreaktor gelangen, der die trägt, sodass sie nicht unter gehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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