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Angabe des technischen
Gebietes:
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Fest-Flüssig-Trennung,
Kompostierung und häusliche
Abwasserreinigung, Bodenfiltration, naturnahe und biologische Behandlung
von häuslichem Abwasser,
Speicherung und Behandlung von Regenwasser, Hochwasserschutz, Versickerung
von Wasser, Grundwasseranreicherung, Herstellung eines Flüssigkeitsbehälter.
- (1) Druckschrift: DE 43 41 591 C2 Kompakte
naturnahe Abwasserteich-Bodenfilter-Kläranlage mit Untergrundversickerung
zur Reinigung verschiedener Abwasserarten, (12.93)
- (2) Druckschrift: DE
298 07 653 U1 Unteres Bodenfilter mit Untergrundversickerung,
(04.98)
- (3) Druckschrift: DE
298 07 654 U1 Teich-Bodenfilter in bewehrter Erde, (04.98)
- (4) Druckschrift: DE
298 21 168 U1 Kornposter-Filter mit Entsorgungsbehälter, (11.98)
- (5) Druckschrift: DE
200 12 120 U1 Dränblock
für Bodenfilter,
(07.00)
- (6) Druckschrift: DIN 4261 Kleinkläranlage Teil 1, (02.91)
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Die
Patentschrift
DE 197
15 619 C1 offenbart eine Vorrichtung zum Reinigen von von
befestigten Straßen
oder Plätzen
abgeführtem
Oberflächenwasser.
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Ein
Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Behandeln von biologisch belastetem
Abwasser, insbesondere von Haushaltsabwasser ist in der Patentschrift
DE 196 03 959 C1 beschrieben.
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Die
Offenlegungsschrift
DE
199 45 985 A1 zeigt eine Mehrkammeranordnung für eine Kläranlage.
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In
der Offenlegungsschrift
DE
198 38 692 A1 ist eine Pflanzenbeetkläranlage sowie ein Klärverfahren
mittels einer solchen Anlage beschrieben.
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Die
Erfindung betrifft eine kompakte naturnahe Ressourcen- und Wassernutzungsanlage
für Abwasser
und Regenwasser mit weiterer Ressourcennutzung, z. B. für Ein/Mehrfamilienhausanlagen.
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Derartige
Anlagen sind wie folgt bekannt. So wird entsprechend Druckschrift
(1) das Verfahren einer kompakten naturnahen Abwasserteich-Bodenfilter-Kläranlage
mit Untergrundversickerung zur Abwasserreinigung beschrieben, bei
der insbesondere Bodenfilter im Wechsel mit Teichen die naturnahe Abwasserreinigung
erwirken. Das Prinzip der Kompaktheit, der Mehretagenausbau, die
naturnahe Anordnung, sowie die Bodenfiltration und Untergrundversickerung
sind wichtige grundlegende Verfahrenselemente. Die Anlage hat eine
sehr gute Leistungsfähigkeit,
ist aber wegen der Teiche in der Flächenausnutzung nicht optimal,
da das Wasser der Teichanlagen oberirdisch verschmutzen kann und
das Wasser aus den Teichanlagenbereichen nur gering zur Wassernutzung
zur Verfügung
steht. In erster Linie handelt es sich um eine Kläranlage.
Regenwasser oder eine Kombination von Regen und Abwasser sind grundsätzlich nicht
berücksichtigt.
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Entsprechend
der Druckschrift (2) ist ein Unteres Bodenfilter mit Untergrundversickerung
bekannt, welches aus einer kreisförmigen, oder ähnlichen
Grundrißform
mit vertikaler Außenwand
und Sohle aus dünnwandigem
Material mit Erdstoff befällt und
durch Zwischenwände
ein vorgegebener Fließweg
entsteht, durch den- Einbau vertikaler Dränquader wird gleichzeitig das
Wasserspeichervermögen erhöht, und
beim mehrfachen Wechsel zwischen Dränungs- und Erdstoffbereich erfolgt
eine Wasserreinigung für
Regenwasser, bzw. eine weitgehende biologische Reinigung durch künstliche
Belüftung
für naturnah
gereinigtes Abwasser. Überschußwasser wird
bei voller Füllung
sehr hoch über
die Oberkante des Unteren Bodenfilters zur Untergrundversickerung
abgeleitet. Für
eine kombinierte Abwasser- und Regenwassernutzung mit Untergrundversickerung bei
geringem Flächenbedarf
ist das Untere Bodenfilter ein grundlegendes Verfahrens- und Bauelement. Spül- und Reinigungsmöglichkeiten
insbesondere für den
Erdstoffbereich sind nicht ausreichend vorhanden. Auch sind für die Herstellung
der vertikalen Außenwand
aus dünnwandigem
Material in der Baugrube aufwendige Stützelemente erforderlich. Für die Aufhängung sind
zusätzliche
Schweißarbeiten
notwendig. Die Überlaufebene
ist bautechnisch schwer bzw. nur ungleichmäßig herstellbar. Eine Kiesschicht im
Außenbereich
ist bei vorhandenen bindigen Erdstoffen (z.B. Schluff) nicht angeordnet.
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Entsprechend
Druckschrift (3) ist ein Teich-Bodenfilter in bewehrter Erde bekannt,
welches außen
aus einer kreisförmigen,
oder ähnlichen Behälterwand
mit mehreren leicht gewölbten
oben offenen Kammern aus sehr dünnwandigem
Material besteht. Im Innenraum wird aus vertikalen Wänden ein
Teich gebildet. Außerdem
wurden horizontale Dräns
im Außenbereich
des Bodenfilters eingebaut. Die grundsätzliche Anordnung des Oberen
Bodenfilters über
dem Unteren Bodenfilter, sowie die Zweiteilung innen Teich- und
außen
Bodenfilterbereich sind grundlegende Verfahrens- und Bauelemente.
Für eine
Wassernutzung ist der offene Teich allerdings ungünstig, da
kein geschlossenes Kreislaufprinzip eingehalten werden kann. Auch
die horizontalen Dräns
sind nachteilig. Die dünnwandigen
Zwischenwände
im Außenbereich
behindern die gleichmäßige Durchströmung des
Bodenfilters. Für
die Herstellung der Zwischenwände
sind aufwendige Schweißarbeiten
erforderlich. Eine Belüftung
ist nicht festgeschrieben.
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Entsprechend
der Druckschrift (4) ist ein Kornposter-Filter mit Entsorgungsbehälter bekannt, welcher
zur Vorreinigung verschiedener Abwasserarten vorzugsweise aus einem
oberirdisch angeordneten Behälter,
dem Kornposter-Filter mit Filterelementen im Innenraum, wie einem
Entsorgungsbehälter besteht,
sowie dem dazwischen liegenden Hohlraum aus Häckselgut zur Grobstoff- und
Feinfilterung, durch Rückhaltung
der Dickstoffe, absetzbare Stoffe und Feinstanteile aus der Flüssigphase
des Abwassers getrennt werden. Die Flüssigphase wird zur weiteren
Behandlung ins Bodenfilter unter dem Kornposter-Filter flächig abgeleitet.
Für eine
kombinierte Abwasser-Regenwassernutzung, sowie Mehrfachnutzung des
Wassers, bei Anordnung auch wegen der Kompostbildung über dem
Bodenfilter nach Druckschrift (3) ist der Komposter-Filter ein grundlegendes Verfahrens-
und Bauelement. Der Entsorgungsbehälter „Grüne Tonne" ist für das zu kompostierende Filtergut
von Einzel-/Mehrfamilienhausanlagen ein wichtiges Entsorgungselement.
Die intermittierende Entleerung des Filtergutes aus dem Einhängetopf
in den Komposterinnenraum sowie Küchenabfälle zur weiteren Kompostierung
sind nicht vorgesehen.
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Entsprechend
der Druckschrift (5) ist der Dränblock
für Bodenfilter
bekannt, welcher aus vertikalen Dränrohren für eine horizontale Durchströmung besteht,
der in quadratisch, trapazförmig
oder anderen Grundrißform
zu einem Block befestigt wird und für die Herstellung der vertikalen
Zwischenwände
aus dünnwandigem
Material dient und ein Bodenfilter mit mehrfachem Wechsel zwischen
Dränungs- und
Erdstoffbereich entsteht. Es entsteht in den Dränblöcken für Bodenfilter eine sehr gleichmäßige horizontale
Durchströmung
im Wechsel von Erdstoff- zum Dränblockbereich
usw., wobei dem Boden zugeordnete Reinigungsmechanismen und in den
durchflossenen Teilen sich bildenden Mikroorganismengesellschaften
wirksam werden. In beiden Bereichen entsteht ein Biofilm und biologischer
Rasen, besonders der Dränblock
hat durch die Wellenform der Rohrwandungen eine erhebliche Oberflächenvergrößerung,
wodurch die aeroben und anaeroben Milieuwechsel bei wechselnden
Flüssigkeitsständen sowohl
im Dränblock
als auch im angrenzenden Kies-(Sandbereich positiv wirken. Für eine kombinierte
Abwasser- und Regenwassernutzung ist der Dränblock für Bodenfilter ein grundlegendes
Verfahrens- und Bauelement, wodurch insbesondere das Wasserspeichervermögen im Unteren
Bodenfilter als auch im Oberen Bodenfilter, Teich-Bodenfilter erheblich
erhöht
wird. Eine grundsätzliche
Spülung
der Dränblöcke, insbesondere
im Unteren Bodenfilter ist nicht vorgesehen. Das Verhältnis des
Wechsels zwischen Dränungs-
und Erdstoffbereich von 1:1 bis 2:3 ist nicht optimal.
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Entsprechend
der Druckschrift (6) werden Mehrkammergruben als Kleinkläranlagen
eingesetzt in denen frisches nicht stinkendes Abwasser zum Stinken
und Faulen gebracht wird, der Schlamm einen sehr hohen Wassergehalt
besitzt und schwer ausfault, gesondert mit viel Wasseranteil meist
abgefahren wird, das Abwasser bei naturnaher Behandlung außerdem noch
einen erheblichen Platzbedarf für
die weitere Behandlung z. B. Pflanzenkläranlage und gesonderte Versickerungsanlage
benötigt.
Eine Kombination mit Regenwasser und somit eine umfassende Wassernutzung
im Grundstücksbereich
mit geringem Bauaufwand ist nicht möglich. Die Mehrkammergrube
ist für
eine Weiterentwicklung insbesondere einer effektiveren Abwasserreinigung
und Wasserspeicherung und Versickerung sehr bedürftig um die Ressourcen auf
Grundstücken
zu nutzen.
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Aufgabe
der Erfindung ist das Prinzip nach Druckschrift (1), gekürzt KNABO-Anlage,
sowie die Anlagenteile der Druckschriften (2) bis (5) mit dem Anspruch
1 Ressourcen- und Wassernutzungsanlage für eine Kleinkläranlage
und Anlagenbereiche der Mehrkammergrube nach der Druckschrift (6)
weiter zu entwickeln, um diese zur Ressourcennutzung (Regenwasser,
Energie des Regenwassers, frisches Abwasser mit Wärmeenergie,
Sand, Kies, vorhandene Bodenverhältnisse – besonders
zur Versickerung geeignete – unter
Beachtung der Grundwasserhältnisse,
Kompost, Fäkalien,
Urin, Äste,
Zweige, Häckselgut,
Rindenschrot, Küchenabfälle, Arbeitskraft
des Menschen usw.) im Grundstücksbereich
z. B. von Ein-/Mehrfamilienhausanlagen,
sowie nach dem Kreislaufprinzip auf engstem Raum Wasser-/Abwasserreinigung,
Wasserspeicherung durch einfache Betriebsweisen zu optimieren. Die
Verfahrenstechnologie weiter zu entwickeln, insbesondere gilt es
die Aufgabe der separaten Regenwassernutzung, eine Abwasserbehandlung
mit der Wassernutzung – zu
betreiben bzw. die kombinierte Regenwasser- und Abwasserbehandlung,
sowie die Mehrfachnutzung des Wassers mit der Untergrundversickerung
kombiniert zu lösen
und die Reinigungswirkung und Unterhaltung des Oberen-Bodenfilter
und Unteren Bodenfilter weiter zu erhöhen. Abfälle sind möglichst in der Nähe der Entstehung
zu verwerten oder zu entsorgen, sowie die Kompostierung ist zu verbessern.
Mit Entwicklung dieser Wassernutzungsanlage, als kompakte naturnahe
Anlage, nach Anspruch 1 Ressourcen- und Wassernutzungsanlage, sind
grundlegende Voraussetzungen weiterer Ressourcennutzung z. B. Solarenergie-/Windenergie
für den
Pumpen- und Belüftungsbetrieb
anwendbar.
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Vorteile
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Die
Ressourcen- und Wassernutzungsanlage nach Anspruch 1 ist eine naturnahe
kompakte Anlage, z. B. bei einem Flächenbedarf von ca. 1,5–2 m2/Einwohner, bei der die Entschlammung bzw. Trennung
der festen Phase am Anfang der Abwasserreinigung in frischen Zustand,
und nicht stark faulend und stinkend besonders für die flüssige Phase, wie nach Druckschrift
(6) erfolgt die Bodenfiltration kombiniert mit den Dränblöcken die
weitere Wasserreinigung in den Kammern (1) bis (3),
wobei das Mehrkammersystem prinzipiell erhalten bleibt, allerdings
baulich in zwei Etagen mit Bodenfiltern, und einer Untergrundversickerung
im Außenbereich
der Kammer (3) nach Druckschrift (2). Die vertikalen Dränblöcke nach
Druckschrift (5) erhalten eine Spülmöglichkeit zur Regenerierung
der Kies/Sand-Dränblockbereiche.
Für die
Herstellung der kombinierte Abwasser- und Regenwassernutzungsanlage,
ist der Dränblock
für Bodenfilter
ein sehr leichtes Bau- und grundlegendes Verfahrenselement, wodurch
auch eine Verlegung von Hand erfolgen kann. Eine separate Regenwassernutzung
ist ein bedeutendes Anwendungsgebiet, insbesondere ist der verzögerte Abfluß bei Mittel-
oder Starkregen für
den Hochwasserschutz bedeutsam, denn das Überschußwasser wird mit sehr geringem
Aufwand zur Grundwasseranreicherung gezielt versickert, wodurch
eine Ableitung ins Kanalnetz entfallen kann. Für die Entwässerungsflächen (Dach, Terrasse, Parkplatz
und Wege usw.) ist zur Zurückhaltung
eines Mittel- oder Starkregens eine Pufferung durch z. B. 1 m2 Pufferbeet für 10 m2 Entwässerungsfläche erforderlich,
eine direkte Einleitung von Regenwasser ist entsprechend der Flächengröße der Kammer
(1) möglich.
Die Abwasservorreinigung mit dem Komposter-Filter nach Druckschrift
(4) kann auch nachgerüstet
werden, wenn das Wasserspeichervermögen für z. B. 1,5 m3 je
Einwohner ausgelegt ist.
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Die
Versickerungsfähigkeit
wird im Außenbereich
durch die vertikale Außenwandfläche der
Kammer (3) besonders für
die Regenwassernutzung erhöht.
Bei einer Sickerfläche
von z. B. 2 bis 3 m2/Einw. im Außenbereich
der Kammer (3) ist eine Versickerung bis zum Schluff anwendbar.
Da der Teich nach Druckschrift (3) in Kammer (2) als geschlossener Teich
mit Kies/Sand-Dränblockbereichen
ausgebildet wird, entsteht eine unterirdische Anlage ohne Außeneinfluß. Auch
teilweise Abwassernutzung aus Küche-,
Bad- und Waschküchenbereich,
ohne Toiletten, ist wegen der Wassermenge eine lohnenswerte Anwendungsart.
Der Anschluß aus
dem Toilettenbereich ist zur wertvollen Kompostbildung bedeutsam. Auch
Küchenabfälle können zur
Ressourcennutzung in den Komposter eingebracht werden. Die Wassernutzung
für Toilette,
Gartenbewässerung,
Waschmaschine usw. erfolgt durch eine gesonderte Hauswasserversorgungsanlage
mit Entnahme aus dem Abpumprohr (11). Das Kompostgut im
Komposter-Filter (6) kann auch z. B. im Stadtentsorgungsbereich durch
den vorhandenen Entsorgungsbehälter
(12), „grüne Tonne" weiter verwendet
werden. Eine ständige
Wassernutzung gilt gleichzeitig als eine grundlegende Kontrolle
der Wasserreinigung und Wassergüte;
Fische sind natürliche
Kontrolleure der Wassergüte.
Die Ressourcen- und Wassernutzungsanlage reinigt auf sehr kurzen
Wegen, wird kompakt mit einem großen Speichervolumen gebaut
und gilt als Grundlage eines umfangreichen Ressourcennutzungssystem
für Einzel-
und Mehrfamilienhausanlagen. Die Nachhaltigkeit, Zukunftsfähigkeit
drückt
sich durch ein einfaches Konzept der Abwasser- und Wasserreinigung
mit ständigem
Kreislaufbetrieb und um die Ressourcen mit Niedrigstenergiebedarf
zu nutzen.
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Die
Erfindung wird anhand der Zeichnung 1 und 2 nachfolgend
erläutert.
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Die
in 1 dargestellte Ressourcen- und Wassernutzungsanlage
ist eine kompakte naturnahe vorzugsweise kreisförmige Anlage oder andere Grundrißform aus
drei Kammern bestehend, die in zwei Etagen als Oberes Bodenfilter,
außen
Kammer (1) und innen geschlossener Teich, Kammer (2)
und darunter Unteres Bodenfilter, Kammer (3) und in den Bodenfiltern
Kies-/Sandfilter mit Dränblöcken (4) wechselweise
angeordnet sind, so daß durch
ein Kreislaufprinzip mit langen Fließwegen innerhalb der Sohle,
der Außenwände und
Zwischenwände
aus dünnwandigen
Material (13) und durch Fließwechsel in den Bodenfilter/Dränblöcken hohe Reinigungseffekte
bei der Abwasser-/Regenwasserreinigung bis zur Wiederverwendung
des Wassers erzeugt werden, außerdem
Regenwasser direkt in Kammer (1) oder separat über ein
Pufferbeet in Ablauf (15) eingeleitet, gereinigt und gespeichert
wird, Überschußwasser
in den Untergrund unter der Anlage (5) versickern kann.
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Durch
Vorschaltung eines oberirdisch angeordneten Kornposter-Filters (6)
mit Entsorgungsbehälter
(12) vor Kammer (1) wird frisches Abwasser (A)
eingeleitet durch Filterung erfolgt die Vorreinigung und Fest-Flüssig-Trennung
im Häckselgut
und die frische flüssige
Phase wird zur weiteren biologischen Reinigung durch Bodenfiltration
in Kammer (1) behandelt, sowie biologische Durchlaufanlage
mit ständigem
intermittierenden Pumpbetrieb in den Kies/Sand-Filter/Dränblöcken der
Kammer (3) und in der Kammer (2) auf langem sich
wiederholenden Fließweg
das Wasser natürlich
gereinigt.
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Die
Kammer (3) im Außenbereich
der vertikalen Außenwand
und im Sohlenbereich erhält
eine Untergrundversickerung (5), für die bei vorhandenen bindigen
Erdstoffen eine Kiesschicht eingebaut wird, wodurch im vertikalen
Außenbereich
die Versickerungsfähigkeit
besonders durch eine stärkere
Kiesschicht erhöht
werden kann.
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Für die Überlaufebene
(7) der Kammer (3), die erheblich über dem
Sohlenbereich liegt, wird auf einem horizontal angeordneten Rohrring
(8) der auf im Erdreich waagerecht eingebauten Rohren (9)
lagert, das dünnwandiges
Material (10) der vertikalen Außenwand befestigt.
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Die
Ressourcen- und Wassernutzungsanlage ist sehr kompakt angeordnet,
da die Abwassereinleitung (A) und Wasserentnahme bzw. der Wasserablauf
(W) lagemäßig sehr
dicht aneinander liegen, in der Höhenlage erheblich unterschieden,
denn der Kornposter-Filter (6) befindet sich oben und die
Wasserentnahme (W) im Abpumprohr (11) des gereinigten Wassers
an der tiefsten Stelle der Kammer (3). Die Kammer (2)
wird als geschlossenes Teich-Bodenfilter mit Kies-/Sand Dränblockbereichen
(4) ausgebildet, so daß eine
unterirdische Anlage ohne bzw., sehr geringem Außeneinfluß entsteht. Das in den Dränblöcken vorhandene
Volumen und in den Kies/Sand-Bereichen
vorhandene Porenvolumen der Kammer (3) und Kammer (2)
steht zur Wasserspeicherung und Wassernutzung zur Verfügung. Bei Wassermangel
wird das Wasser der Kammer (2) in die Kammer (3)
abgelassen. Dränblöcke in Kammer (3)
erhalten eine Spüleinrichtung
mit Rohr nach oben und Abdeckung (14), gedichtet im Sohlenbereich
der Kammer (1), wodurch eine temporäre Spülung der Trübstoffe im Kiesfilter und Dränblock durchgeführt werden
kann.
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Eine
Pumpe mit Niedrigstenergiebedarf wird in Kammer (3) im
Abpumprohr (11) eingebaut, die im intermittierenden Pumpenbetrieb
in die Kammer (2), wahlweise auch ins Pufferbeet fördern kann.
Pumpenzeiten und Pumpenleistung bestimmen den Wasserdurchlauf von
Kammer (3) nach Kammer (2) usw., und können somit
als ein Mittel der Steuerung der Reinigungsleistung eingesetzt werden.
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Eine
künstliche
Belüftung
wird in Kammer (2), bedarfsweise auch in Kammer (3)
mit sehr geringem Energiebedarf auf Grund des sehr langsamen Wasserdurchlaufs
installiert, um zusätzliche
Reinigungseffekte für
die Wassergüte
zu erzeugen, so daß eine
Wassernutzung aus dem Abpumprohr (11) für eine Hauswasserversorgungsanlage
und die Untergrundversickerung (5) betrieben werden kann.
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Das
nach 2 dargestellte Pufferbeet wird zur Regenwassernutzung
mit einem Zulauf (16) zum gedichteten Sickerbeet- (17)
und einem Filterbeetbereich (18) und einem Ablauf (19)
zum Ablaufschacht (15) der Kammer (1), der in
die Kammer (3) mündet und
den Ablauf z.B. eines Mittel- oder Starkregens zeitlich verzögert, vorgeschaltet.
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In
der Kammer (3) wird vorzugsweise sehr durchlässiges Kiesmaterial
mit z. B. kf = 5 × 10–4 m/s eingesetzt,
um eine hohe Dauerhaltbarkeit zu erwirken.
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In
den vertikalen Dränblock-
und Kies-/Sandfilterbereichen der Kammern (2) und (3)
werden gleichbleibende Reinigungseffekte bei allen Flüssigkeitsständen, ob
niedrig oder volle Füllung,
bei der Entnahme im Abpumprohr (11) ein Mittelwert der Wassergüte „Oberflächenwasser
zur Trinkwassergewinnung" bewirkt
und erzielt wird. Das Abpumprohr (11) wird innerhalb eines
Dränblockes
eingebaut und ist im unteren Bereich der Kammer (3) geschlitzt.
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Die
Wassergüte
kann z.B. durch Fische eines Fischteiches, der separat mit Wasserzulauf
aus der Kammer (3) z. B. im Pufferbeet angeordnet ist, beständig nachgewiesen
und kontrolliert werden. Das frische Kompostgut/Schlamm/Filtergut
wird intermittierend aus dem Entsorgungsbehälter (12) des Komposter-Filter
(6) zur weiteren Kompostierung in den Komposterinnenraum
umgesetzt, in den auch Küchenabfälle eingebracht
werden können.
Zur weiteren Verringerung der Keimzahlen kann das Wasser z. B. mit
Wasser und Kochsalz behandelt werden, so daß sehr gute Wasserqualitäten beständig erzeugt werden
können.
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Der
Kies-/Sandbereich der Kammer (1) kann durch mechanische
Bodenlockerung sehr dauerhaft unterhalten werden. In den Dränblöcken der
Kammer (1) und (2) ist eine Spülmöglichkeit für die Regenerierung vorgesehen.