DE1484841B2 - Filter zum Reinigen von Abwässern od.dgl - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Filter zum Reinigen von Abwässern oder dergleichen verunreinigten Flüssigkeiten mit mindestens einer vom Abwasser durchströmten und gegenüber der Umgebung abgegrenzten Schicht eines als Filtermaterial geeigneten Gutes, mit mindestens einem Sammelraum für das gefilterte Abwasser und mit oberhalb des Filters angeordneten Pflanzen, deren Wurzeln in die Filterschicht hineinwachsen.

Durch die schweizerische Patentschrift 162 471 ist ein Filter der obengenannten Art als Nachklärstufe einer Dreikammer-Auslaufgrube bekannt. Die aus Steinen oder Schotter bestehende Filterschicht dieses bekannten Filters wird in waagerechter Richtung vom Abwasser durchströmt. Diese Filterschicht ist mit einer Humusschicht bedeckt, auf der Pflanzen angepflanzt sind, bei denen die Hauptwachstumsrichtung der Wurzeln vertikal nach unten gerichtet ist, so daß diese Wurzeln, wenn sie die Filterschicht erreichen, sich im wesentlichen im rechten Winkel zur

ίο Strömungsrichtung des Abwassers in der Filterschicht erstrecken. Die über der Filterschicht angeordnete Humusschicht führt, ähnlich wie die zwischen der Grasnarbe und dem als Filterschicht wirkenden Sandboden der bekannten Rieselwiesen befindlichen Humusschicht, zu Verstopfungen oder zum Zuwachsen des Filters. Dies bekannte Filter muß daher verhältnismäßig oft gereinigt werden, was mit einem verhältnismäßig großen Aufwand verbunden ist, da dann zunächst die ganze Humusschicht mit den Pflanzen abgetragen und die Filterschicht erneuert werden muß.

Demgegenüber Hegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Filter der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Notwendigkeit der Reinigung des Filters auf ein Mindestmaß beschränkt wird.

Diese Aufgabe ist bei einem Filter der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß als Filtermaterial ein im wesentlichen nährstofffreies Material verwendet wird und daß die Pflanzen unmittelbar in die Filterschicht eingepflanzt sind, und zwar so, daß die Wurzeln sich innerhalb der Filterschicht erstrecken und die Hauptwachstumsrichtung der Wurzeln zu der Durchflußrichtung des Abwassers durch die Filterschicht im wesentlichen parallel verläuft.

Durch die Verwendung nährstofffreien Materials wird erreicht, daß die Pflanzen, die zu ihrem Wachstum benötigten Nährstoffe ausschließlich dem Abwasser entnehmen müssen und so in optimalem Maß zur Reinigung des Abwassers beitragen. Die Pflanzen entziehen diese Nährstoffe auch niederen Pflanzen, z. B. Algen od. dgl., so daß die aus dieser Quelle herrührende Schlammbildung beim erfindungsgemäßen Filter wesentlich verringert wird.

Weiterhin wird durch die Erfindung erreicht, daß durch biochemische Vorgänge längs der Wurzeln Schlammteilchen und sonstige Verunreinigungen von den Wurzeln eliminiert werden können. Dadurch werden längs der Wurzeln sich in der Fließrichtung des Abwassers erstreckende Filterkanäle offengehalten, so daß die sich parallel zur Durchflußrichtung des Abwassers erstreckenden Wurzeln unmittelbar dazu beitragen, daß das Filter seine filternde Durchlässigkeit beibehält.

Um auch das beim erfindungsgemäßen Filter nur nach verhältnismäßig großen Zeiträumen erforderliche Reinigen des Filters zu erleichtern, ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung eine feinblasige Belüftungseinrichtung vorgesehen, die unterhalb mindestens eines Teiles der in der Filterschicht befindlichen Wurzeln angeordnet ist. Durch diese feinblasige Belüftung wird eine Rückspülung bewirkt, die grobe Verunreinigungen aus dem Filter entfernen kann.

Versuche haben gezeigt, daß besonders vorteilhafte Ergebnisse erreicht werden, wenn als Pflanzen Flechtbinsen (Scirpus lacustris) vorgesehen sind. Die Flechtbinse zeichnet sich durch einen außerordent-

lieh porösen Aufbau aus, der schon, rein physikalisch für eine Sauerstoffzufuhr sorgt, und weiterhin dadurch, daß die absterbenden grünen Teile der Pflanze ein sehr geringes spezifisches Gewicht haben und daher auf der Oberfläche des Wassers schwimmen, so daß die Filterschicht durch abgestorbene Pflanzenteile nicht verstopft werden kann.

Es können aber auch andere Pflanzen vorgesehen sein, wie z. B. Pfefferminze (Mentha species) und Kalmus, die, ebenso wie Scirpus lacustris, eine bakterizide Wirkung haben.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Filter aus mindestens zwei Teilfiltern zusammengesetzt, von denen das eine vom Abwasser von oben nach unten und das andere von unten nach oben durchströmt ist. Dadurch, daß das Abwasser in den verschiedenen Teilfiltern in entgegengesetzten Richtungen strömt, wird erreicht, daß sich in den verschiedenen Teilfiltern verschiedenartige Lebensräume ausbilden. Dies schafft die Möglichkeit, die Bepflanzung der Teilfilter den sich in diesen einstellenden Lebensräumen anzupassen und dadurch eine möglichst vorteilhafte Reinigung des Abwassers zu bewirken. So kann es z. B. zur Aufbereitung von Trinkwasser vorteilhaft sein, die Pflanzen in einem Teilfilter mit nach unten fließendem Wasser zu pflanzen. Für den Einsatz in einer Kläranlage, insbesondere am Anfang einer biologischen Klärstufe als zweiten Stufe, kann es vorteilhaft sein, wenn nur das vom steigenden Wasser durchströmte Teilfilter mit Pflanzen bepflanzt wird. In einem solchen Fall genügt es, nur das Teilfilter mit nach unten fließendem Wasser mit der als Rückspüleinrichtung dienenden Einrichtung zum feinblasigen Belüften zu versehen, denn durch die Bepflanzung des Teilfilters mit nach oben strömendem Wasser braucht dieses Teilfilter nur äußerst selten gereinigt zu werden, da sich im Teilfilter mit nach oben strömendem Wasser kaum Schlamm bildet und diese verringerte Schlammbildung durch die Bepflanzung vollständig vermieden werden kann. Demgegenüber kann das Teilfilter mit nach unten fließendem Wasser durch die Rückspüleinrichtung sehr einfach gereinigt werden. Besonders vorteilhaft wirkt sich diese Maßnahme deswegen aus, weil dadurch am Anfang der biologischen Klärstufe die Schlammbildung vermieden und gleichzeitig eine Überbeanspruchung durch das aus der ersten, mechanischen Klärstufe kommende, noch stark verunreinigte Abwasser vermieden wird. Der Sammelraum für das gefilterte Abwasser wird zweckmäßigerweise über dem Filtermaterial des Teilfilters mit nach oben aufsteigender Strömung des Abwassers angeordnet.

Da die Pflanzen eine bestimmte Höhe über dem Wasserspiegel erreichen, ist es vorteilhaft, eine an sich bekannte Regeleinrichtung zum Einstellen der Höhe des Wasserspiegels über der Filterschicht vorzusehen, um damit die Höhe des Pflanzenhalmes über der Filterschicht regeln zu können.

In der folgenden Beschreibung sind' Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Filtern im einzelnen erläutert. Die

Fig. 1 und 2 zeigen vereinfachte Längsschnitte des Anfangs der zweiten bzw. der dritten Stufe einer Abwasserkläranlage.

Von der in F i g. 1 dargestellten Abwasserkläranlage ist die erste Stufe 10, in der das Abwasser mechanisch gereinigt wird, ebenso wie die biologische Klärstufe, nur mit strichpunktierten Linien angedeutet. Am Anfang dieser zweiten Stufe 1 ist ein Filter 2 angeordnet, das in einem Behälter 3 angeordnet ist. Dieser Behälter ist durch eine Zwischenwand 4 in zwei am Boden des Behälters durch einen Spalt 5 kommunizierende Räume unterteilt. Beide diese Räume sind etwa bis zur gestrichelten Linie 8 mit als Filtermaterial dienendem, nährstoffarmen Sand oder vorzugsweise Kies gefüllt und bilden zwei Teilfilter 6 und 7.

ίο In einem Abstand über dem Boden des Behälters 3 befinden sich Belüftungseinrichtungen 9, die vorwiegend dazu dienen, in die Filterschicht Luft feinblasig einzuführen, um durch die dadurch bewirkte Rückspülung die Filterschicht von groben Verunreinigungen reinigen zu können. Um den entstandenen und gegebenenfalls auf die Oberfläche der Fiiterschicht aufgeschwemmten Schlamm entfernen zu können, sind unmittelbar über der Filterschicht Öffnungen 11 vorgesehen, die mit in der Zeichnung nicht dargestellten Auslaufrohren verbunden sind, die dazu dienen, bei der Rückspülung den sich über der Filterschicht ansammelnden Schlamm abzuleiten.

Der über dem Teilfilter 6 befindliche Raumteil 12 dient zur Aufnahme des von der ersten Stufe 10 der Kläranlage kommenden, biologisch noch sehr stark belasteten Abwassers, das durch das Teilfilter 6 nach unten fließt und durch den Spalt 5 in das Teilfilter 7 eindringt, wo es wiederum durch die Filterschicht in den über dieser befindlichen Raumteil nach oben aufsteigt, der hier den Sammelraum 13 des filtrierten Abwassers bildet. Vom Sammelraum 13 fließt dann das filtrierte Wasser über eine Überlaufkammer in die Belüftungsbehälter der zweiten Klärstufe 1.

In den Kies des Teilfilters 7 sind Flechtbinsen 14 eingepflanzt, deren Wurzeln 15 senkrecht nach unten in die Filterschicht eindringen. In unmittelbarer Nähe dieser Wurzeln kann sich im Kies kein Schlamm bilden, da den Mikroorganismen und niederen Pflanzen, die zum großen Teil den Schlamm bilden, der Nährstoff durch die Wurzeln der Flechtbinsen entzogen wird und da außerdem durch biochemische Vorgänge Schlammteilchen und sonstige Verunreinigungen von den Wurzeln eliminiert werden. Dadurch wird verhindert, daß mindestens längs der Oberfläche der Wurzeln die Filterschicht verstopft. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß durch die Bepflanzung der Filterschicht mit dem wurzeltreibenden Flechtbinsen überhaupt eine Schlammbildung vermieden wird. Dadurch, daß im Teilfilter 6 bereits eine Vorfiltrierung eintritt, werden die Flechtbinsen im Teilfilter 7 nicht durch das noch stark belastete Abwasser überbeansprucht, so daß sie erfahrungsgemäß sehr gut gedeihen. Das Teilfilter 6 kann wiederum je nach Bedarf durch die Rückspülung der Filterschicht regelmäßig reingehalten werden.

An die zweite Klärstufe 1 schließt sich die in Fig. 2 dargestellte dritte Stufe an, in der aus dem in der zweiten Stufe geklärten Abwasser vorwiegend Stickstoff und Phosphorverbindungen entfernt werden. Diese dritte Stufe besteht aus zwei Filtern 15 und 16, von denen das Filter 15 aus vier Teilfiltern 24 bis 27 zusammengesetzt ist. Die vier Teilfilter 24 bis 27 des Filters 15 sind dadurch gebildet, daß in einem Behälter 17 drei Zwischenwände 18, 19 und 20 vorgesehen sind, von denen die Zwischenwände 18 und 20 zum Boden des Behälters 17 Spalte 21 und 22 frei lassen und die Oberkante 23 der Zwischenwand 19 eine Überlaufkante bildet. Die durch

diese Zwischenwände 18, 19 und 20 voneinander getrennten Räume sind mit im wesentlichen nährstofffreiem Kies zur Bildung der Filterschichten gefüllt. Wie im Raum 7 des Filters nach F i g. 1 sind die Filterschichten der Teilfilter 24, 25, 26, 27 mit Flechtbinsen 14 bepflanzt. In der Zeichnung sind die Pflanzen in den Teilfiltern 26 und 27 aus Gründen der Übersichtlichkeit teilweise bzw. ganz weggelassen. In diesen Räumen sind, ebenso wie bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, Belüftungseinrichtungen 9 und Abflußöffnungen 11 vorgesehen. Die dem Filter 16 zugekehrte Wand 28 des Behälters 17 bildet eine Überlaufkante 29, über die das Abwasser in das Filter 16 überläuft. Das Filter 16 ist in einem Behälter 31 angeordnet, der mit dem Behälter 17 so verbunden ist, daß die Wand 28 für beide Behälter gemeinsam ist. Der Innenraum des Behälters 31 ist lediglich durch eine Wand 32 in den eigentlichen FU-terraum 33 und einen schmalen Abflußraum 34 unterteilt. Beide diese Räume kommunizieren durch am Boden des Filterraumes 33 angeordnete Dränagerohre 35. Über den Dränagerohren 35 ist im Filterraum 33 eine ebenfalls aus im wesentlichen nährstofffreiem Kies bestehende Filterschicht angeordnet, die mit Flechtbinsen 14 bepflanzt ist, wobei in der F i g. 2 die Pflanzen teilweise weggelassen sind.

In den Abflußraum 34 greift ein Abflußrohr 36 ein, dessen Mündung innerhalb des Abflußraumes 34 nach oben gerichtet ist und mit Uberlaufrohren 37 verschiedener Länge, z.B. durch Verschraubung, verbindbar ist.

Das von der zweiten Klärstufe 1 in das Teilfilter 24 von oben einfließende vorgeklärte Abwasser fließt nun durch die Filterschicht des Teilfilters 24, durch den Spalt 21, das Teilfilter 25, über die Überlaufkante 23 in das Teilfilter 26, durch den Spalt 22 in das Teilfilter 27 und über die Überlaufkante 29 in das Filter 16, wo es durch die Filterschicht und die Dränagerohre 35 in den Abflußraum 34 eindringt und durch das Uberlaufrohr 37 in die Leitung 36 abfließt. Hierbei wird eine sehr intensive Klärung erreicht, wobei die Wurzeln der Flechtbinsen ein Verstopfen der jeweiligen Filterschichten verhindern und zur biologischen Klärung sehr wesentlich beitragen, da nicht nur durch die Wurzeln dem Abwasser darin noch enthaltene Nährstoffe weitestgehend entzogen werden, sondern auch durch die besondere poröse Struktur des Pflanzenhalmes und die grünen Teile der Flechtbinsen 14 dem Wasser Sauerstoff zugeführt wird. Durch das Einsetzen verschieden langer Überlaufrohre 37 kann die Höhe des Wasserspiegels 38

ίο über der Filterschicht im letzten Filter 16 geregelt werden.

Die verschiedenen Behälter 3, 17 und 31 der oben beschriebenen Filter 2, 15 und 16 sind so tief gewählt, daß die Stärke der Filterschicht mindestens der maximalen Länge der Wurzeln 15 der Flechtbinsen 14 entspricht, so daß dadurch erreicht wird, daß die Wurzeln immer gerade und senkrecht nach unten, also parallel zur Strömungsrichtung des Abwassers, wachsen.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind alle Filterräume mit Rückspüleinrichtungen versehen. Diese sind jedoch in den von steigendem Wasser durchströmten Teilfiltern 7, 25 und 27 nicht unbedingt erforderlich und können daher bei diesen Teilfiltern weggelassen werden.

Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wurde als Filterschicht eine 2,80 m dicke Schüttgutschicht mit von oben nach unten zunehmender Korngröße benutzt.

Die unterste Schicht mit faustgroßer Körnung reichte etwas über die Höhe der Belüftungseinrichtungen 9, wie das in F i g. 2 durch die dargestellten groben Körner auf dem Boden der Behälter 17 und 31 veranschaulicht ist. Die Höhe der Wasserschicht über der Filtersohicht betrug 0 bis 20 cm.

Durch die faustgroße Körnung der Filterschicht am Boden der Behälter 3, 17, 31 und in der Umgebung der Belüftungseinrichtungen 9 wird erreicht, daß eine Schlammbildung sowohl um die Belüftungseinrichtungen als auch in den Spalten 5, 21, 22 und um die Dränagerohre 35 weitgehend vermieden wird, so daß diese Durchgänge nicht verstopft werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Filter zum Reinigen von Abwassern oder dergleichen verunreinigten Flüssigkeiten mit mindestens einer vom Abwasser durchströmten und gegenüber der Umgebung abgegrenzten Schicht eines als Filtermaterial geeigneten Gutes, mit mindestens einem Sammelraum für das gefilterte Abwasser und mit oberhalb des Filters angeordneten Pflanzen, deren Wurzeln in die Filterschicht hineinwachsen, dadurch gekennzeichnet, daß als Filtermaterial ein im wesentlichen nährstofffreies Material verwendet wird und daß die Pflanzen unmittelbar in die Filterschicht eingepflanzt sind, und zwar so, daß die Wurzeln (15) sich innerhalb der Filterschicht erstrecken und die Hauptwachstumsrichtung der Wurzeln (15) zu der Durchflußrichtung des Abwassers durch die Filterschicht im wesentlichen parallel verläuft.

2. Filter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine feinblasige Belüftungseinrichtung (9), die unterhalb mindestens eines Teiles der in der Filterschicht befindlichen Wurzeln (15) angeordnet ist.

3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Pflanzen Flechtbinsen (14) vorgesehen sind.

4. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (2, 15) aus mindestens zwei Teilfiltern (6,7, 24 bis 27) zusammengesetzt ist, von denen das eine vom Abwasser von oben nach unten und das andere von unten nach oben durchströmt ist, und daß mindestens eines der Teilfilter (7, 24 bis 27) mit Pflanzen bepflanzt ist.

5. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelraum (13) für das gefilterte Abwasser über dem Filtermaterial des Teilfilters (7) mit nach oben aufsteigender Strömung des Abwassers angeordnet ist.

6. Filter nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß nur das Teilfilter mit nach unten gerichteter Strömungsrichtung des Abwassers mit der feinblasigen Belüftungseinrichtung (9) versehen ist.

7. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeleinrichtung

(37) zum Einstellen der Höhe des Wasserspiegels

(38) über der Filterschicht vorgesehen ist.