DE1484841C3 - 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 liegt 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-

Hch 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 Uberbeanspruchung 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 Uberlaufkante bildet. Die durch

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diese Zwischen-wärKS ϊ*. 19 und 20 voneinander gc- stopfen der jeweiligen Filterschichten verhindern und

trennten Räume =es~ zn±- im wesentlichen nährstoff- zur biologischen Klärung sehr wesentlich beitragen,

freiem Kies zur ^^^r^ ^der Filterschichten gefüllt. da nicht nur durch die Wurzeln dem Abwasser darin

Wie im Raum 7 ä£= Pliers nach Fig. 1 sind die FiI- noch "enthaltene Nährstoffe weitestgehend entzogen

terschichten der T=:ür^sr 24, 25, 26, 27 mit Flecht- 5 werden, sondern auch durch die besondere poröse

binsen 14 bepflanz=- ün -der Zeichnung sind die Pflan- Struktur des Pflanzenhalmes und die grünen Teile

zen in den Teilnlt=sn. 26 und 27 aus Gründen der der Flechtbinsen 14 dem Wasser Sauerstoff zugeführt

Übersichtlichkeit srsiäe bzw. ganz weggelassen. In wird. Durch das Einsetzen verschieden langer Über-

diesen Räumen sisd. ebenso wie bei dem in F i g. 1 laufrohre 37 kann die Höhe des Wasserspiegels 38

dargestellten Ausnlinnr^sbeispiel, Belüftungseinrich- io über der Filterschicht im letzten Filter 16 geregelt

tungen9 und Aioiu»t€±aungen 11 vorgesehen. Die werden.

dem Filter 16 zuse=i^~te Wand 28 des Behälters 17 Die verschiedenen Behälter 3, 17 und 31 der oben

bildet eine Uber:auzSc23te 29, über die das Abwasser beschriebenen Filter 2, 15 und 16 sind so tief ge-

in das Filter 16 iheriJ^rn:. Das Filter 16 ist in einem wählt, daß die Stärke der Filterschicht mindestens

Behälter 31 angecrö=.·=^ der mit dem Behälter 17 so 15 der maximalen Länge der Wurzeln 15 der Flechtbin-

verbunden ist. dsl ^= Wand 28 für beide Behälter sen 14 entspricht, so daß dadurch erreicht wird, daß

oemeinsam ist. Der I^enraum des Behälters 31 ist die Wurzeln immer gerade und senkrecht nach unten,

fediglich durch etr-e "' ²^d 32 in den eigentlichen FiI- also parallel zur Strömungsrichtung des Abwassers,

terraum 33 und S-T-cc schmalen Abflußraum 34 un- wachsen.

terteilt. Beide d:c^Ä PJLurne kommunizieren durch am 20 Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind

Boden des Filtirrii^raes 33 angeordnete Dränage- alle Filterräume mit Rückspüleinrichtungen versehen.

rohre 35. Über öst- Dränagerohren 35 ist im Filter- Diese sind jedoch in den von steigendem Wasser

raum 33 eine ececialis aus im wesentlichen nähr- durchströmten Teilfiltern 7, 25 und 27 nicht unbe-

stofffreiem Kies :->=-~-e-hende Filterschicht angeordnet, dingt erforderlich und können daher bei diesen Teil-

die mit Flechtbtr_s»et: 14 bepflanzt ist, wobei in der 25 filtern weggelassen werden.

F i g. 2 die Pflanzer, teilweise weggelassen sind. Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbei-

In den Abflu-rzam 34 greift ein Abflußrohr 36 spiel wurde als Filterschicht eine 2,80 m dicke

ein dessen Muno^g innerhalb des Abflußraumes 34 Schüttgutschicht mit von oben nach unten zuneh-

nach oben gerichtet ist und mit Überlaufrohren 37 mender Korngröße benutzt.

verschiedener Lär^gs. z.B. durch Verschraubung, 30 Die unterste Schicht mit faustgroßer Körnung verbindbar ist. reichte etwas über die Höhe der Belüftungseinrich-Das von der zweiten Klärstufe 1 in das Teilfilter tungen9, wie das in Fig.2 durch die dargestellten 24 von oben einfließende vorgeklärte Abwasser fließt groben Körner auf dem Boden der Behälter 17 und nun durch die Filtsrschicht des Teilfilters 24, durch 31 veranschaulicht ist. Die Höhe der Wasserschicht den Spalt 21, das Teilfilter 25, über die Überlauf- 35 über der Filtersohicht betrug 0 bis 20 cm.
kante 23 in das Teilfilter 26, durch den Spalt 22 in Durch die faustgroße Körnung der Filterschicht das Teilfilter 27 und über die Uberlaufkante 29 in am Boden der Behälter 3, 17, 31 und in der Umgedas Filter 16, wo es durch die Filterschicht und die bung der Belüftungseinrichtungen 9 wird erreicht, Dränagerohre 35 in den Abflußraum 34 eindringt daß eine Schlammbildung sowohl um die Belüftungsund durch das überlauf rohr 37 in die Leitung 36 ab- 40 einrichtungen als auch in den Spalten 5, 21, 22 und fließt. Hierbei wird eine sehr intensive Klärung er- um die Dränagerohre 35 weitgehend vermieden wird, reicht, wobei die Wurzeln der Flechtbinsen ein Vcr- 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 I¹St.

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.