DE19536930C1 - Biofilterplattentrommel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Biofiltertrommel für Abwasserreini­ gung mit einem Antrieb.

Biofiltertrommeln für die Abwasserreinigung in Klärteichanlagen bestehen im wesentlichen aus einem rotierenden Reaktor in Form eines aus Stahldrahtgeflecht gefertigten zylindrischen Korbes von ca. 1,0 bis 2,5 m Durchmesser und Länge, der mit Kunststoff­ hohlkugeln gefüllt ist. Die Kugeln haben zumeist einen Durch­ messer von 38 mm und weisen eine feinstrukturierte Oberfläche auf, die dem Bewuchs und der Besiedelung mit abwassereinigenden Mikroorganismen dient. Der Korb ist mit einer Welle ausgestat­ tet, die in seitlichen Lagerschalen gelagert ist. Die Lagerscha­ len sind an einer gabelförmigen Haltevorrichtung befestigt, die an einem Laufsteg oder einer Uferbefestigung beweglich angebaut wird und für das Festhalten und die Niveauregulierung der durch die Hohlkugeln selbstschwimmenden Trommel bei schwankendem Was­ serstand sorgt. Die Trommel schwimmt halbgetaucht wie eine Walze im Abwasser. Der Antrieb der Trommel erfolgt durch einen an der Haltevorrichtung der Trommel angebrachten Elektromotor, der mittels Zahnräder an Motor und Trommelwelle und einer Glieder­ kette die Drehbewegung der Trommel bewirkt und dadurch die Mi­ kroorganismen abwechselnd mit Luft und Abwasser versorgt.

Die beschriebene Biofiltertrommel weist eine Reihe von entschei­ denden Mängel auf.

So ist die Kugelbefüllung der Trommelkörbe, die ein Fassungsver­ mögen von ca. 1 bis 12 m³ haben, ein langwieriger, arbeitsauf­ wendiger Prozeß, da die Körbe solange zu befüllen sind, bis die Kugeln rein zufällig und zunächst meist nur kurzfristig fest gegeneinander blockiert sind und keinerlei Eigenbewegung zeigen. Erst dann steht ihre Oberfläche als großflächiges rotierendes Festbett für das funktionell wichtigste Element der Trommel, für die Besiedelung mit Mikroorganismen (Biofilterrasen) zur Ver­ fügung.

Die geringste Eigenbewegung der Kugeln unterbindet die Entwick­ lung bzw. führt zum Abrieb des bereits entstandenen Biorasens. Es hat sich gezeigt, daß der Korb vor dem Einsetzen in das Ab­ wasser scheinbar prall mit Kunststoffhohlkugeln gefüllt ist. Im Inneren des Korbes jedoch bleibt die kompakte Kugelanordnung fraglich. Trommelrotation, Auftriebsdruck der Kugeln im Abwas­ ser, unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizient von Stahl und Kunststoff bei Temperaturänderung sowie Beeinträchtigung und Zerstörung des Drahtgeflechtes (Maschenweite ca. 30 mm) durch das häufige Nachbefüllen mit Kugeln durch das Drahtgeflecht hindurch führen kurz- und langfristig immer wieder zu Kugelloc­ kerung, Fehlbildung bzw. Abrieb des Biofilterrasens und damit partiell oder sogar vollständig zu biologischer Funktionslosig­ keit der Biofiltertrommel.

Das aufwendige Nachbefüllen der Trommel mit Kugeln von Hand und Reparaturarbeiten am zerstörten Drahtgeflecht erstrecken sich über Wochen und sind in den ersten Jahren nach Trommelinbetrieb­ nahme regelmäßig, insbesondere auch nach dem Winter vorzunehmen, bis letztlich das gesamte Korbvolumen durch wiederholte Prall­ befüllung lückenlos mit Kugeln ausgefüllt ist und zumindest zeitweise Stabilität des Biorasens und die vorgesehene Reini­ gungsleistung der Biofiltertrommel erreicht sind. Nach- und Prallbefüllung des Korbes, verstärkt durch den Auftriebsdruck der Kugeln der getauchten Trommelhälfte, führen jedoch in stei­ gendem Maße zur Belastung, zu immer häufigerer Zerstörung des Drahtgeflechts des Korbes, zu Kugellockerung und zum Heraus­ schleudern von Kugeln aus dem Korb, so daß eine kontinuierliche Reinigungsleistung der Trommel nicht gewährleistet ist.

Nachteile sind auch beim Antrieb der Trommel zu verzeichnen. Der Antrieb des Korbes, je nach Abwassermenge und Schmutzfracht sind 2 bis 6 Umdrehungen/min erforderlich, ist wegen Abrieb an den Antriebselementen, an Zahnrädern und an der Gliederkette, stör­ anfällig und im Winter bei Eisbildung besonders belastet. Es hat sich gezeigt, daß Zahnräder und Gliederkette nach einer Be­ triebsdauer von ca. 12 Monaten verschlissen sind und erneuert werden müssen. Allein die dadurch bedingten 1- bis 2-tägigen Stillstandszeiten der Trommel haben Eintrocknen und Zerstören des Biofilterrasens der über dem Wasser liegenden Trommelhälfte zur Folge. Erst nach zwei bis drei Wochen ist der Rasen wieder neu gebildet und die Reinigungsleistung der Trommel voll er­ reicht, wenn nicht andere, wie die oben genannten Störfaktoren auftreten.

Bei niederen Temperaturen im Spätherbst und Winter sind biolyti­ sche Aktivität und damit auch die physiologisch bedingte Stoff­ umwandlung und Abwasserklärung durch die Mikroorganismen zwangs­ läufig deutlich reduziert. Minustemperaturen und Eisbildung im Trommelkorb blockieren die Aktivität des Biofilterrasens und die Abwasserreinigung vollständig. Die vorgegebenen Grenzwerte des abgeleiteten Abwasser werden überschritten.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß herkömmliche Biofilter­ trommeln mit konstruktiven und infolgedessen auch mit funktio­ nellen Mängeln belastet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Biofiltertrommel unter Besei­ tigung der vorgenannten Mängel zu schaffen, die mit einem stabi­ len, temperaturunabhängigen und dauerhaften Festbett für den Biofilterrasen versehen ist und einen weniger störanfälligen Antrieb der Trommel aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Biofiltertrommel mit einem Antrieb, bestehend aus einem mit eine feinstrukturierte Oberfläche aufweisende Hohlkugeln gefüllten Trommelkörper, des­ sen Lagerung in einer gabelförmigen Haltevorrichtung erfolgt, gelöst, bei der der Trommelkörper aus einer Reihe nebeneinander­ liegender, alternierender Lochplatten gebildet wird, die mit einem auf den Mittelpunkt und zwei im rechten Winkel aufeinander stehende Durchmesserachsen bezogenen quadratischen Bohrlochsy­ stem versehen sind, wobei das Bohrlochsystem der benachbarten Lochplatten um einen halben Kugeldurchmesser gegeneinander ver­ setzt ist und zwischen den Lochplatten Hohlkugeln angeordnet sind, die im Bohrlochsystem so arretiert sind, daß sie auf einer Ebene als auch mit den Hohlkugeln der benachbarten Ebenen kon­ taktieren.

Es ist vorteilhaft, daß das quadratische Bohrlochsystem aus größeren Bohrungen und kleineren Bohrungen gebildet wird, wobei der Abstand der Bohrungen mit gleichem Durchmesser dem Durch­ messer einer Hohlkugel entspricht.

Gemäß der Erfindung wird der Trommelkörper seitlich durch zwei Endplatten abgeschlossen.

In Ausgestaltung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß die Lochplatten und die Endplatten jeweils eine zentrale Bohrung zur Aufnahme eines Mittelrohres sowie am äußeren Umfang eine Anzahl Bohrungen zur Aufnahme von Randrohren, die parallel zum Mittel­ rohr laufen, aufweisen. Lochplatten und Endplatten sind mit dem Mittelrohr und den Randrohren fest verbunden.

Eine erfindungsgemäße Ausführungsform sieht vor, daß das Mittel­ rohr zur Aufnahme einer Antriebswelle vorgesehen ist, die mit dem Mittelrohr fest verbunden ist.

Zweckmäßigerweise sind die Randrohre mit Bohrungen versehen, die rechtwinklig zum Trommelrand angeordnet sind.

In Ausgestaltung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß zum Antrieb des Trommelkörpers ein sich über die gesamte Länge des Trommelkörpers erstreckendes und mit Bohrungen unterschiedlichen Durchmessers versehenes Antriebs- und Belüftungsrohr unterhalb der Wasseroberfläche angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Biofilterplattentrommel weist wesentliche Vorteile auf. Durch die alternierende Folge von zwei unter­ schiedlichen Lochplatten und den dazwischenliegenden Hohlkugeln wird die Eigenbewegung der Kugeln trotz Auftriebsdruck der Ku­ geln und Drehbewegung der Trommel im Abwasser unterbunden. In dem dafür vorgesehenen Trommelbereich ist Kugelmaximalbefüllung erreicht, die durch mechanischen Druck auf Lochplatten und Ku­ geln und sukzessives Verschweißen der Platten mit dem Mittelrohr und den im äußeren Trommelbereich eingebauten Randrohren stabi­ lisiert wird.

Der Trommelkörper besteht einschließlich Kugeln vollständig aus dem temperaturunabhängigen und UV-stabilen Polyethylen, das selbst unter extremer mechanischer Belastung kein Reißen und Splittern zeigt. Es ist zudem noch beständig gegen Säuren und Laugen und insgesamt gesehen als umweltschonendes Material im Einsatz unter den zumeist schwach basischen Bedingungen des Abwassers unbedenklich.

Die Biofilterplattentrommel ist unabhängig vom Platten- bzw. Trommeldurchmesser den jeweiligen Gegebenheiten und Erfordernis­ sen einer Kläranlage durch variable Trommellänge und Reinigungs­ kapazität problemlos anzupassen.

Im Unterschied zur herkömmlichen Korbtrommel ist die Biofilter­ plattentrommel unmittelbar bei Fertigstellung mit ihrem größt­ möglichen und einem temperaturunabhängigen, permanenten Festbett für den Biofilterrasen ausgerüstet. Das aufwendige Nachbefüllen mit Kugeln und die dadurch entstehenden Folgearbeiten entfallen. Eine alternierende Lochplattenfolge bewirkt, daß die Kugeln eng aneinanderliegen, durch die Lochplatten in dieser Position fi­ xiert werden und außerdem selbst noch fest gegeneinander bloc­ kiert sind. Jede Kugel ist mit jeder anderen in einer Trommel mittelbar kontaktiert.

Die Biofilterplattentrommel ist unabhängig von Durchmesser und Länge ein stabiles Aggregat mit Maximal- und Festbefüllung mit Kugeln im Raum zwischen Mittelrohr und Randrohren, die aus fer­ tigungstechnischen Gründen Freiräume von Kugeln sind, selbst jedoch für die Besiedelung mit Biorasen zur Verfügung stehen. Letzteres trifft auch für die Lochplatten zwischen Mittelrohr und Trommelrand zu.

Der indirekte pneumatische Antrieb ist gegenüber dem im Stand der Technik beschriebenen Antrieb bedeutend billiger. Außerdem bewirkt die der Trommel und dem Abwasser im Trommelbereich aus dem Verdichter mit der Luft zugeführte Wärme eine ganzjährig weitgehend temperaturunabhängige ausgeglichenere mikrobielle Aktivität und Abwasserreinigung. Damit ist neben der Kompakt- und Robustheit der erfindungsgemäßen Lösung auch die Vorausset­ zung für den ganzjährig gesicherten Betrieb nach vorgegebenen Kriterien und Grenzwerten erfüllt. Dies betrifft gleichermaßen den Kohlenstoffkreislauf, die einzuhaltenden CSB- und BSB5- Richtlinien und die gegebenenfalls einzurichtenden Nitrifikations- und Denitrifikationsstufen in Klärteichanlagen.

Mit der Größenflexibilität der aus Polyethylen gefertigten Bio­ filterplattentrommel ist der effizienten Anpassung an örtliche Gegebenheit ganzheitlich Rechnung getragen.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Gesamtansicht,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Lochplatte 2,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Lochplatte 3,

Fig. 4 ein Schema der Anordnung der Hohlkugeln,

Fig. 5 eine Ansicht auf ein Randrohr mit Bohrungen.

Die in Fig. 1 dargestellte Biofiltertrommel besteht im wesentli­ chen aus einem Trommelkörper 1, der nach einem bestimmten und im Detail noch zu erläuternden System aus Lochplatten 2, 3 und den zwischen den Platten arretierten Hohlkugeln 9 aufgebaut ist. Der Trommelkörper 1 wird seitlich durch zwei Endplatten 8 abge­ schlossen. Die seitliche Stabilität der Trommel wird durch strahlenförmig von Trommelmitte zum Trommelrand verlaufende Verstärkungen 17 der beiden Endplatten 8 erzielt.

Zentral verläuft durch die Platten hindurch ein Mittelrohr 4, das eine Stahlwelle aufnimmt und über Lager und Lagergehäuse 11 an einer Haltevorrichtung 12 die Positionierung und Drehbewegung der Trommel im Abwasser ermöglicht.

Die im Außenbereich der Trommel ebenfalls durch die Platten hindurchgeführten Randrohre 5 dienen sowohl der Stabilität als auch dem Auftrieb und der Belüftung der Trommel. Als Antriebs- und Belüftungselement sind die Randrohre 5 perlenschnurartig mit Bohrungen 13 versehen (Fig. 5), die einheitlich gerichtet im Winkel von jeweils 90° zum Trommelrand angeordnet sind. Diese Bohrungen 13 sind auf der einen Seite der halbgetauchten Trommel stets nach unten orientiert, fangen, wie später noch beschrie­ ben, die zugeführte Luft auf und setzen die Trommel dadurch auftriebsgemäß in Bewegung.

Fig. 2 zeigt die Lochplatte 2 mit der zentralen Bohrung für die Aufnahme des Mittelrohres 4, mit den Bohrungen für die Randrohre 5 und dem dazwischenliegenden Bohrfeld für die Maximal- und Festbefüllung der Trommel mit ⌀ 38 mm-Hohlkugeln 9 in diesem Bohrfeldbereich. Die von der Zentralbohrung ausgehenden, quadra­ tisch angeordneten Bohrungen 6, 7 reichen je nach Platten- bzw. Trommeldurchmesser und in dementsprechend unterschiedlich langen Lochreihen bis zu den Randrohren 5.

Die großen, 33 mm-Bohrungen 6 des Bohrfeldes haben von Bohrloch­ mitte zu Bohrlochmitte den Abstand von 38 mm des Kugeldurchmes­ sers und nehmen die 38 mm-Kugeln auf, die dadurch in quadrati­ scher Anordnung dicht aneinander und in maximal möglicher Anzahl in den einzelnen Lochreihen zwischen Mittelrohr 4 und Randrohren 5 liegen.

Die kleinen, 12,5 mm Bohrungen 7 sind ebenfalls quadratisch und im Abstand des halben Kugeldurchmessers von den großen Bohrungen 6 versetzt angeordnet. Sie dienen der Festbefüllung der Kugeln zwischen den Platten, wie dies im Zusammenhang mit der Lochplat­ te 3 erläutert wird.

Die in Fig. 3 dargestellte Lochplatte 3 stimmt mit der Lochplat­ te 2 in der Zentralbohrung und in den Bohrungen für die Rand­ rohre 5 überein, nicht jedoch in den quadratischen angeordneten Bohrungen 6 und 7. Der Unterschied zu Lochplatte 2 besteht dar­ in, daß die großen Bohrungen 6 und kleinen Bohrungen 7 gegenein­ ander ausgetauscht sind. Damit werden die Kugeln in den großen Bohrungen 6 der Lochplatte 2 durch die kleinen Bohrungen 7 der Lochplatte 3 arretiert, die wiederum in den großen Bohrungen 6 Kugeln aufnimmt. Diese Kugellage wird durch die kleinen Bohrun­ gen 7 der folgenden Lochplatte 2 blockiert. Der alternierende Wechsel von Lochplatte 2 und 3 arretiert außerdem die dazwi­ schenliegenden Kugellagen gegeneinander, da die Bohrungen 6 und 7 für die Kugeln mit ⌀ 38 mm so angeordnet sind, daß die Kugel­ lagen ineinandergreifen und miteinander fest verzahnt sind.

Die Lochplatten 2, 3 werden in der alternierenden Folge sukzes­ siv und rechtwinklig mit dem Mittelrohr 4 und den Randrohren 5 verschweißt bis eine den jeweiligen Erfordernissen angepaßte Trommellänge mit einer bestimmten Kugelanzahl und -oberfläche erreicht ist.

In Fig. 4 ist die alternierende Folge von Lochplatte 2 und 3 und die Arretierung der Hohlkugeln 9 mit Hilfe der Lochplatten 2 und 3 im Querschnitt veranschaulicht.

Der Antrieb des Trommelkörpers 1 erfolgt indirekt und pneuma­ tisch, indem Luft unter den bis zur Welle getauchten Trommelkör­ per 1 gepumpt wird. Dazu sind an beiden Innenseiten der Halte­ vorrichtung 12 Halterungen 10 befestigt, die ein mit Bohrungen 16 unterschiedlichen Durchmessers versehenes Antriebs- und Be­ lüftungsrohr 14 und einen Druckschlauch 15 aufnehmen. Das An­ triebs- und Belüftungsrohr 14 läuft von der einen Halterung 10 zur anderen Halterung 10 über die gesamte Länge des Trommelkör­ pers 1. Es ist bei Draufsicht auf den Trommelkörper 1 im vor­ deren Trommeldrittel mittig und unterhalb der Wasseroberfläche angebracht. Das Antriebs- und Belüftungsrohr 14 dient gleichzei­ tig der Belüftung des Trommelkörpers 1. Die Bohrungen 16 sind so angeordnet, daß die durch einen Tauchmotorverdichter erzeugte und über den Druckschlauch 15 zugeführte Luft feinblasig in den Trommelkörper 1 und in die am Trommelrand angeordneten Rand­ rohre 5 aufsteigt, den Trommelkörper 1 belüftet und gleicherma­ ßen in den Randrohren 5 auftriebsgemäß komprimierte und damit den Schub für die Drehung des Trommelkörpers 1 bewirkt. Die in einer Linie liegenden Bohrungen 13 der Randrohre 5 befinden sich einheitlich gerichtet im rechten Winkel zum Trommelrand, so daß die Bohrungen 13 auf der einen Seite der Trommel gegen die auf­ steigende Luft nach unten gerichtet sind und die Luft aufnehmen, auf der anderen Seite nach oben zeigen und beim Eintauchen die Randrohre 5 mit Wasser füllen, das im unteren Trommelbereich durch die Luft verdrängt wird. Eine regelbare Luftmenge von 2- 7,5 m³/min ermöglicht eine ausreichende Trommelrotation von 2- 5 U/min.

Aus dem Motorverdichter strömt eine auf ca. 20°C erwärmte Luft in das Abwasser des Trommelbereiches, so daß selbst bei Minus­ temperaturen sowohl Eisbildung als auch das drastische Absinken bis hin zum vollständigen Verlust der Biolyse und Abwasserklä­ rung unterbunden wird.

Bezugszeichenliste

1 Trommelkörper
2 Lochplatte
3 Lochplatte
4 Mittelrohr
5 Randrohr
6 Bohrung
7 Bohrung
8 Endplatte
9 Hohlkugel
10 Halterung
11 Gehäuse
12 Haltevorrichtung
13 Bohrung
14 Antriebs- und Belüftungsrohr
15 Druckschlauch
16 Bohrung
17 Verstärkung

Claims (8)

1. Biofiltertrommel für Abwasserreinigung mit einem Antrieb, bestehend aus einem mit eine feinstrukturierte Oberfläche aufweisende Hohlkugeln gefüllten Trommelkörper, dessen Lagerung in einer gabelförmigen Haltevorrichtung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Trommelkörper (1) aus einer Reihe nebeneinanderliegender, alternierender Lochplatten (2; 3) gebildet wird, die mit einem auf den Mittelpunkt und zwei im rechten Winkel aufeinander stehende Durchmesser­ achsen bezogenen quadratischen Bohrlochsystem versehen sind, wobei das Bohrlochsystem der benachbarten Lochplatten (2; 3) um einen halben Kugeldurchmesser gegeneinander ver­ setzt ist und zwischen den Lochplatten (2; 3) Hohlkugeln (9) angeordnet sind, die im Bohrlochsystem so arretiert sind, daß sie auf einer Ebene als auch mit den Hohlkugeln (9) der benachbarten Ebenen kontaktieren.

2. Biofiltertrommel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das quadratische Bohrlochsystem aus größeren Bohrungen (6) und kleineren Bohrungen (7) gebildet wird, wobei der Abstand der Bohrungen mit gleichem Durchmesser dem Durch­ messer einer Hohlkugel (9) entspricht.

3. Biofiltertrommel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Trommelkörper (1) seitlich durch zwei Endplatten (8) abgeschlossen ist.

4. Biofiltertrommel nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lochplatten (2; 3) und die Endplatten (8) je­ weils eine zentrale Bohrung zur Aufnahme eines Mittelrohres (4) sowie am äußeren Umfang eine Anzahl Bohrungen zur Auf­ nahme von Randrohren (5), die parallel zum Mittelrohr (4) laufen, aufweisen.

5. Biofiltertrommel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochplatten (2; 3) und die Endplatten (8) mit dem Mittelrohr (4) und den Randrohren (5) fest verbunden sind.

6. Biofiltertrommel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelrohr (4) zur Aufnahme einer Antriebswelle vorgesehen ist, die mit dem Mittelrohr (4) fest verbunden ist.

7. Biofiltertrommel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Randrohre (5) mit Bohrungen (13) versehen sind, die rechtwinklig zum Trommelrand angeordnet sind.

8. Biofiltertrommel, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb des Trommelkörpers (1) ein sich über die gesamte Länge des Trommelkörpers (1) erstreckendes und mit Bohrungen (16) unterschiedlichen Durchmessers versehenes Antrieb- und Belüftungsrohr (14) unterhalb der Wasserober­ fläche angeordnet ist.