DE19545687C2 - Brauchwasser-Umlaufanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brauchwasser-Umlaufan­ lage mit einem Wasserkreislauf, der eine Wasseranwen­ dungsvorrichtung und ein Reservoir enthält.

Derartige Brauchwasser-Umlaufanlagen werden bei­ spielsweise für Autowaschanlagen benutzt, bei denen die Waschanlage die Wasseranwendungsvorrichtung darstellt. Das die Waschanlage verlassende Schmutz­ wasser wird einem Reservoir zugeführt, in dem es von Öl und Schwerstoffen befreit und auf diese Weise me­ chanisch aufbereitet wird, bevor es von neuem der Waschanlage zugeführt wird. Nach etwa 10 000 Fahr­ zeugreinigungen wird in der Regel das Wasser erneuert. Selbstverständlich wird im Kreislauf verlorengegange­ nes Wasser auch bereits vorher ergänzt.

Die im Brauchwasser vorhandenen Kohlenwasser­ stoffe können durch aerobe Mikroorganismen abgebaut werden. Da das Brauchwasser im Reservoir jedoch über längere Zeit stillsteht, wird es nicht mit Sauerstoff ange­ reichert, so daß die aeroben Mikroorganismen weitge­ hend absterben. Dies führt dazu, daß die Kohlenwasser­ stoffe nicht oder nur anaerob abgebaut werden, und daß das Wasser sowie die mit ihm eingetragenen Schlamm- und Feststoffe zu faulen beginnt und einen üblichen Geruch annimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brauchwasser-Umlaufanlage zu schaffen, die mit einfa­ chen Mitteln eine biologische Reinigung des Brauch­ wassers ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Bei der erfindungsgemäßen Brauchwasser-Umlauf­ anlage ist das Reservoir, das aus einem oder mehreren Reservoirbehältern bestehen kann, an einen Kreislauf angeschlossen, der einen Bioreaktor enthält. Dieser Bio­ reaktor bildet gewissermaßen eine Mikrobenzuchtstät­ te, in der Bedingungen für ein gutes Mikrobenwachstum aufrechterhalten werden, d. h. eine gute Belüftung und ggf. auch eine Nährstoffzugabe. Von diesem Bioreaktor kann mikrobenhaltiges Wasser in das Reservoir zurück­ geleitet werden, dem auf diese Weise bei Bedarf frische Mikroben zugeführt werden, die die im Brauchwasser enthaltenen Kohlenwasserstoffe oder anderen biolo­ gisch abbaubaren Stoffen abbauen. Eine Besonderheit besteht darin, daß für das Mikrobenwachstum solche Mikroorganismen verwendet werden, die im Brauch­ wasser bereits vorhanden sind, unter den im Reservoir herrschenden Verhältnissen aber infolge Sauerstoff­ mangels bald absterben. Diese Mikroorganismen oder Mikroben gelangen durch Abzweigung aus dem Reser­ voir mit dem Brauchwasser in den Wachstumsraum, wo sie ausgezeichnete Wachstumsbedingungen vorfinden, so daß im Wachstumsraum eine Mikrobenkultur auf­ rechterhalten wird. Ebenfalls durch das Brauchwasser wird ein Teil der Mikroben aus dem Wachstumsraum in das Reservoir gespült. Über eine Schlammaustragsein­ richtung wird ein Austrag des in dem Bioreaktor befind­ lichen Schlammes erreicht
Der Bioreaktor weist einen Belüftungsraum und da­ hinter einen Wachstumsraum mit einer das Ansetzen und Wachstum von Mikroben begünstigenden Füllung auf. Diese Füllung, die vorzugsweise aus geschüttetem Füllkörpermaterial, z. B. Lava, besteht hat eine große spezifische Oberfläche und bildet dadurch und durch Auswahl des verwendeten Materials einen biologischen Rasen für eine Vielzahl verschiedener Mikroben.

Der Kreislauf kann durch entsprechende Pumpen­ steuerung entweder kontinuierlich eingeschaltet sein, z. B. während der Tagzeiten, in denen die Wasserver­ wendungsvorrichtung benutzt wird, oder im Intervall­ betrieb während der Nachtzeiten. Bei Intervallbetrieb erfolgt natürlich eine Stromersparnis.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Er­ findung enthält der Bioreaktor eine in einem Wasserbe­ hälter angeordnete, einen Wasserstrahl unterhalb der Wasseroberfläche erzeugende Antriebsvorrichtung. In Strömungsrichtung hinter der Antriebsvorrichtung ist eine Leitvorrichtung angeordnet, die einen ersten Teil des Wasserstrahles zu einer Nährstoff-Abgabevorrich­ tung leitet von der eine Rücklaufleitung in den Wasser­ behälter zurückführt, und die einen zweiten Teil des Wasserstrahles durch den Wachstumsraum leitet. Die Antriebsvorrichtung treibt den ersten Teil des Wasser­ strahles durch die Nährstoff-Abgabevorrichtung, wobei das Wasser innerhalb des Bioreaktors in einem Kreis­ lauf bewegt und dabei mit Nährstoffen angereichert wird. Ferner treibt die Antriebsvorrichtung den zweiten Teil des Wasserstrahles durch den Wachstumsraum. Die Antriebsvorrichtung bewirkt durch starke Umwälzung des Wassers auch eine Anreicherung des Wassers mit Sauerstoff, so daß sich in dem dem Wachstumsraum zugeführten Wasser viel gelöster Sauerstoff befindet, den die Mikroben aufnehmen. Daher wirkt die An­ triebsvorrichtung zugleich als Belüftungsvorrichtung für das Brauchwasser. Das Wasser, das den Wachstums­ raum durchströmt hat wird einem Auslaß des Bioreak­ tors zugeführt und unter der Wirkung der Antriebsvor­ richtung zu dem Reservoir zurückgeführt.

Weitere Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbei­ spiels der Erfindung sowie den Unteransprüchen.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht des Wasserkreislaufs mit dem daran angeschlossenen Kreislauf,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch eine erste Ausfüh­ rungsform des Bioreaktors,

Fig. 3 eine Draufsicht des Bioreaktors nach Fig. 1 und

Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch eine zweite Ausfüh­ rungsform des Bioreaktors.

Gemäß Fig. 1 ist ein Wasserreservoir 10 vorgesehen, das hier drei Reservoirbehälter 11, 12, 13 aufweist die untereinander durch Rohre 14 verbunden und hinterein­ andergeschaltet sind. Das in dem Reservoir 10 enthalte­ ne Brauchwasser dient zur Speisung einer Wasseran­ wendungsvorrichtung 16, bei der es sich beispielsweise um eine Autowaschanlage handelt. Das Waschwasser wird der Wasseranwendungsvorrichtung 16 aus dem letzten Reservoirbehälter 13 des Reservoirs 10 zuge­ führt und zur Fahrzeugwäsche benutzt. Das ver­ schmutzte Brauchwasser wird in den ersten Reservoir­ behälter 11 eingeleitet, aus dem aufschwimmende Leichtflüssigkeiten (Öl) abgeleitet und einem Ölabschei­ der zugeführt werden. Der Reservoirbehälter 11 weist ein Tauchrohr 17 auf, in das das Wasser von unten ein­ dringt. Von dem Tauchrohr 17 zweigt das zum zweiten Reservoirbehälter 12 führende Rohr 14 als Überlauf­ rohr ab. Der Reservoirbehälter 12 enthält ebenfalls ein Tauchrohr 18, in das das Rohr 14 von oben her mündet. Das in dem Reservoirbehälter 12 aufsteigende Wasser läuft durch das Rohr 14 in den letzten Reservoirbehälter 13 über. In jedem der Reservoirbehälter erfolgt eine Sedimentation, wobei im Wasser enthaltene Feststoffe sich absetzen.

Das Reservoir 10 ist an einen Wasserkreislauf 20 an­ geschlossen, der eine erste Leitung 23 aufweist welche von dem letzten Reservoirbehälter 13 zu einem Biore­ aktor 22 führt, und eine zweite Leitung 21, welche von dem Bioreaktor 22 zu dem ersten Reservoirbehälter 11 führt. Das Reservoir 10 besteht im vorliegenden Fall aus den drei Reservoirbehältern 11, 12, 13. Es könnte aber auch aus einem langgestreckten einzigen oder mehre­ ren Behältern bestehen. In der Leitung 23 befindet sich eine Pumpe 23a.

Der Bioreaktor 22 weist einen Wasserbehälter 24 auf, der eine Antriebsvorrichtung 25 aus einem Tauchmotor 26 mit einem Propeller 26a enthält. Der Propeller 26a erzeugt unter Wasser einen axial gerichteten Wasser­ strahl 27, der von einer Leitvorrichtung 28 aufgenom­ men wird. Außerdem erzeugt der Propeller 26 Neben­ strahlen 29, die an der Leitvorrichtung 28 vorbeigehen und das Wasser im Wasserbehälter 24 stark umwälzen, so daß am Wasserpegel 30 starke Strömungen und Wir­ bel entstehen, die eine Sauerstoffaufnahme aus der Luft begünstigen. Die Antriebsvorrichtung 25 wirkt daher als Belüftungsvorrichtung für das im Wasserbehälter 24 enthaltene Wasser.

Die Leitvorrichtung 28 weist einen runden oder rechteckigen Einlaß 31 auf, der mit seiner Öffnung dem Propeller 26 zugewandt und im Abstand von diesem angeordnet ist. Der Einlaß 31 bildet einen horizontalen Strömungskanal, in den von oben her ein Luftzuführ­ rohr 32 hineinragt. Die Wasserströmung saugt durch das Luftzuführrohr 32 Luft an. In Strömungsrichtung hinter dem Einlaß 31 weist die Leitvorrichtung einen fächerförmigen Teil 33 auf, in dem sich der durch die Leitvorrichtung hindurchgehende Kanal horizontal er­ weitert, jedoch vertikal verengt. Dieser fächerförmige Teil 33 endet in einem langgestreckten horizontalen Schlitz 34.

Die Leitvorrichtung 28 ist somit nach Art einer Schlitzdüse ausgebildet.

Der Schlitz 34, der den Auslaß der Leitvorrichtung 28 bildet führt in den Wachstumsraum 35 hinein. Dieser ist durch vertikale Wände 36, 37 begrenzt wobei der Schlitz 34 in der Wand 36 angeordnet ist und ein Gitter 38 enthält. Die gegenüberliegende Wand 37 enthält ebenfalls ein Gitter 39, das jedoch eine größere vertika­ le Erstreckung nach oben hat als das Gitter 38. Im übri­ gen sind die Wände 36, 37 geschlossen. Die Wand 37 überragt die Wand 36 nach oben.

Zum Austrag von aufschwimmendem Schlamm ist ei­ ne Schlammablaufrinne 36a an der dem Belüftungsraum 47 zugewandten Seite der Wand 36 angebracht. Die Schlammablaufrinne 36a ist mit einem Schlammentwäs­ serungsbehälter 55 verbunden, der sich außerhalb des Bioreaktors befindet. Die durch die Antriebsvorrich­ tung 25 erzeugte stark turbulente Strömung im Belüf­ tungsraum in Verbindung mit der bereits beschriebenen Strömungsführung bewirkt ein Anheben des Wasser­ standes 30a im Wachstumsraum 40 sowie dem Raum 43.

Die mit der Turbulenz einhergehende Füllstands­ schwankung in den Räumen 40 und 43 führt zum kurz­ zeitigen Überspülen der Wand 36. Der auf der Oberflä­ che befindliche Schlamm wird dabei in die Schlammab­ laufrinne 36a geschwemmt. Von dort gelangt der Schlamm in den Schlammentwässerungsbehälter 55. Die im Schlammentwässerungsbehälter befindliche Fil­ tereinrichtung entwässert den Schlamm. Das Tropfwas­ ser wird außerhalb des Bioreaktors zusammengeführt.

Der Wachstumsraum 35 enthält eine Füllung 40 in Form von Füllkörpern, z. B. Lava, die das Mikroben­ wachstum begünstigen und eine große spezifische Oberfläche bilden. Der Wachstumsraum 35 bildet einen rechteckigen vertikalen Schacht durch den die von der Leitvorrichtung 28 verursachte horizontale Strömung quer hindurchgeht und zwar lediglich im unteren Schachtbereich. Der Schacht weist einen durchbroche­ nen Boden 41 auf, auf dem die Füllung 40 ruht Unter­ halb des Bodens 41 befindet sich eine weitere Belüf­ tungsvorrichtung 42 in Form eines Rohr- oder Schlauchbelüfters, aus dem heraus Luft in das umgeben­ de Wasser eintritt. Die Belüftungsvorrichtung 42 wird als Notbelüftung eingeschaltet wenn die Antriebsvor­ richtung und die Pumpe 23a abgeschaltet ist damit die Mikroben aktiviert bleiben.

In Strömungsrichtung hinter dem Wachstumsraum 35 befindet sich ein Beruhigungsraum 43 mit einem schräg­ verlaufenden Boden, der unten in einen Schlammfang 44 mündet. Der Schlammfang 44 ist unterhalb des Bodens 45 des Wasserbehälters 24 angeordnet und er weist ei­ nen Reinigungsablauf 46 auf. Der Wachstumsraum 35 und der Beruhigungsraum 43 sind im Innern des Was­ serbehälters 24 angeordnet. Derjenige Teil des Wasser­ behälters, der den Tauchmotor 25 und die Leitvorrich­ tung 28 enthält bildet den Belüftungsraum 47.

Der an die Leitung 23 angeschlossene Einlaß E des Bioreaktors 22 befindet sich an der den Beruhigungs­ raum 43 begrenzenden Stirnwand des Wasserbehälters 24. Von dem Einlaß E führt ein Einlaßrohr 50 bis in die Nähe das gegenüberliegenden Endes des Wasserbehäl­ ters in den Ansaugbereich der Antriebsvorrichtung 25. Der an die Leitung 21 angeschlossene Ausgang A des Bioreaktors befindet sich am Beruhigungsraum 43. Der Austritt der Schlammablaufrinne 36a befindet sich an der Längsseite des Bioreaktors.

Quer durch den Wachstumsraum 35 erstreckt sich ein horizontales Rohr 51, das axial zu der Leitvorrichtung 28 verläuft und einen Teilstrahl 52 aufnimmt, welcher den Wachstumsraum 35 wirkungsmäßig umgeht. Das Rohr 51 führt auch durch den Beruhigungsraum 43 hin­ durch und ist außerhalb des Behälters 24 an eine Nähr­ stoff-Abgabevorrichtung 53 in Form einer Nährstoffpa­ trone angeschlossen. Von der Nährstoffpatrone 53 führt eine Rücklaufleitung 54 in die Einlaßleitung 50. Der Teil­ strom 52 durchströmt also die Nährstoff-Abgabevor­ richtung 53 und vermischt sich nach Anreicherung mit Nährstoff mit dem zulaufenden Wasser.

Beim Betrieb pumpt die Pumpe 23a mechanisch ge­ reinigtes Brauchwasser aus dem letzten Reservoirbe­ hälter 13 zum Einlaß E des Bioreaktors 21. Das Wasser wird mit Nährstoff angereichert und dem Belüftungs­ raum 47 zugeführt. Durch den Antrieb des Propellers 26a entsteht im Belüftungsraum 47 ein intensives äuße­ res Verwirbeln und Strudeln des Wassers mit einer kon­ zentrierten zykloiden zentripetalen Strömung. In der Leitvorrichtung 28 wird ein Teil dieser Strömung zu­ sätzlich mit Luft angereichert. Ferner wird ein Teilstrom der in die Leitvorrichtung 28 gelangten Strömung quer durch den Wachstumsraum 35 hindurchgedrückt und ein weiterer Teilstrom 52 der Wildströmung wird durch das Rohr 51 zur Nährstoff-Abgabevorrichtung 53 ge­ führt um danach in den Belüftungsraum 47 zurückgelei­ tet zu werden. Durch die Wirkung der Antriebsvorrich­ tung 25 wird der Wasserstand in dem Wachstumsraum 35 und dem Beruhigungsraum 43 auf den Pegel 30a angehoben, der höher ist als der Pegel 30 im Belüftungs­ raum 47. Je nach Wasserzugabe aus dem Reservoir läuft das Wasser durch den als Überlauf des Beruhigungsrau­ mes 43 ausgebildeten Auslaß A zum ersten Reservoir­ behälter 11. Dabei werden Mikroben mitgenommen, die in dem Reservoirbehälter 11 Kohlenwasserstoffe und andere biologisch abbaubare Stoffe verzehren. Die Nährstoff-Abgabevorrichtung 53 ist außen am Wasser­ behälter 24 angebracht und kann daher leicht ausge­ wechselt werden. Sie sorgt für einen ausreichenden Ge­ halt des Wassers an Stickstoff- und Phosphatverbindun­ gen sowie Nitrit und Nitrat.

Der Wasserkreislauf 20 kann durch Einschalten der Antriebsvorrichtung 25 bei Bedarf eingeschaltet wer­ den. Diese kann sowohl kontinuierlich laufen, als auch im Intervallbetrieb.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 4 entspricht weit­ gehend dem ersten Ausführungsbeispiel, so daß auf die zugehörige Beschreibung verwiesen werden kann. Nachfolgend werden die Unterschiede erläutert.

Gemäß Fig. 4 ist die von dem Reservoir kommende Leitung 23 an einen Hydrozyklon 57 angeschlossen, der eine Feinstpartikelabtrennung vornimmt. Das dort von Partikeln gereinigte Brauchwasser fließt durch die Lei­ tung 58 in ein Speicherbecken 59. Das mit Schmutzstof­ fen angereicherte Wasser tritt aus dem unteren Auslaß 60 des Hydrozyklons 57 aus und wird über eine Leitung 61 der zum Reservoir 10 zurückführenden Leitung 21 zugeführt. Am Einlaß des Reservoirs 21 befindet sich in der Regel ein Schlammfang, der den sich absetzenden Schlamm aus dem Hydrozyklon 57 zusammen mit ande­ rem Schlamm aufnimmt Alternativ kann das Schmutz­ wasser vom Auslaß 60 auch in den Wasserbehälter 24, z. B. in den Belüftungsraum 47, eingeleitet werden.

An das Speicherbecken 59 ist eine Druckpumpe 62 angeschlossen, die das gereinigte Brauchwasser unmit­ telbar der Wasseranwendungsvorrichtung 16 (Fig. 1) zuführt. Vom oberen Bereich des Speicherbeckens 59 führt ein Überlauf 63 in den Belüftungsraum 47. Daher wird dasjenige gereinigte Brauchwasser, das vom Spei­ cherbecken 59 nicht aufgenommen werden kann, in den Belüftungsraum geleitet.

Bei dem System von Fig. 4 wird ein Teil des Brauch­ wassers, das den Kreislauf 20 durchläuft nicht dem Bio­ reaktor 22 zugeführt, sondern von dem Hydrozyklon 57 in das Speicherbecken 59 geleitet. In dem Bioreaktor 22 werden jedoch Mikroben bereitgehalten, die durch das Umlaufsystem in das Reservoir 10 gelangen. Dadurch gelangen auch Mikroben von dem Reservoir in das Speicherbecken 59.

Claims (14)

1. Brauchwasser-Umlaufanlage mit einem eine Wasseranwendungsvorrichtung (16) speisenden Reservoir (10), an das ein einen Bioreaktor (22) ent­ haltender Kreislauf (20) angeschlossen ist, wobei der Bioreaktor in Strömungsrichtung hintereinan­ der einen Belüftungsraum (47) und einen Wachs­ tumsraum (35) mit einer das Ansetzen von Mikro­ ben begünstigenden Füllung (40) aufweist.

2. Brauchwasser-Umlaufanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Bioreaktor (22) eine in einem Wasserbehälter (24) angeordnete, ei­ nen Wasserstrahl unterhalb der Wasseroberfläche erzeugende Antriebsvorrichtung (25) aufweist und daß in Strömungsrichtung hinter der Antriebsvor­ richtung (25) eine Leitvorrichtung (28) angeordnet ist die einen ersten Teilstrahl (52) des Wasser­ strahls (27) zu einer Nährstoff-Abgabevorrichtung (53) leitet, von der eine Rücklaufleitung (24) in den Wasserbehälter (24) zurückführt und die einen zweiten Teilstrahl des Wasserstrahls (27) durch ei­ nen Wachstumsraum (35) leitet.

3. Brauchwasser-Umlaufanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß in Strömungs­ richtung hinter dem Wachstumsraum (35) ein zu dem Reservoir (10) zurückführender Auslaß (A) vorgesehen ist.

4. Brauchwasser-Umlaufanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß der Wasserbe­ hälter (24) ein Einlaßrohr (50) aufweist das im An­ saugbereich des Propellers (26) endet und daß die Rücklaufleitung (54) hinter der Nährstoff-Abgabe­ vorrichtung (53) in das Einlaßrohr (50) mündet

5. Brauchwasser-Umlaufanlage nach einem der An­ sprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtung (28) nach Art einer Schlitzdüse ausgebildet ist und einen horizontalen Auslaß­ schlitz (34) aufweist, der in den Wachstumsraum (35) mündet

6. Brauchwasser-Umlaufanlage nach einem der An­ sprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtung (28) an ein Luftansaugrohr (32) an­ geschlossen ist.

7. Brauchwasser-Umlaufanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wachstumsraum (35) und dem Auslaß (A) ein Beru­ higungsraum (43) angeordnet ist der unterhalb des Bodenniveaus des Wachstumsraums (35) einen Schlammfang (44) aufweist.

8. Brauchwasser-Umlaufanlage nach einem der An­ sprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet daß in Bo­ dennähe des Wachstumsraumes (35) eine Belüf­ tungsvorrichtung (42) vorgesehen ist.

9. Brauchwasser-Umlaufanlage nach einem der An­ sprüche 2-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (36, 37) des Wachstumsraums (35) in Höhe der Leitvorrichtung (28) mit Durchlässen (38, 39) versehen ist daß die Wand (37) gegenüber der Wand (36) etwas höher ist und im übrigen im we­ sentlichen undurchlässig sind.

10. Brauchwasser-Umlaufanlage nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet daß an dem Bioreaktor (22) eine mechanische Reinigungs­ vorrichtung (57) angeordnet ist deren Reinwasser-Aus­ laß (58) in ein Speicherbecken (59) führt.

11. Brauchwasser-Umlaufanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß an das Speicherbec­ ken (59) eine Druckpumpe (62) angeschlossen ist, die das Brauchwasser zu der Wasseranwendungs­ vorrichtung (16) pumpt.

12. Brauchwasser-Umlaufanlage nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überlauf (63) des Speicherbeckens (59) in den Belüftungs­ raum (47) mündet.

13. Brauchwasser-Umlaufanlage nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet daß an einer Überlaufwand (36) des Wachstumsraumes (35) eine Schlammablaufrinne (36) vorgesehen ist.

14. Brauchwasser-Umlaufanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet daß die Überlaufwand (36) weniger hoch ist als die gegenüberliegende Wand (37) des Wachstumsraumes (35).