DE19630831A1

DE19630831A1 - Horizontal und vertikal druchströmte Pflanzenkläranlage

Info

Publication number: DE19630831A1
Application number: DE1996130831
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl Ing Dernbach
Original assignee: DERNBACH HEINRICH GmbH
Current assignee: FIRMA HEINRICH DERNBACH INH.BERNHARD DERNBACH E. K
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1996-07-31
Publication date: 1998-02-05
Anticipated expiration: 2016-08-01
Also published as: DE19630831C2

Description

Die Erfindung betrifft eine horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage bestehend aus ein und/oder mehreren abgedichteten Becken, die jeweils in eine Eingangskammer, mehreren Pflanzenkammern und eine Ausgangskammer aufgeteilt sind.

Stand der Technik

Alle biologischen Verfahren zur Abwasserreinigung, wie Belebungsanlage, Tropfkörper oder Pflanzenkläranlage, beruhen auf dem Prinzip, daß die Schmutzstoffe von Mikroorganismen unter Verbrauch von Sauerstoff in Biomasse umgewandelt werden. Zugleich werden aus dem Stoffwechsel Wasser, Kohlendioxid und elementarer Stickstoff in die Umgebung abgegeben. Der Unterschied liegt in der Art, wie die Mikroorganismen in dem jeweiligen System sich verteilen. In Belebungsanlagen schließen sich die Bakterien in Flocken zusammen, die bei der intensiven Belüftung durch das Schmutzwasser gewirbelt werden. Beim Tropfkörper wachsen sie als Schleim auf einer Schüttung über die das Schmutzwasser läuft und dabei mit Sauerstoff versorgt wird. Bei einer Pflanzenkläranlage siedeln sich die Bakterien auf den Pflanzenteilen, insbesondere an den Wurzeln an und die Pflanzen sorgen für den notwendigen Sauerstoff. Biomasse wird hier im wesentlichen als Pflanzenmaterial gebildet, wohingegen bei den anderen Verfahren Biomasse aus Bakterien als Zusatzschlamm gebildet wird.

In der Vergangenheit wurden bereits verschiedene Typen von Pflanzenkläranlagen entwickelt. Das Krefelder System, von K. Seidel geschaffen, wurde in verschiedenen Ländern patentiert und später zum Mettmanner System weiterentwickelt. Ein anderes System ist die Wurzelraumentsorgung nach Kickuth, bei der ein bindiger Boden vorausgesetzt wird, da nur mit Hilfe einer hohen Bakteriendichte Fixierung des Phosphats und bakterielle Denitrifikation möglich sei. Viele nach diesem Konzept gebaute Anlagen waren hydraulisch so dicht, daß das Abwasser ohne jegliche Reinigung über die Schilfbeete abfloß.

Das Krefelder System ist durch mehrere Stufen gekennzeichnet, die in bestimmter Reihenfolge durchflossen werden. In jedem der Becken entwickeln sich charakteristische Lebensgemeinschaften von Pflanzen und Mikroorganismen. Füllmaterial, in das die Pflanzen eingepflanzt sind, ist lockerer Boden, Sand und Kies. Pflanzen sind hauptsächlich Schilf und Binsen. Auf dem Boden sind Dränagerohre zur Bodenbelüftung eingelegt.

Das Mettmanner System ist durch ein Becken mit einem grobkiesigem Boden und Aufteilung mittels dammähnlicher Schüttungen in mehrere Sektionen gekennzeichnet.

Es wurde auch bereits beim System "Friedrich-Krupp-Abwasserreinigung" versucht, Helophyten, die schwimmend an geeigneten Trägern befestigt waren, zur Abwasserreinigung einzusetzen, Trotz guter Anfangserfolge wurde dieses System nicht weiter verfolgt, weil das Wurzelwachstum der Teichbinsen sich nur schwach entwickelte. (Althaus, H. Gas- und Wasserfach 1966, 18, 486-488).

Ein anderes System, bei dem nicht Abwasser , sondern in einem Wasserkreislauf Sporen pathogener Pilze durch Reposisitionspflanzen abgefangen werden sollen, beschreibt H.H. Witt im Taspo-Magazin 9/91.

Nachteile der bisher bekannten Systeme von Pflanzenkläranlagen sind ihr relativ großer Platzbedarf (5 bis 10 m²/EW), eine geringe Flexiblität zur Anpassung an veränderte Rahmenbedingungen, und die fehlende Regelungsmöglichkeit bei größeren Mengenänderungen. Pflegearbeiten bedeuten bei den bekannten Systemen immer wieder einen erheblichen Arbeitsaufwand.

Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, eine horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage zu finden, bestehend aus ein und/oder mehreren abgedichteten Becken, die jeweils in eine Eingangskammer, mehreren Pflanzenkammern und eine Ausgangskammer aufgeteilt sind, die die beschriebenen Nachteile vermeidet und darüber hinaus weitere vorteilhafte Eigenschaften aufweist. Gelöst wird diese Aufgabe durch eine gattungsgemäße horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage , welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die Eingangs (3)- und Ausgangskammer (4) ohne Bepflanzung sind und die Ausgangskammer einen zur Anstauung des Wasserspiegels geeigneten hydrostatischen Auslaufregler (5) enthält und in der oder den Kammer(n) (1) Pflanzen (6) eingesetzt sind.

In einer Ausführungsform der Neuerung sind mehrere Kammern (1) durch eingeschobene, abwechselnd im Bodenbereich einen Durchgang offenhaltende und den Durchgang sperrende Platten (2) gebildet. Hier wird eine gewisse horizontaler als auch in vertikaler Richtung statt, wodurch die Rückvermischung in engen Grenzen bleibt.

Vorzugsweise ist für das oben in die Eingangskammer zu laufende Abwasser ein Sieb (7) vorgesehen. Durch dieses Sieb werden Grobteile, die aus einer Sammeleinrichtung bis zur Eingangskammer gefördert wurden, zurückgehalten.

Eine andere Ausführung der Neuerung sieht vor, daß die Eingangskammer als Vertikalfilter für zulaufende Abwasser mit Sand und/oder Kies gefüllt ist. Durch die Oberflächenvergrößerung des Abwasserstromes wird eine gute Belüftung im Eingangsbereich erzielt, die Geruchsbildungen gerade im Zulauf entgegenwirkt. Diese Belüftung kann noch dadurch verstärkt werden, daß erfindungsgemäß in der mit Sand und/oder Kies gefüllten Eingangskammer ein oder mehrere Belüftungsrohre angeordnet sind.

Grobstoffe können von vornherein dadurch vermieden werden, daß für das in die Eingangskammer zulaufende Abwasser eine Zerkleinerungspumpe (8) vorgesehen ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der Neuerung ist die Zerkleinerungspumpe (8) am Boden der Eingangskammer angeordnet. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Neuerung ist die Zerkleinerungspumpe (8) vor der Eingangskammer angeordnet.

In der horizontal und vertikal durchströmten Pflanzenkläranlage gemäß der Neuerung können die Pflanzen in herkömmlicher Weise in einem möglichst lockerem Substrat eingesetzt sein, beispielsweise einem Blähton, Kies oder ähnlichen Materialien. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Neuerung sind die Pflanzen (6) in den Kammern jedoch ohne Substrat gehalten.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Neuerung sind dabei die in den Kammern substratlos gehaltenen Pflanzen (6) in einer verrottbaren Halteschicht (9) angeordnet. Das hat den Vorteil, daß bei Pflege- oder Erneuerungsarbeiten die Pflanzenmasse gemeinsam mit der verrottbaren Halteschicht entfernt und kompostiert werden kann. Vorzugsweise ist die verrottbare Halteschicht (9) ein Netz , Gewebe, Gewirke, und/oder Nonwovens aus Pflanzenfasern, wobei als Pflanzenfasern cellulosische Fasern, insbesondere Kokosfasern, Sisalfasern und/oder Zellwollfasern besonders geeignet sind.

Für die erfindungsgemäße horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage sind speziell substratarm und/oder substratlos gezogene Pflanzenarten besonders bevorzugt. Solche speziell substratarm und/oder substratlos gezogene Pflanzenarten sind die erfindungsgemäß vorteilhaft einsetzbaren Repositions-Pflanzen, (z. B. Flor-Rekult-Logatainer® mit Flachkeilballen), die mit ihren Wurzeln leicht ein dreidimensionales Geflecht ausbilden.

Bei horizontal und vertikal durchströmten Pflanzenkläranlagen ist es unter bestimmten Umständen je nach Belastung der Anlage erforderlich, den Wasserspiegel anzustauen. Dazu dient erfindungsgemäß ein hydrostatischer Auslaufregler in der Ausgangskammer der Pflanzenkläranlage. In einer Ausführungsform A der Neuerung besteht der zur Anstauung des Wasserspiegels in gewünschter Höhe geeignete hydrostatische Auslaufregler (5) aus einem mit bis an den Boden reichenden Schenkeln, oben geschlossenen U-Rohres (10), wobei der eine Schenkel eine drosselbare Ausflußöffnung (11) hat und zwischen Ausflußöffnung und Bodenende (12) einen deutlich verringerten Querschnitt gegenüber dem Querschnitt des übrigen U-Rohres (10) aufweist (Fig. 2).

Die Funktion dieses hydrostatischen Auslaufreglers der Ausführungsform A besteht darin, daß durch die drosselbare Ausflußöffnung ein konstanter Wasserstrom, der durch den Querschnitt am Bodenende vorgegeben ist, aus der Pflanzenkläranlage ausfließt. Solange der Zufluß in die Pflanzenkläranlage kleiner oder gleich diesem ausfließenden Wasserstrom ist, bleibt der Wasserspiegel in Höhe der Ausflußöffnung. Wird die Zuflußmenge in die Pflanzenkläranlage größer steigt der Wasserspiegel bis maximal zum Scheitelpunkt des U-Rohres an. Durch die Heberwirkung fließt dann zusätzliches Wasser durch die Ausflußöffnung aus, wobei diese Menge gedrosselt werden kann, um den Wasserspiegel oberhalb der drosselbaren Ausflußöffnung einzuregeln.

In einer anderen Ausführungsform B der Neuerung besteht der zur Anstauung des Wasserspiegels in gewünschter Höhe geeignete hydrostatische Auslaufregler (5) aus einem Steigrohr (13) mit einem geringem Querschnitt im unteren Teil und einem weiten Querschnitt im oberen Teil des Steigrohres und einer Ausflußöffnung (14) am Übergang vom engen auf den weiten Querschnitt. (Fig. 3).

Die Funktion dieses hydrostatischen Auslaufreglers der Ausführungsform B besteht darin, daß durch die Ausflußöffnung ein konstanter Wasserstrom, der durch den Querschnitt im unteren Teil des Steigrohres vorgegeben ist, aus der Pflanzenkläranlage ausfließt, solange der Zufluß in die Pflanzenkläranlage kleiner oder gleich diesem ausfließenden Wasserstrom ist. Der Wasserspiegel bleibt in Höhe der Ausflußöffnung. Wird die Zuflußmenge in die Pflanzenkläranlage größer, steigt der Wasserspiegel bis maximal zum oberen Ende des Steigrohres an. Durch den Überlauf fließt dann zusätzliches Wasser durch die Ausflußöffnung aus.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform C der Neuerung, wenn das Becken nur eine Kammer (1) aufweist, besteht der zur Anstauung des Wasserspiegels in gewünschter Höhe in der Ausgangskammer (4) angeordnete hydrostatische Auslaufregler (5) aus einem mit einem Faltenbalg (15), einem Schwimmkörper (16), einer Ablaufdosierung (17) und einem Ablaufbogen (18), verbundenem Oberlaufrohr (19) und ist in Führungen (20) vertikal bewegbar, wobei der Zulauf (21) aus der Kammer (1) in die Ausgangskammer (4) am Boden der Ausgangskammer (4) angeordnet ist. Dieser Auslaufregler gestattet einen intermittierenden Betrieb der Anlage und die weitgehende geregelte Entleerung.

In besonderer Weise kann das Überlaufrohr (19) bei diesem hydrostatischen Auslaufregler (5) aus zwei jeweils mit ein oder mehreren Löchern am Umfang versehenen, zueinander verdrehbaren, ineinander gesteckten Rohrstücken bestehen, wodurch auf einfache Weise die Verweilzeit geregelt werden kann.

Schließlich ist es von Vorteil, wenn vor den Zulauf (21) aus der Kammer (1) in die Ausgangskammer (4) ein Sieb (22) angeordnet ist.

Vorzugsweise sind die Führungen (20) in einer Fixierplatte (23) befestigte Stangen und/oder Rohre.

Um beim Winterbetrieb ein Einfrieren des Auslaufwassers zu verhindern ist es günstig, daß die Führungen (20) des hydrostatischen Auslaufreglers beheizbar sind.

Bei diesem hydrostatischen Auslaufregler der Ausführungsform C befindet sich wegen der Schwimmkörper der Überlauf stets in der Höhe des Wasserspiegels, der sich bei einer bestimmten Zulaufmenge und einer bestimmten Auslaufmenge Wasser einstellt. Durch Regeln des Auslaufes bzw. Schließen des Überlaufs kann der Wasserspiegel gesenkt oder angehoben werden. Bei einem konstanten Wasserstrom bleibt im stationären Zustand der Wasserspiegel in Höhe des Überlaufrohres konstant. Da bei der bevorzugten Ausführungsform dieses hydrostatischen Auslaufregler vorgesehen ist, den Wasserfluß durch zwei mit ein oder mehreren Löchern am Umfang versehenen, zueinander verdrehbaren, ineinander gesteckten Rohrstücken zu regeln, wird dies bereits durch einfaches Verdrehen der Rohrstücke erreicht. Der Faltenbalg und die Führungen gestatten ein störungsfreies Ausrichten des Über- bzw. Einlaufes auf dem Wasserspiegel. Wenn als Führungen Rohre verwendet werden, lassen sich diese bequem als Heizkörper ausbilden, um im Winter ein Einfrieren des hydrostatischen Auslaufregler zu verhindern.

Bei der erfindungsgemäßen horizontal und vertikal durchströmten Pflanzenkläranlage ergeben sich durch die Kombination von Stauhöhe, dichtem Wurzelhorizont und angepaßter Verweilzeit geringe Ablaufwerte, insbesondere auch beim CSB (Chemischer Sauerstoffbedarf), bei deutlich verringertem Flächenverbrauch (bis zu 1 m²/EW). Außerdem eignet sich die erfindungsgemäße horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage zur Gestaltung als Baukastensystem, wobei zur Anpassung an eine bestimmte Zahl zu entsorgender Einwohner die Zahl der Becken vermehrt und parallel und/oder hintereinander angeordnet werden können.

Zeichnungsbeschreibung

Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pflanzenkläranlage, aus der die Anordnung der einzelnen Bestandteile des erfindungsgemäßen Horizontal und vertikal durchströmten Pflanzenkläranlage hervorgeht.

In Fig. 1 bedeuten: 1 die Kammer(n), 2 die Platten, 3, die Eingangskammer, 4 die Ausgangskammer, 5 den hydrostatischen Auslaufregler, 6 die Pflanzen, 7 das Sieb, 8 die Zerkleinerungspumpe, und 9 die verrottbare Halteschicht.

Fig. 2 zeigt schematisch die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Auslaufregler A.

In Fig. 2 bedeuten: 10 das U-Rohres, 11 die drosselbare Ausflußöffnung und 12 das Bodenende.

Fig. 3 zeigt schematisch die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Auslaufregler B.

In Fig. 3 bedeuten: 13 das Steigrohr mit einem geringem Querschnitt im unteren Teil und einem weiten Querschnitt im oberen Teil des Steigrohres, 14 die Ausflußöffnung am Übergang vom engen auf den weiten Querschnitt.

Fig. 4 zeigt schematisch die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Auslaufregler C.

In Fig. 4 bedeuten: 15 den Faltenbalg, 16 den Schwimmkörper, 17 die Ablaufdosierung, 18 den Ablaufbogen 19, das Überlaufrohr, 20 die Führungen, 21 den Zulauf, 22 das Sieb, und 23 die Fixierplatte.

Claims

1. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage, bestehend aus ein und/oder mehreren abgedichteten Becken, die jeweils in eine Eingangskammer, ein oder mehrere Pflanzenkammern und eine Ausgangskammer aufgeteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daß Eingangs (3)- und Ausgangskammer (4) ohne Bepflanzung sind und die Ausgangskammer einen zur Anstauung des Wasserspiegels geeigneten hydrostatischen Auslaufregler (5) enthält und in der oder den Kammer(n) (1) Pflanzen (6) eingesetzt sind.

2. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kammern (1) durch eingeschobene, abwechselnd im Bodenbereich einen Durchgang offenhaltende und den Durchgang sperrende Platten (2) gebildet sind.

3. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß für das oben in die Eingangskammer zu laufende Abwasser ein Sieb (7) vorgesehen ist.

4. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangskammer als Vertikalfilter für zulaufendes Abwasser mit Sand und/oder Kies gefüllt ist.

5. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der mit Sand und/oder Kies gefüllten Eingangskammer ein oder mehrere Belüftungsrohre angeordnet sind.

6. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für das in die Eingangskammer zulaufende Abwasser eine Zerkleinerungspumpe (8) vorgesehen ist.

7. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerkleinerungspumpe (8) am Boden der Eingangskammer angeordnet ist.

8. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerkleinerungspumpe (8) vor der Eingangskammer angeordnet ist.

9. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pflanzen (6) in den Kammern ohne Substrat gehalten sind.

10. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Kammern substratlos gehaltenen Pflanzen (6) in einer verrottbaren Halteschicht (9) angeordnet sind.

11. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die verrottbare Halteschicht (9) ein Netz, Gewebe, Gewirke, und/oder Nonwovens aus aus Pflanzenfasern ist.

12. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Pflanzenfasern cellulosische Fasern, insbesondere Kokosfasern, Sisalfasern und/oder Zellwollfasern sind.

13. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage nach einem oder mehreren der Anspruche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Pflanzen (6) speziell substratarm und/oder substratlos gezogene Pflanzenarten sind.

14. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Anstauung des Wasserspiegels in gewünschter Höhe geeignete hydrostatische Auslaufregler (5) aus einem mit bis an den Boden reichenden Schenkeln eines nach oben geschlossenen U-Rohres (10) besteht, und wobei der eine Schenkel eine drosselbare Ausflußöffnung (11) hat und zwischen Ausflußöffnung und Bodenende (12) einen deutlich verringerten Querschnitt gegenüber dem Querschnitt des übrigen U-Rohres (10) aufweist.

15. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Anstauung des Wasserspiegels in gewünschter Höhe geeignete hydrostatische Auslaufregler (5) aus einem Steigrohr (13) mit einem geringem Querschnitt im unteren Teil und einem weiten Querschnitt im oberen Teil des Steigrohres besteht und eine Ausflußöffnung (14) am Übergang vom engen auf den weiten Querschnitt aufweist.

16. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Becken nur eine Kammer (1) aufweist und der zur Anstauung des Wasserspiegels in gewünschter Höhe in der Ausgangskammer (4) angeordnete hydrostatische Auslaufregler (5) aus einem mit einem Faltenbalg (15), einem Schwimmkörper (16), einer Ablaufdosierung (17) und einem Ablaufbogen (18) verbundenem Überlaufrohr (19) besteht, und in Führungen (20) vertikal bewegbar ist und der Zulauf (21) aus der Kammer (1) in die Ausgangskammer (4) am Boden der Ausgangskammer (4) angeordnet ist.

17. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufdosierung (17) des in der Ausgangskammer (4) angeordneten hydrostatischen Auslaufreglers (5) aus zwei gegeneinander verdrehbar, ineinander angeordneten und mit ein oder mehreren Löchern am Umfang versehenen Rohrstücken besteht.

18. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Zulauf (21) aus der Kammer (1) in die Ausgangskammer (4) ein Sieb (22) angeordnet ist.

19. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungen (20) in einer Fixierplatte (23) befestigte Stangen und/oder Rohre sind.

20. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungen (20) beheizbar sind.