DE19641681A1 - Verfahren zur Abwasserreinigung in Kleinkläranlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abwasserreinigung in Kleinkläranlagen, insbesondere unter Nutzung vorhandener Kleinkläranlagen mit zwei oder mehreren Kammern.

Verfahren zur Abwasserreinigung in Kleinkläranlagen sind bekannt und werden vor allem in ländlichen Gebieten mit klei­ nen Siedlungen, die aufgrund der anfallenden geringen Mengen und der zu großen Entfernungen nicht an eine große zentrale Abwasserreinigungsanlage angeschlossen werden können, noch weithin genutzt. Dabei wird das Abwasser in der Regel einer Mehrkammergrube zugeführt. In deren erster Kammer werden ungelöste feste Stoffe mechanisch abgeschieden. Schwerere feste Stoffe setzen sich am Boden ab, während schwimmfähige Stoffe an der Oberfläche z. B. durch Tauchwände zurückge­ halten werden.

In der ersten, der sogenannten Einlaufkammer, sowie in den weiteren Kammern, meist handelt es sich um sogenannte Drei­ kammergruben, werden dann die abgesetzten oder gelösten orga­ nischen Stoffe zum Teil anaerob abgebaut. Das in dieser Weise vorgereinigte Abwasser wird schließlich z. B. in vorhandene Gewässer oder in öffentliche Entwässerungsanlagen eingeleitet oder z. B. über Sickerschächte dem Boden zugeführt. Die me­ chanisch abgeschiedenen Feststoffe werden der ersten Kammer in regelmäßigen Zeitabständen entnommen, abgefahren und z. B. in einer biologischen Großkläranlage weiterbehandelt. Diese noch weithin in Gebrauch befindlichen Anlagen haben den Nach­ teil, daß infolge ungenügenden biologischen Abbaues der Inhaltsstoffe nicht ausreichend vorgeklärte Abwässer in Gewässer gelangen und diese belasten. Weiterhin führen diese Gruben aufgrund der anaeroben Abbauprozesse oft zu unangeneh­ men Geruchsbelästigungen, und die regelmäßige Abfuhr und Wei­ terbehandlung der abgesetzten Dickstoffe ist aufwendig und teuer.

Es hat deshalb bereits Versuche gegeben, die beschriebene Situation zu verbessern. So wird in der DE-38 37 852 C2 eine Kleinkläranlage mit einer Mehrkammergrube beschrieben, in der durch Umbau vorhandener Gruben, eine oder mehrere Zwischen­ kammern vorgesehen werden, in denen durch Anordnung von Belüftungseinrichtungen und Festbetten ein weitgehend aerober Abbau der organischen Belastungsstoffe des Abwassers statt­ finden kann. Über ein Gebläse wird Luft angesaugt und nahe am Grund der Zwischenkammer in das Abwasser eingepreßt. Oberhalb der Lufteintrittsöffnungen befinden sich die Festbetten, die der verstärkten Besiedlung mit Mikroorganismen dienen. Zur weiteren Verstärkung des biologischen Abbaues kann in der Zwischenkammer noch ein zusätzliches Rührwerk vorgesehen wer­ den.

Die in der beschriebenen Weise veränderten Kleinkläranlagen verbessern die bekannten Abbauvorgänge insofern, daß sie infolge des weitgehend aeroben Abbaues der organischen Inhaltsstoffe des Abwassers in der bzw. den Zwischenkammer(n) für einen höheren Abbaugrad sorgen und die Belastungen der Gewässer und des Bodens, in welche die in dieser Weise vor­ gereinigten Abwässer eingeleitet werden, herabgesetzt werden. Nachteilig ist bei diesen Klärverfahren, daß die im Abwasser enthaltenen festen Bestandteile, die sich in der Einlauf­ kammer sammeln, nach wie vor lediglich einem anaeroben Abbau­ prozeß unterworfen sind, und daß die von dieser Kammer aus­ gehenden Geruchsbelästigungen fortbestehen. Auch müssen die sich ansammelnden Dickstoffe in gleicher Weise wie bisher regelmäßig abgefahren und z. B. in einer Großkläranlage wei­ terbehandelt werden. Hauptnachteil dieses Verfahrens ist je­ doch der erforderliche Umbau der vorhandenen Gruben durch Er­ richtung von Zwischenwänden und ein relativ hoher apparativer Aufwand, der gleichzeitig einen hohen Energieaufwand er­ fordert.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Ab­ wasserreinigung in Kleinkläranlagen zu entwickeln, welches einen effektiven aeroben Abbau der organischen Belastungs­ stoffe ermöglicht, bei welchem vorhandene Kleinkläranlagen ohne oder mit nur geringen Umbaumaßnahmen genutzt werden kön­ nen, und bei dem der apparative Aufwand sowie der Energie­ aufwand gegenüber bekannten Verfahren deutlich vermindert wird.

Die Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Kennzeichen der Unteransprüche 2 bis 7.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispieles in Verbindung mit den Zeichnungen nach den Fig. 1 bis 3 näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt schematisch den Verfahrensablauf anhand einer Klärgrube mit zwei Kammern.

In Fig. 2 ist die zweckmäßige Anordnung der für das Verfah­ ren notwendigen Ausrüstung in einer Dreikammer-Klärgrube dar­ gestellt.

Fig. 3 zeigt das Fließschema des erfindungsgemäßen Verfah­ rensablaufes.

Fig. 1 ist, wie erwähnt, zunächst der erfindungsgemäße Ver­ fahrensablauf anhand einer Klärgrube mit zwei Kammern darge­ stellt. In einem Gebäude G anfallendes Abwasser A wird durch einen Zulauf Z einer ersten Kammer 1 einer Kleinkläranlage zugeführt. In der ersten Kammer 1 setzen sich in bekannter Weise die schwereren Feststoffe F ab. Bei Erreichen des Niveaus der Öffnungen Ö fließt der flüssige Teil des Ab­ wassers in die zweite Kammer 2 der Kleinkläranlage hinüber. In dieser zweiten Kammer 2 sind Aufwuchskörper 3 angeordnet, die mit Bakterien besiedelt sind, welche unter Sauerstoff­ zuführung zunächst die organische Schmutzfracht (CSV) und bei fortgeschrittenem CSV-Abbau auch das vorhandene Ammonium abbauen (Nitration). Die Nitration ist abhängig von der Ab­ nahme der CSV-Konzentration, von der Sauerstoffkonzentration und von der Temperatur. Der zum aeroben Abbau notwendige Sauerstoff wird eingetragen, indem zum einem für ein ungehin­ dertes Strömen von Luft über die Klärgrube von der Ent­ lüftungsöffnung E des Gebäudes G bis zur Auslauföffnung 6 der Klärgrube Sorge getragen wird, d. h., Luft steigt vom Auslauf der Anlage 6 zum Dach des Gebäudes G nach oben. Der eigent­ liche Eintrag des Luftsauerstoffes erfolgt mittels der beiden ersten und zweiten Pumpeinrichtungen 4 und 7. Der Eingang der ersten Pumpeinrichtung 4 befindet sich in der ersten Kammer 1 an einer Stelle unterhalb eines oberen Schichtbereiches 5 des ungereinigten flüssigen Teiles L des Abwassers A. Die erste Pumpeinrichtung 4 befördert dieses zu einer Stelle oberhalb der Aufwuchskörper 3 in der zweiten Kammer 2, und läßt dieses durch die Luft frei fallend in die Aufwuchskörper 3 einströ­ men. Die zweite Pumpeinrichtung 7 ist nahe dem Grund der zweiten Kammer 2 angeordnet und befördert gereinigtes, mit den von Aufwuchskörpern abgefallenem Biorasen ebenfalls zu einer Stelle oberhalb der Aufwuchskörper 3 in der zweiten Kammer 2, so daß hierbei durch den freien Fall der vom Aus­ gang der Umwälzpumpe 7 ausströmenden Flüssigkeit Luftsauer­ stoff eingetragen wird. Gleichzeitig strömt infolge des Ab­ saugens von Abwasser mittels der Pumpeinrichtung 4 von einer Stelle unterhalb eines oberen Schichtbereiches 5 aus der Kam­ mer 1 ausgezehrtes, gereinigtes, mit Sauerstoff angereicher­ tes Wasser W aus der Kammer 2 durch die durch die Öffnung Ö in der zwischen den Kammern 1 und 2 vorhandene Trennwand in die Kammer 1 zurück.

Bei Weiterverwendung von vorhandenen Zwei- und Mehrkammer­ gruben müssen diese Öffnungen Ö nachgerüstet werden. Vorteil­ haft sind die Auslässe der Öffnung Ö auf der Seite der Kammer 1 nach oben gerichtet, um eine Querströmung in der Kammer 1 zu vermeiden. Dadurch werden die am Boden der Kammer 1 abge­ setzten Feststoffe F und ein unterer Bereich des flüssigen Teiles des Abwassers A von ausgezehrtem, gereinigtem, sauer­ stoffhaltigem Wasser W überlagert. Dies führt in erster Linie dazu, daß Geruchsbelästigungen aus den überlagerten Schichten heraus vermieden werden. Andererseits findet jedoch auch in diesem unteren Bereich eine Sauerstoffanreicherung statt, so daß auch hier z. T. ein aerober Abbau der Schmutzfracht er­ folgt, weil die eingetragene organische Last mit ausgezehrtem und gereinigtem Abwasser verdünnt wird.

In Fig. 2 ist die Umrüstung einer Dreikammergrube in Drauf­ sicht und in einer seitlichen Schnittansicht A-A dargestellt. Vor allem derartige Dreikammergruben sind in ländlichen Ge­ bieten noch weithin im Einsatz. Bei solchen Dreikammergruben dient die Kammer 1 beim erfindungsgemäßen Verfahren nach wie vor als Absetzbecken zur Absetzung der schwereren Feststoffe. Zwischen den beiden übrigen Kammern kann die Trennwand T ab­ gebrochen werden, so daß eine große Kammer 2 gebildet wird. Wird die Trennwand T nicht abgebrochen, wirken die bisherigen beiden Kammern als gemeinsame Kammer 2. Die auf die eine oder andere Art gebildete Kammer 2 wird in der oben beschriebenen Weise mit Aufwuchskörpern ausgestattet. Die Führung des Ab­ wasserstromes erfolgt prinzipiell in der gleichen Weise, wie dies anhand der Fig. 1 bereits beschrieben wurde.

Über den Zulauf Z wird das zu reinigende Abwasser in die Kam­ mer 1 eingetragen. Die Pumpeinrichtung 4 saugt den flüssigen Teil L des Abwassers A von einer Stelle unterhalb eines obe­ ren Schichtbereiches 5 (siehe hierzu Fig. 1) und befördert dieses zu einer Stelle oberhalb der Aufwuchskörper 3 in der zweiten Kammer 2 und läßt dieses durch die Luft frei fallend in die Aufwuchskörper 3 einströmen. Bei dem freifallenden Einströmen findet eine Sauerstoffanreicherung des Abwassers statt, so daß in den Aufwuchskörpern 3 ein aerober Abbau der organischen Schmutzfracht (CSV) und auch ein Ammoniumabbau (Nitration) stattfinden kann. Der in Kammer 2 abfallende Bio­ rasen wird durch die zweite Pumpeinrichtung 7, die in der Kammer 2 nahe dem Grunde angeordnet ist, angesaugt und eben­ falls in die Kammer 2, oberhalb der Aufwuchskörper 3 frei fallend wieder eingebracht, so daß ein weiterer CSV-Abbau, eine weitere Nitration und ein aerober Abbau des sich bilden­ den Schlammes erfolgt. Durch die nachgerüstete Öffnung Ö strömt, wie schon anhand der Fig. 1 erläutert, infolge der Funktion der Pumpeinrichtung 4, d. h. des Absaugens von ungereinigtem Abwasser aus Kammer 1, ausgezehrtes, gereinig­ tes Abwasser aus Kammer 2 in Kammer 1 zurück und überlagert die abgesetzten Feststoffe F und den unteren Bereich des flüssigen Teiles des Abwassers A. Durch diese Überlagerung werden Geruchsbelästigungen aus den überlagerten Schichten heraus vermieden, bzw. der überlagerte Bereich wird ebenfalls mit Sauerstoff angereichert, so daß auch hier z. T. ein aero­ ber Abbau der Schmutzfracht stattfinden kann. Gleichzeitig wird durch den unterbrochenen Betrieb der Pumpeinrichtungen dafür gesorgt, daß der Sauerstoffgehalt der flüssigen Schicht und der des ausgezehrten Abwassers zeitweise abnimmt und da­ durch entstandene Nitrationen denitrifiziert werden.

Fig. 3 zeigt schließlich den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Fließschemas.

Das in Fig. 3 dargestellt Fließschema macht das Grundprinzip des Verfahrens deutlich: Nach dem Zulauf Z des Abwassers kann dieses in Kammer 1 die schwereren festen Bestandteile ab­ setzen. Eine erste Pumpeinrichtung 4 bringt von festen Be­ standteilen weitgehend befreites, jedoch ansonsten unge­ reinigtes Abwasser in Kammer 2, in welcher die Aufwuchskörper 3 angeordnet sind, die von Bakterien besiedelt sind. Die erste Pumpeinrichtung 4 läßt das Abwasser durch die Luft frei fallend oberhalb der Aufwuchskörper 3 in die Kammer 2 ein­ strömen. Dadurch wird das Abwasser mit Luftsauerstoff ange­ reichert, der den bakteriellen Abbau der organischen Schmutz­ fracht (CSV) und eine Nitration ermöglicht. Durch das Ab­ saugen von Abwasser mittels der Pumpeinrichtung 4 aus Kammer 1 fließt ausgezehrtes, gereinigtes Abwasser aus Kammer 2 durch die Öffnung Ö zurück in den oberen Bereich von Kammer 1 und überlagert den unteren Bereich der Kammer 1, d. h. die dort abgelagerten festen schwereren Stoffe und den unteren Teil des dort befindlichen flüssigen Abwassers. Diese Über­ lagerung verhindert, daß Geruchsbelästigungen aus Kammer 1 austreten, und sorgt außerdem für einen teilweisen aeroben Abbau der dort lagernden festen Bestandteile, gleichzeitig wird bei unterbrochenem Betrieb der Pumpeinrichtungen gebil­ detes Nitrat denitrifiziert. Die Pumpeinrichtung 7 führt Ab­ wasser und von den Aufwuchskörpern 3 abgefallenen Biorasen vom Grunde der Kammer 2 erneut auf die Oberseite der Auf­ wuchskörper 3, was zu einem weiteren Sauerstoffeintrag als auch zu weiterem Abbau der organischen Inhaltsstoffe des Ab­ wassers führt. Der gereinigte Überschuß des Abwassers fließt durch den Ablauf 6 und wird in Gewässer oder in den Boden eingeleitet.

Der in Kammer 1 verbleibende Restschlamm wird in großen Zeit­ abständen (z. B. einmal jährlich) entnommen und abtranspor­ tiert.

Claims (7)

1. Verfahren zur Abwasserreinigung in Kleinkläranlagen mit mindestens zwei Kammern (1, 2), bei dem Abwasser (A) in die erste Kammer (1) eingeleitet wird, in welcher sich schwerere Feststoffe (F) auf dem Boden absetzen und ein flüssiger Teil (L) des Abwassers in die weitere Kammer (2) weitergeleitet wird, in welcher Aufwuchskörper (3) zur Besiedelung mit Bakterien angeordnet sind und ein aerober Abbau der noch vorhandenen Inhaltsstoffe des Abwassers stattfindet und ein ausgezehrter, gereinigter Wasserkörper (W) entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß durch Absaugen des flüssigen Teiles (L) des Abwassers (A) mittels einer ersten Pumpeinrichtung (4) von einer Stelle eines oberen Schichtbereiches (5) in der ersten Kammer (1) zu einer Stelle oberhalb der Aufwuchskörper (3) in einer folgenden Kammer (2) ein Teil des ausge­ zehrten, gereinigten Wasserkörpers (W) durch eine oder mehrere Öffnung(en) (Ö) in den oberen Bereich der ersten Kammer (1) zurückströmt, wodurch der untere, flüssige nur teilweise aerobe Bereich (L) des Abwassers (A) von dem aeroben oberen Schichtbereich (5) über­ schichtet und der darunter befindliche Bereich mit aus­ gezehrtem, gereinigtem Wasser verdünnt wird; daß der von den Aufwuchskörpern (3) abfallende Biorasen durch Absaugen der unter den Aufwuchskörpern (3) vorhandenen Wasserschicht den Aufwuchskörpern (3) mittels einer zweiten Pumpeinrichtung (7) von deren Oberseite und von außerhalb der stehenden Flüssigkeit wieder zugeleitet wird, wobei der Betrieb der Pumpeinrichtungen (4, 7) programmgesteuert mit Unterbrechungen erfolgt und bei unterbrochenem Betrieb der Sauerstoffgehalt der flüssi­ gen Schicht und der des ausgezehrten Wasserkörpers ab­ nimmt und entstandene Nitrationen denitrifiziert wer­ den; daß der jeweils überschüssige Teil des ausgezehr­ ten gereinigten Wasserkörpers (W) durch den im oberen Bereich der zweiten Kammer (2) angeordneten Auslauf (6) ausgeleitet wird; und daß aerob oder anaerob nicht weiter abbaubare Feststoffe (F) aus der ersten Kammer (1) entnommen und abtransportiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpeinrichtungen (4, 7) die Flüssigkeiten oberhalb der Kammer(n) (2) auslassen und die geförderte Flüssig­ keit im Freistrahl in die in der (den) zweiten Kam­ mer(n) (2) befindliche Flüssigkeit eintritt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der programmgesteuert unterbrochene Be­ trieb der Pumpeinrichtungen (4, 7) durch Zeitsteuerung erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der programmgesteuert unterbrochene Be­ trieb der Pumpeinrichtungen (4, 7) in Abhängigkeit der Sauerstoffkonzentration des flüssigen Teils (L) er­ folgt.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpen der Flüssigkeiten mittels Tauchmotorpumpen erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchmotorpumpen (4, 7) elektrisch angetrieben wer­ den und teilweise oder ausschließlich mit Solarenergie betrieben werden.

7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ausgezehrte Wasser beim Zurückströmen in die erste Kammer (1) durch nach oben gerichtete Anordnung der Öffnungen (Ö) oder durch Prallplatten die schwereren festen Stoffe und die umgebenden Flüssigkeiten in der ersten Kammer (1) ohne Querströmung überschichtet.