DE19736531A1 - Biologische Kläranlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine biologische Kläranlage mit bevorzugt einem Pumpwerk, in dem das zufließende Abwasser gesammelt wird und in dem wenigstens eine Tauchmotorpumpe angeordnet ist, um das Abwasser in einen biologischen Reaktor zu fördern, wo das Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch belüftet und umgewälzt wird und aus dem schließlich Klarwasser abgeführt und Überschußschlamm entweder in einen benachbarten Schlammsilo gefördert oder durch ein Saugfahrzeug abgezogen wird.

Die Erfindung betrifft vorzugsweise eine solche biologische Kläranlage, bei der auf eine mechanische Vorreinigung verzichtet wird und bei der die Aufstautechnik mit variablen Betriebszyklen anwendbar ist, ohne daß die Erfindung aber hierauf beschränkt ist. Es ist auch nicht unbedingt erforderlich, ein Zulaufpump­ werk anzuordnen, obwohl dies aufgrund der jeweiligen Projektbe­ dingungen meist geboten ist.

Biologische Kläranlagen sind in vielfältiger Anlagengestaltung und -größe bekannt. Es besteht aber weiterhin ein erheblicher Bedarf nach einer kleinen biologischen Kläranlage, deren tech­ nische Ausrüstung robust ist und nur minimale Wartungsansprüche stellt, deren Betriebskosten so niedrig wie möglich sind und deren Anlagenbetreuung und -wartung auf wenige Handgriffe be­ schränkt sein kann. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Kläranlage zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung sieht vor, daß im Bodenbereich des biologischen Reaktors, beispielsweise 10 bis 75 cm, bevorzugt 25 bis 50 cm über dem Boden zum Belüften und Umwälzen des Abwasser-Belebt­ schlamm-Gemisches wenigstens eine Tauchmotorpumpe mit eingebau­ tem Schneidwerk angeordnet ist, und daß die Tauchmotorpumpe mit wenigstens einem Jet-Belüfter verbunden ist. Dieser Jet-Belüfter kann ein sich leicht konisch zum Austrittsende des Abwasser-Be­ lebtschlamm-Gemischs erweiterndes Rohr und ein Luftansaugrohr enthalten, dessen Lufteinlaß oberhalb des maximalen Betriebswas­ serspiegels liegt und das direkt oder über ein Verbindungsrohr in den rückwärtigen Endbereich des Jet-Rohres einmündet.

Es sind auch zentral im Becken angeordnete, sternförmig mit Einzeljets ausgerüstete Strahlbelüfter verwendbar.

Durch den Einsatz der Zerkleinerungspumpen ist gewährleistet, daß die Feststoffe wie z. B. Toilettenpapier, Wattestäbchen, Hygieneartikel etc. soweit zerstückelt werden, daß eine Ver­ stopfung des Injektors, der bevorzugt mit Treibstrahl-Durchmes­ sern zwischen 20 und 30 mm ausgestattet ist und insofern extrem verstopfungsgefährdet ist, ausgeschlossen werden kann. Damit ist ein störungsfreier Anlagenbetrieb auch ohne mechanische Vor­ reinigung wie z. B. durch eine Siebanlage gewährleistet.

Weiter ist vorgesehen, daß im Falle der Anordnung eines Zulauf­ pumpwerks das zufließende Wasser mit Hilfe von bevorzugt einer oder zwei Tauchmotorpumpen, die ebenfalls mit Schneidwerken bzw. Schneidrädern versehen sein sollten, in den Einbecken-Reaktor gefördert wird, wobei die bevorzugt zwei im Wechsel arbeitenden Pumpen für höchste Betriebssicherheit sorgen. Dabei werden in den Abwasser befindliche Grobstoffe bereits hier weitgehend zer­ kleinert. In dem Einbecken-Reaktor erfolgt die weitere Zerklei­ nerung der Feststoffe und die Belüftung und Umwälzung durch das besondere Injektorsystem, wobei das Abwasser-Belebtschlamm-Ge­ misch bei geöffnetem Lufteinlaßventil des Luftansaugrohres belüftet und umgewälzt und nach Schließen des Lufteinlaßventils lediglich umgewälzt wird. Durch diese Steuerung des Luftansaug­ volumens sind die Betriebsphasen "Nitrifikation und Denitrifika­ tion" gezielt und prozeßorientiert steuerbar.

Da die wenigstens eine Tauchmotorpumpe in dem Einbecken-Reaktor ebenso wie diejenige des Pumpwerks mit einem Schneidwerk bzw. Schneidrad versehen ist, werden alle in dem Abwasser befindli­ chen Feststoffe zuverlässig derart zerkleinert, daß die Injekto­ ren (Jets) verstopfungsfrei arbeiten und der Überschußschlamm frei von Grobstoffen ist, so daß eine uneingeschränkte landwirt­ schaftliche Verwendung - soweit örtlich zugelassen - möglich ist.

Nach einem weiteren wesentlichen Gesichtspunkt der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Tauchmotorpumpe in dem Einbecken- Reaktor mit einer Bypass-Leitung zum Abführen des Überschuß­ schlamms in einen benachbarten Schlammsilo in Verbindung steht, wobei die Bypass-Leitung an dem Injektorsystem angeschlossen ist. Zweckmäßigerweise ist die Bypass-Leitung über einen elek­ trisch oder manuell betätigten Schieber zu öffnen und zu schlie­ ßen.

Auf diese Weise wird eine zusätzliche Pumpe eingespart und durch einen praktisch wartungsfreien, robusten Schieber ersetzt. Der Förderzyklus kann bei Anwendung eines Elektroschiebers am Schaltschrank der Kläranlage beliebig vorgewählt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Tauchmotorpumpe in dem Einbecken-Reaktor über ein sich verzweigendes Rohr mit zwei Jet-Belüftern verbunden ist, die vorzugsweise parallel zueinander angeordnet sind.

Die Tauchmotorpumpe befindet sich zweckmäßigerweise nahe einer Seitenwand des Einbecken-Reaktors, und zwar nahe einer der beiden kurzen Seitenwände, wenn der Einbecken-Reaktor ein recht­ eckiges Betonbecken enthält. Bei dieser Ausführungsform er­ strecken sich die Jet-Rohre bevorzugt parallel zu den langen Seitenwänden des Betonbeckens, wodurch das Abwasser-Belebt­ schlamm-Gemisch in dem Becken besonders wirkungsvoll umgewälzt werden kann.

Es wird aber betont, daß die erfindungsgemäße Kläranlage auch quadratisches oder rundes Becken aus Beton, Kunststoff oder Stahl haben kann.

Das Becken kann ebenerdig im Erdreich eingebunden sein und im freien Gefälle beschickt werden oder aber nur teilweise in das Erdreich eingelassen sein, was eine Anlagenbeschickung mittels einer Pumpe erforderlich macht. Diese Ausführungsform bietet sich insbesondere dann an, wenn vom üblichen 24-Stunden-Zyklus abgewichen werden soll, d. h. wenn mehrere Zyklen pro Tag vorge­ sehen sind und das Pumpwerk eine Speicherfunktion hat. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, den Behälter des Einbecken-Reak­ tors vollkommen geschlossen unterirdisch anzuordnen.

Wenn die Tauchmotorpumpe zwei Jet-Rohre beschickt, ist bevor­ zugt, daß ein etwa im rechten Winkel zur Längsachse der Jet- Rohre verlaufendes Verbindungsrohr in die beiden Jet-Rohre einmündet, wobei das Luftansaugrohr an dieses Verbindungsrohr angeschlossen ist. Unabhängig davon, ob die Tauchmotorpumpe einen oder mehrere rohrartige Jets oder aber einen zentral im Becken angeordneten sternförmigen Strahlbelüfter beschickt, weist das Luft-Ansaugrohr bevorzugt einen umgekehrt U-förmigen Abschnitt auf mit einem aufwärts verlaufenden Schenkel, der oberhalb des maximalen Betriebswasserspiegels in einen Krümmer übergeht, an dem ein Lufteinlaßventil vorgesehen ist, woran sich ein wieder etwa vertikal nach unten verlaufender Rohrabschnitt anschließt, der unterhalb des minimalen Betriebswasserspiegels endet. Das Luftansaugrohr kann damit wahlweise Luft in das Injektionssystem einsaugen, wenn das Lufteinlaßventil geöffnet ist, wobei durch Steuerung des Lufteinlaßventils auch das Luft­ ansaugvolumens einstellbar sein kann. Bei geschlossenem Luftein­ laßventil wird Wasser zum Druckausgleich in die Jet-Rohre einge­ saugt, wenn das Injektorsystem nicht belüften, sondern lediglich umwälzen soll, wodurch der Volumenstrom erhöht und damit der Wirkungsgrad der Umwälzung verbessert und das Auftreten von Kavitation vermieden wird.

In Abhängigkeit von der Anlagengröße können natürlich auch zwei oder mehr Tauchmotorpumpen in dem Einbecken-Reaktor angeordnet sein, die jeweils mit einem oder mehreren Jet-Belüftern ver­ bunden sein können.

Der Abzug des Klarwassers außerhalb der Annahmephasen erfolgt bevorzugt durch einen Dekanter, der sowohl als Freispiegelsystem ohne Pumpe oder aber als Pumpensystem in Abhängigkeit von der Projektsituation arbeitet. Die Überwachung des minimalen und maximalen Betriebswasserspiegels erfolgt bevorzugt durch ein pneumatisches Membransystem, welches mit einem Selbstüberwa­ chungssystem zur Schnellerkennung von Störungen gekoppelt sein kann.

Die Steuerung der technischen Anlagenausrüstung einschließlich der Anpassung des Betriebszyklus an die jeweilige Belastungs­ bedingung erfolgt vorzugsweise von einem zentralen Schaltschrank aus.

Zur Speicherung des Überschußschlamms kann ein Schlammsilo (oder mehrere Schlammsilos) vorgesehen sein, der sowohl in offener als auch geschlossener Bauweise ausgeführt sein kann.

Die erfindungsgemäße biologische Kläranlage hat einen kompakten, wartungsarmen Aufbau und ist insbesondere, jedoch nicht aus­ schließlich für Anschlußwerte bis etwa 1000 EW vorgesehen, womit sie für kleine Siedlungen, Hotelanlagen, Campingplätze, Erho­ lungsheime, militärische Einrichtungen etc. bestens geeignet ist. Durch die Kombination von extrem robusten Zerkleinerungs­ pumpen - die sowohl im meist vorgesehenen Pumpwerk als auch als Zirkulationspumpen in dem Einbecken-Reaktor angeordnet sind - mit dem Jet-Belüftungssystem ist der für die Belüftung und Umwälzung sowie die Förderung des Überschußschlamms vorgesehene Hauptbestandteil der technischen Ausrüstung äußerst robust und erfordert nur minimale Wartungsansprüche, wobei auch die Be­ triebskosten besonders niedrig sind. An die Bedienung der Klär­ anlage werden ebenfalls nur geringe Ansprüche gestellt.

Die erfindungsgemäße Kläranlage ermöglicht eine gezielte Stick­ stoff-Elimination (Nitrifikation und Denitrifikation), und der anfallende Überschußschlamm ist stabilisiert und frei von Grob­ stoffen und kann somit landwirtschaftlich genutzt werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfol­ genden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Klär­ anlage sowie anhand der Zeichnung.

Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Grundriß einer erfindungsgemäßen biologischen Kläranlagen;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A durch die Klär­ anlage gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 1 und

Fig. 4 eine alternative Ausbildung des Luftansaugrohres und

Fig. 5 eine Zirkulationspumpe mit einem zentral angeordneten Jet-Belüfter.

Die biologische Kläranlage besteht im wesentlichen aus einer Pumpstation 1, einem Einbecken-Reaktor 2, einem Schlammsilo 3 und einem Betriebsgebäude 4 mit den Einrichtungen zur Steuerung der technischen Anlagenausrüstung, wobei auf Einzelheiten dieses Betriebsgebäudes hier nicht näher einzugehen ist. Auch ein Verzicht auf das Betriebsgebäude und die Freiluftaufstellung des Schaltschranks ist möglich.

Das Pumpwerk 1, der Einbecken-Reaktor 2 und der durch eine Zwischenwand 5 von diesem abgeteilte Schlammsilo 3 sind teilwei­ se in das Erdreich eingebunden. Das zu reinigende Abwasser fließt durch einen Einlaßkanal 6 in das Pumpwerk 1, dessen Boden zu einem rechteckigen vertieften Sammelbereich 7 hin geneigt verläuft. In diesem vertieften Sammelbereich 7 sind zwei Tauch­ motorpumpe 8 nebeneinander angeordnet, die mittels eines Hebe­ galgens 9 bei Bedarf aus dem Pumpwerk 1 herausgenommen werden können.

Die Tauchmotorpumpen 8 sind mit Schneidrädern versehen, mit denen mit dem Abwasser mitgeführte Grobstoffe zerkleinert wer­ den, bevor das Abwasser mit den zerkleinerten Feststoffen durch zwei Einlaßleitungen 10 in den Einbecken-Reaktor 2 gepumpt wird.

Der Einbecken-Reaktor hat eine rechteckige Grundrißform und ist - wie oben erwähnt - durch eine Zwischenwand 5 von dem ebenfalls im Grundriß rechteckigen Schlammsilo 3 abgetrennt. In der Mitte einer der beiden kurzen Seitenwände 11 ist kurz oberhalb der Bodenwand 12 eine Tauchmotorpumpe 13 angeordnet, die ebenfalls mit einem Schneidrad ausgestattet ist, mit dem in dem Abwasser befindliche Feststoffe zerkleinert werden. Zum Anheben der Tauchmotorpumpe 13 ist wiederum ein Hebegalgen 9 angeordnet.

Die Tauchmotorpumpe 13 ist über eine sich verzweigende Rohrlei­ tung 14 mit zwei Injektorrohren bzw. Jet-Rohren 15 verbunden, die sich zu ihren Austrittsöffnungen hin leicht konisch erwei­ tern und parallel zueinander auf gleicher Höhe angeordnet sind. In die rückwärtigen Endabschnitte der Jet-Rohre 15 mündet ein Verbindungsrohr 16 ein, von dem ein Luftansaugrohr 17 nach oben führt, das in der Ausführungsform gemäß Fig. 3 oberhalb des maximalen Betriebswasserspiegels endet. Dort kann das Luftan­ saugrohr 17 mit einem Lufteinlaßventil 18 versehen sein, welches während der Belüftung des in dem Einbecken-Reaktor befindlichen Abwasser-Belebtschlamm-Gemischs geöffnet und in der an die Belüftung anschließenden Umwälzphase geschlossen ist.

An eines der beiden sich verzweigenden Rohre 14 ist eine Bypass­ leitung 19 angeschlossen, die über die Zwischenwand 5 hinweg in dem Schlammsilo 3 einmündet. Diese Bypassleitung 19 ist mit einem Schieber 20 versehen, der geöffnet wird, wenn Überschuß­ schlamm von der Pumpe 13 in dem Schlammsilo 3 gefördert wird.

Die Pumpe 13 kann demnach mit dem angeschlossenen Injektorsystem auf dreierlei Weise arbeiten: zur Belüftung und Umwälzung ist der Schieber 20 geschlossen, während - falls vorhanden - das Lufteinlaßventil 18 geöffnet ist. In der Betriebsphase, in der nicht mehr belüftet, jedoch umgewälzt wird, ist weiterhin der Schieber 20 in der Bypassleitung 19 in der Verschlußstellung, und das dann erforderliche Luftansaugventil 18 geschlossen.

Wird in einer dritten Betriebsphase Überschußschlamm in den benachbarten Schlammsilo gefördert, wird der Schieber 20 manuell oder elektrisch geöffnet.

Wie Fig. 4 zeigt, kann das Luftansaugrohr 17 eine umgekehrte U-Form haben, wobei das Lufteinlaßventil 18 an einem oberhalb des maximalen Betriebswasserspiegels liegenden Krümmer angeordnet ist, von dem ein Rohrabschnitt 25 wieder senkrecht nach unten führt und unterhalb des minimalen Betriebswasserspiegels endet. Auf diese Weise wird beim Betriebsmodus "Umwälzen ohne Belüf­ tung" bei geschlossenem Lufteinlaßventil stets Wasser durch das Rohr 17 angesaugt, wodurch der Wirkungsgrad der Umwälzung ver­ bessert wird.

Das Klarwasser wird durch einen Dekanter 23 abgeführt, der als Freispiegelsystem ohne Pumpe arbeitet. Ebenso möglich ist eine Entfernung des Klarwassers mit Hilfe einer Tauchpumpe.

Aus dem Schlammsilo 3 wird der Schlamm über ein Schlammauslaß­ rohr 24 abgeführt. Auch kann das Rohr 24 an eine Tauchpumpe angeschlossen werden, um nicht mit Saugvorrichtungen ausgestat­ tete Transportfahrzeuge befüllen zu können.

Fig. 5 zeigt eine Ausführung, bei der die Zirkulationspumpe 13 über eine Zirkulationsleitung 26 mit einem Sternbelüfter 27 ver­ bunden ist, in den die Luftansaugleitung 17 mittig einmündet. Der Überschußschlamm wird durch die von der Zirkulationsleitung 26 abzweigende Bypassleitung 19 abgeführt.

Claims (11)

1. Biologische Kläranlage mit einem Einbecken-Reaktor, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bodenbereich des Einbecken-Reaktors (2) zum Belüften und/oder Umwälzen des Abwasser-Belebtschlamm-Gemischs wenigstens eine Tauchmotorpumpe (13) mit eingebautem Schneidrad angeordnet ist, die mit wenigstens einem Jet-Belüfter (15, 27) verbunden ist.

2. Biologische Kläranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Jet-Belüfter ein sich leicht konisch erweiterndes Jet-Rohr (15) und ein Luftansaugrohr (17) aufweist, dessen Lufteinlaß (18) oberhalb des maximalen Be­ triebswasserspiegels liegt.

3. Biologische Kläranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchmotorpumpe (13) über ein sich verzweigendes Rohr (14) mit zwei Jet-Belüftern verbunden ist.

4. Biologische Kläranlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Jet-Rohre (15) parallel zueinander angeordnet sind.

5. Biologische Kläranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Jet-Belüfter (27) zentral an­ geordnet und mit sternförmigen Jets (28) versehen ist und mit einem Luftansaugrohr (17) in Verbindung steht, dessen Lufteinlaß (18) oberhalb des maximalen Betriebswasserspiegels liegt.

6. Biologische Kläranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchmotorpumpe (13) nahe einer Seitenwand (11) des Einbecken-Reaktors (2) angeordnet ist.

7. Biologische Kläranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die rückwärtigen Endabschnitte der beiden Jet-Rohre (15) ein Verbindungsrohr (14) einmündet, das mit dem Luftansaugrohr (17) in Verbindung steht.

8. Biologische Kläranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftansaugrohr einen umgekehrt U-förmigen Abschnitt aufweist, mit einem Rohrkrümmer, der sich oberhalb des maximalen Betriebswasserspiegels befindet und an dem das Lufteinlaßventil (18) vorgesehen ist, wobei ein im we­ sentlichen vertikaler Endabschnitt (25) des Luftansaugrohres (17) unterhalb des minimalen Betriebswasserspiegel endet.

9. Biologische Kläranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Tauchmotorpumpen mit eingebau­ ten Schneidrädern nebeneinander angeordnet sind, die jeweils mit einem oder mehreren Jet-Belüftern versehen sind.

10. Biologische Kläranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Tauchmotorpumpe (13) eine Bypass-Leitung (19) zum Abführen des Überschußschlamms in einen Schlammsilo (3) in Verbindung steht.

11. Biologische Kläranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypass-Leitung (19) über einen Elektroschieber (20) zu öffnen und zu schließen ist.