DE19807890A1 - Verfahren und Kleinkläranlage zum Behandeln von Schwarz und/oder Grauwasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben modular aufgebauter Kleinkläranla­ gen zur Aufstellung in frostfreien geschlossenen Räumen, im wesentlichen Kellerräumen. In diesen modular aufgebauten Kleinkläranlagen kann das gesamte häusliche Abwas­ ser, das heißt Schwarz- und/oder Grauwasser, vollbiologisch gereinigt werden.

Es ist bekannt, Verfahren zur biologischen Reinigung von organisch belasteten Abwäs­ sern, bei dem die gelösten Abwasserinhaltsstoffe mikrobiologisch umgesetzt werden und das behandelte Abwasser anschließend von dem biologischen Schlamm abgetrennt wird, einzusetzen, bei welchen die mikrobielle Umsetzung unter Überdruck ausgeführt wird und die Abtrennung des behandelten Abwassers vom biologischen Schlamm durch eine Membran- oder Ultrafiltration vorgenommen wird.

Es sind auch geregelte Oxydationskleinkläranlage als Kleinklärsystem für Haushaltsab­ wässer und gewerbliche Schmutzwässer bekannt, welche vollbiologisch arbeiten und bei denen die Verbindungen (Zu- und Abflüsse) zwischen Vorhaltebecken, Belebungs­ schacht, Nachklärung und Stapelraum des Klärschlamms, ebenso wie die Luftzufuhr in den Belebungsschacht (Oxydation) durch elektronisch-pneumatische Steuerung geregelt werden, so daß ein hoher Mineralisierungsgrad des Klärgutes erreicht wird.

Bekannt sind auch Mehrkammerkleinkläranlagen, bei denen die vorhandenen Verbindungs- und Überlauföffnungen verschlossen werden, wobei das zu reinigende Ab­ wasser durch pneumatische Pumpen chargenweise und geregelt von Kammer zu Kam­ mer transportiert wird.

Es sind auch Kleinkläranlagen, ausgeführt als Aufstau-Überlüftungsanlage mit Belüftung durch Oberflächenkreisel oder mittels eines Rührwerkes und Zusatzlufteinspeisung be­ kannt.

Weiterhin sind auch Varianten als Aufstau-Oxidationsanlage in Schachtbauweise be­ kannt, welche in einem Schachtbehälter Vorklärschacht, Oxidationsschacht und Nachklärschacht vereinigen.

Bekannt ist weithin, daß mit Membranen, insbesondere mit Mikrofiltrationsmembranen eine weitgehende Abtrennung von Feststoffen aus Flüssigkeiten direkt im Belebungstank möglich ist.

Bei Kläranlagen mit Belebungsbecken sind bisher im kommunalen Bereich mit hohen TS-Konzentrationen nur Crossflow-Anlagen im Einsatz.

Zur Verhinderung von Ablagerungen beziehungsweise Deckschichten beim Crossflow- Verfahren auf den Membranen wird ein Gas/Flüssigkeitsgemisch mit einer genügend turbulenten Strömung oder aber auch die Reibung der Membranen aneinander ausgenutzt. Die transmembrane Druckdifferenz wird dabei durch Anlegen eines negativen Überdrucks, welcher durch Pumpen oder unter der Ausnutzung der Schwer­ kraft erzeugt wird, auf der Permeatseite überwunden.

Kleinkläranlagen gemäß DIN 4261 Teil 1/2 für weniger als 8 m³Abwasser pro Tag wer­ den bisher als abflußlose Gruben, Dreikammerklärgruben, Tropfkörper-, Belebungsanla­ gen, beziehungsweise Pflanzenkläranlagen oder ähnlich ausgeführt.

Alle bisher bekannten Kleinkläranlagen weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie nach ei­ nem bekannten Verfahren mit den drei Verfahrensstufen Vorklärung, Oxidation und Nachklärung arbeiten.

Desweiteren läuft bei den bisher bekannten Kleinkläranlagen ein hydraulischer Stoß nur geringfügig gedämpft durch alle Verfahrenstufen. Das hat ein eine verringerte Aufent­ haltszeit und einen erhöhten Schlammanteil und damit eine schlechtere Reinigungs­ leistung zur Folge.

Aus kommunalen Kleinkläranlagen müssen oft große Volumen ein bis mehrmals im Jahr entsorgt werden. Hierzu wird der Schlamm aus der Vorklärung oder anderen Behältern wie Becken oder Tanks entnommen.

Dieser entnommene Fäkalschlamm aus der Vorklärung wirkt geruchsbelästigend und ist hygienisch bedenklich.

Nachteilig ist außerdem, daß konventionelle Abwassertauchmotorpumpen drehende Teile enthalten, die vor allem bei geringen elektrischen Anschlußleistungen nicht über längere Zeit hinweg zuverlässig arbeiten. Die im Abwasser enthaltenen Verunreinigun­ gen wie beispielsweise Haare und andere Fasern führen dabei häufig zum Ausfall der Pumpe.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Abwasserreinigung zu schaffen, welches mittels einer modular aufgebauten Kleinkläranlage raumsparend in Wohngebäuden ein­ gesetzt werden kann und weitestgehend wartungsfrei arbeitet, welche geeignet ist für die Behandlung von nichtkonstant anfallendem häuslichem Abwasser und energieoptimiert arbeitet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das häusliche Abwasser über ein Fallrohr in ei­ ne Vorklärkammer eingebunden wird, in welcher das Abtrennen der größeren ungelösten Abwasserinhaltsstoffe erfolgt.

Die sich über den größeren ungelösten Abwasserinhaltsstoffe absetzende flüssige Phase des Abwassers gelangt durch Strömung aus einer Vorklärkammer in einen Belebungs­ tank.

In dem Belebungstank können mit einer höheren Konzentration an Mikroorganismen (TS-Konzentration) (Dickschlammbiologie) unter Zufuhr von Luft die in der flüssigen Phase mitgeführten Abwasserinhaltstoffe umgesetzt werden.

Diese Luftzufuhr erfolgt aus energetischen Gründen in Abhängigkeit zum Anfall des Ab­ wassers.

Das Abwasser gelangt durch Mikrofiltrationsmembranen im freien Gefälle in einen Brauchwasserspeicher beziehungsweise in eine Hebeanlage oder über einen Überlauf in eine Versickerung. Aus dem Brauchwasserspeicher kann der Sekundärkreislauf mit einem Hauswasserwerk gespeist werden.

Der Brauchwasserspeicher enthält eine geeignete Einrichtung um die Wiederverkeimung zu unterdrücken.

Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderliche modulare Klein­ kläranlage für den Einbau in geschlossenen Räumen besteht aus zwei Verfahrensstufen, nämlich einer Vorklärkammer und einer Belebungsstufe mit getauchten Membranen. Da­ bei ist die Vorklärkammer als zusätzlicher Abwasserspeicher dimensioniert.

In der Vorklärkammer ist eine Umwälzeinrichtung und eine Fördereinrichtung angeord­ net.

Diese Umwälzeinrichtung ist dabei so gestaltet, daß ein senkrecht in der Vorklärkammer angeordnetes Rohr an seinem unteren Ende mit einer Frischluftzufuhr verbunden ist.

Die untere Öffnung des Rohres ist mit einem Filter versehen, welcher wiederum an sei­ ner der Vorklärkammer zugewandten Seite mit einer Frischluftzufuhr ausgestattet ist. Das obere Ende des senkrecht stehenden Rohres ist u-förmig nach unten abgewinkelt. Die in der Vorklärkammer angeordnete Fördereinrichtung ist erfindungsgemäß so gestal­ tet, daß in einem senkrecht in der Vorklärkammer stehenden Rohr ein weiteres dünneres Rohr angeordnet ist.

Dieses innenstehende Rohr weist in seinem unteren Bereich eine Frischluftzufuhr auf. Das äußere Rohr ist in seinem mittleren Bereich mit Filterelementen versehen und beide Rohre sind an ihren unteren Enden zueinander offen.

Das innere Rohr ist an seinem oberen Ende so gestaltet, daß seine Austrittsöffnung sich über dem Belebungsbecken befindet.

Der Belebungstank ist über eine weitere Rohrverbindung mit einem Brauchwasserspei­ cher verbunden.

Dazu ist im oberen Bereich des Belebungstanks eine mit Mikrofiltrationsmembranen aus­ gestattete Austrittsöffnung angeordnet.

Die austretende Abluft wird mittels einer Rohrverbindung über die Abwasserszuführungs­ leitung abgeführt.

Nachfolgend soll das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden.

In der Vorklärkammer (1) ist eine Umwälzeinrichtung (2) installiert, welche eine weitge­ hende Umsetzung der groben Abwasserinhaltsstoffe ermöglicht.

In dieser Vorklärkammer (1) werden die groben Abwasserinhaltsstoffe zerteilt, mit Sauer­ stoff versetzt und in der flüssigen Phase gelöst.

Der sich in der Vorklärkammer (1) absetzende Schlamm wird dadurch soweit reduziert, daß auch die größeren bis dahin ungelösten Abwasserinhaltsstoffe biologisch abgebaut werden.

Mittels einer Füllstandsmessung in der Vorklärkammer (1) wie auch im Belebungstank (3) wird die Anlage den hydraulischen Belastungen, die bei kleinen Anschlußgrößen besonderen Schwankungen unterworfen sind, angepaßt.

Vorklärkammer (1) wie auch Belebungstank (3) sind in ihrem Füllstand variabel und in die Steuerung der Kleinkläranlage eingebunden.

Das für die Filtration notwendige transmembrane Druckgefälle wird durch eine Überstauung der Membranen realisiert.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren variiert der Flux durch die sich aufbauende sekundäre Deckschicht zwischen 0,2-40 l/m².

Der selbstregulierende Prozeß in der erfindungsgemäßen Kleinkläranlage wird dadurch realisiert, daß eine dem natürlichen Regelkreis Membran-Deckschicht-Flux angepaßte Membranfläche eingesetzt wird und dieser selbstregulierende Prozeß eine sekundäre Deckschicht auf der Membran verursacht, die einen ausreichenden Flux über viele Monate ohne Reinigung, Rückspülung etc. ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Umwälzeinrichtung ist vorzugsweise so gestaltet, daß über die Frischluftzufuhr (4) Luft in das Rohr eingeblasen wird und somit eine aufsteigende Strö­ mung erzeugt wird.

Diese aufsteigende Strömung nimmt die sich in der Vorklärkammer befindlichen Abwas­ serinhaltsstoffe bis zu einer Korngröße von 30 mm verstopfungsfrei mit und wälzt damit die Vorklärkammer um.

Dabei erfolgt die Zerteilung der Grobstoffe im wesentlichen durch unter Druck in das Wasser eingeblasene Luft.

Der Druck der eingeblasenen Luft liegt vorzugsweise zwischen 3 kPa (0,03 bar) und 300 kPa (3 bar). Vorzugsweise wird das ansaugende Ende der Umwälzeinrichtung mit ei­ nem grobmaschigen Filter (5) gegen Verstopfungen ausgerüstet.

In einer besonderen Ausgestaltung besteht das Filter aus einem flexiblen Netzschlauch, der über ein Stützrohr (6) gezogen wird.

Die an diesem Filter angeordnete Frischluftzufuhr (7) befördert unter Druck Luft an das Filter, wobei dieses vorzugsweise von innen nach außen freigespült und damit von Abla­ gerungen befreit wird.

Diese Art der Umwälzung hat den Vorteil, nicht nur durch die Vermeidung rotierender Pumpenteile wartungsärmer als herkömmliche Lösungen zu sein, sondern weist auch den Vorteil auf, daß ein Faulen des Abwassers durch den Eintrag von Sauerstoff unterbunden wird und die gröberen Abwasserinhaltsstoffe durch Zerteilung dem biologi­ schen Abbau zugänglich gemacht werden.

Die in der Vorklärkammer angeordnete Fördereinrichtung (8) ist erfindungsgemäß so ge­ staltet, daß in einem senkrecht in der Vorklärkammer stehenden Rohr (9) ein weiteres dünneres Rohr (10) angeordnet ist.

Dieses innenstehende Rohr weist in seinem unteren Bereich eine Frischluftzufuhr (11) auf. Das äußere Rohr (9) ist in seinem mittleren Bereich mit Filterelementen (12) versehen und beide Rohre sind an ihren unteren Enden zueinander offen.

Das innere Rohr ist an seinem oberen Ende so gestaltet, daß seine Austrittsöffnung (13) sich über dem Belebungsbecken befindet.

Der Belebungstank ist über eine weitere Rohrverbindung (14) mit einem Brauchwasser­ speicher verbunden.

Dazu ist im oberen Bereich des Belebungstanks eine mit Mikrofiltrationsmembranen aus­ gestattete Austrittsöffnung angeordnet, die mit einem Magnetventil verschlossen werden kann.

Die Abtrennung der Korngrößen über 8 mm wird dadurch realisiert, daß ein elastischer Gitternetzschlauch (12), welcher über das mit Öffnungen versehenes äußeren Rohr (9) gezogen ist.

Über die Öffnungen in dem äußeren Rohr tritt das Abwasser in den Raum zwischen den beiden Rohren ein und wird durch den Sog, welcher durch die aufsteigende Luft in dem inneren der beiden Rohre erzeugt wird in die Belebungskammer transportiert.

Durch die Ausstattung des Brauchwasserspeichers mit einer geeigneten Einrichtung zur Minderung der Wiederverkeimung ist eine Nachbehandlung vor einer Verwendung als Brauchwasser des Abwassers nicht mehr erforderlich.

Die Fördereinrichtung (8) in ihrer erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann Abwasser bis Korngrößen 10 mm verstopfungsfrei fördern und ist derart aufgebaut, daß sie eine Ab­ trennung aller Abwasserinhaltsstoffe mit einer Korngröße größer 8 mm unabhängig von ihren spezifischen Gewicht ermöglicht.

Diese Abwasserinhaltsstoffe größer 8 mm verbleiben zur weiteren Zersetzung in der Vor­ klärung und nur das Abwasser aus der mittleren Behälterzone gelangt in die Förderein­ richtung.

In einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung wird bei entspre­ chend höheren Anschlußgrößen die Anzahl der Vorklärkammern und Belebungsstufen mit getauchten Membranen variiert.

Es ist mit der kleinsten Ausbaustufe dieser erfindungsgemäßen Kleinkläranlage mit Bele­ bungsstufe mit getauchten Membranen möglich, das gesamte häusliche Abwasser (Grau- und oder Schwarzwasser) von 4 Einwohnergleichwerten auf einer Stellfläche von nur 2 m² bei einer Raumhöhe von 1,8 in zu Brauchwasserqualität (MF-Permeat als Ablauf) aufzuarbeiten.

Das Permeat kann in dieser hohen Qualität versickert werden oder in einer weiteren Ver­ wendung gespeichert werden.

In einer weiteren besonderen Ausgestaltungsform können die Behälter aus Kunststoff bestehen und sind mit handelsüblichen HT-Rohren verbunden.

Die Entlüftung (16) erfolgt vorzugsweise über das Fallrohr (17) über Dach, es ist keine zusätzliche Leitung erforderlich.

Vorteilhafterweise ist die Aufenthaltszeit des Abwassers in der biologischen Stufe nahezu gleichbleibend und nur vom Flux durch die Membran abhängig.

Eine besondere konstruktive Gestaltung der Filtereinheit (15) besteht vorzugsweise dar­ in, daß diese selbstjustierend ausgeführt ist und dadurch ein Schnellwechsel bei der Wartung ohne Unterbrechung des Betriebes und ohne Ableitung ungeklärten Abwassers möglich ist.

Ein Abreinigen der Filter unter Einsatz chemischer Mittel oder aber auch ein Senken des Füllstandes ist dabei nicht nötig.

Die für solche Kleinkläranlagen vorgeschriebenen chemischen und physikalischen Para­ meter zur Abwasserqualität werden im verfahrenstechnischen Ablauf sicher eingehalten.

Das gereinigte Abwasser ist zusätzlich weitgehend keimfrei und kann somit als Brauch­ wasser für eine weitere Nutzung gespeichert werden.

Ein weitere Vorteil der erfindungsgemäßen Kleinkläranlage besteht darin, daß ein Ein­ satz von Niederspannungsantrieben mit beispielsweise Solarenergie ermöglicht wird.

Claims (21)

1. Verfahren zum Behandeln von Schwarz- und/oder Grauwasser, dadurch gekennzeich­ net, daß das häusliche Abwasser über ein Fallrohr in eine Vorklärkammer eingebunden wird, in welcher das Abtrennen der größeren ungelösten Abwasserinhaltsstoffe erfolgt und die sich über den größeren ungelösten Abwasserinhaltsstoffe absetzende flüssige Phase des Abwassers durch Strömung aus einer Vorklärkammer in einen Belebungs­ tank gelangt, in dem mit einer höheren Konzentration an Mikroorganismen unter Zufuhr von Luft die in der flüssigen Phase mitgeführten Abwasserinhaltstoffe umgesetzt wer­ den und die Luftzufuhr in Abhängigkeit zum Anfall des Abwassers erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Vorklärkammer eine Umwälzeinrichtung installiert ist, in welcher eine weitgehende Umsetzung der groben Abwasserinhaltsstoffe dadurch erfolgt, daß in dieser Vorklärkammer die groben Abwasserinhaltsstoffe zerteilt, mit Sauerstoff versetzt und in der flüssigen Phase gelöst werden und der sich in der Vorklärkammer absetzende Schlamm dadurch deutlich redu­ ziert wird, daß auch die größeren bis dahin ungelösten Abwasserinhaltsstoffe biologisch abgebaut werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Füllstands­ messung in der Vorklärkammer wie auch im Belebungstank die Anlage den hydrauli­ schen Belastungen, die bei kleinen Anschlußgrößen besonderen Schwankungen unter­ worfen sind, angepaßt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorklärkammer wie auch der Belebungstank in ihrem Füllstand variabel und in die Steuerung der Kleinkläranlage eingebunden sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Filtration notwendige transmembrane Druckgefälle durch eine Überstauung der Membranen reali­ siert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der selbstregulierende Pro­ zeß in der erfindungsgemäßen Kleinkläranlage dadurch realisiert wird, daß eine dem natürlichen Regelkreis Membran-Deckschicht-Flux angepaßte Membranfläche einge­ setzt wird und dieser selbstregulierende Prozeß eine sekundäre Deckschicht auf der Membran verursacht, die einen ausreichenden Flux über viele Monate ohne Reinigung, Rückspülung ermöglicht.

7. Kleinkläranlage zum Behandeln von Schwarz- und/oder Grauwasser, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie aus zwei Verfahrensstufen besteht, nämlich einer Vorklärkammer und einer Belebungsstufe mit getauchten Membranen, wobei die Vorklärkammer als zusätz­ licher Abwasserspeicher dimensioniert ist und in der Vorklärkammer eine Umwälzein­ richtung und eine Fördereinrichtung angeordnet sind.

8. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Vorklärkam­ mer angeordnete Fördereinrichtung so gestaltet ist, daß in einem senkrecht in der Vor­ klärkammer stehenden Rohr ein weiteres dünneres Rohr angeordnet ist und dieses in­ nenstehende Rohr in seinem unteren Bereich eine Frischluftzufuhr aufweist, wobei das äußere Rohr in seinem mittleren Bereich mit Filterelementen versehen ist und beide Rohre an ihren unteren Enden zueinander offen sind und das innere Rohr an seinem oberen Ende so gestaltet ist, daß seine Austrittsöffnung sich über dem Belebungs­ becken befindet.

9. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Vorklärkam­ mer angeordnete Umwälzeinrichtung so gestaltet ist, daß ein senkrecht in der Vorklär­ kammer angeordnetes Rohr an seinem unteren Ende mit einer Frischluftzufuhr verbun­ den ist, die untere Öffnung des Rohres mit einem Filter versehen ist, welcher wiederum an seiner der Vorklärkammer zugewandten Seite mit einer Frischluftzufuhr ausgestattet ist und über diese Frischluftzufuhr Luft in das Rohr eingeblasen wird und somit eine aufsteigende Strömung erzeugt wird, welche die sich in der Vorklärkammer befindlichen Abwasserinhaltsstoffe bis zu einer Korngröße von 30 mm verstopfungsfrei mitnimmt und damit die Vorklärkammer umwälzt.

10. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Belebungstank über eine weitere Rohrverbindung mit einem Brauchwasserspeicher verbunden ist.

11. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Bereich des Belebungstanks eine mit Mikrofiltrationsmembranen ausgestattete Austrittsöffnung an­ geordnet ist.

12. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die austretende Abluft mittels einer Rohrverbindung über die Abwasserszuführungsleitung abgeführt wird.

13. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das ansaugende Ende der Umwälzeinrichtung mit einem grobmaschigen Filter gegen Verstopfungen ausgerü­ stet ist.

14. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die an diesem Filter an­ geordnete Frischluftzufuhr unter Druck Luft an den Filter befördert, wobei dieser vor­ zugsweise von innen nach außen freigespült und damit von Ablagerungen befreit wird.

15. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei entsprechend höhe­ ren Anschlußgrößen die Anzahl der Vorklärkammern, Belebungsstufen oder getauchten Membranen variiert wird.

16. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter aus Kunst­ stoff bestehen und mit HT-Rohren verbunden sind.

17. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftung über das Fallrohr über das Dach erfolgt.

18. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß hydraulische Stoßbela­ stungen gedämpft werden und damit die Aufenthaltszeit des Abwassers in der biologischen Stufe nahezu gleichbleibend ist und nur vom Flux durch die Membran ab­ hängt.

19. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinheit selbst­ justierend einsetzbar ist.

20. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinheit als Fil­ terpatrone ausgeführt ist.

21. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einsatz von Nieder­ spannungsantrieben mit beispielsweise Solarenergie ermöglicht wird.