DE19906999A1

DE19906999A1 - Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abwasser

Info

Publication number: DE19906999A1
Application number: DE19906999A
Authority: DE
Inventors: Andreas Heppe
Original assignee: BIOLOG BIOTECHNOLOGIE und LOGI
Current assignee: BIOLOG BIOTECHNOLOGIE und LOGI
Priority date: 1999-02-18
Filing date: 1999-02-18
Publication date: 2000-08-31

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abwasserspeicherung und Wärmerückgewinnung für Abwasser aus Haushalten, gewerblich genutzten Gebäuden oder Industrie.

Recherchiert wurde in den Patentklassen
F 28 C, 03/00
F 28 C, 03/04
F 28 C, 03/08
F 24 D, 17/00
F 24 D, 17/02

1. Würdigung angezogener Schriften

Aus den Patentanmeldungen bzw. Gebrauchsmusteranmeldungen
DE 41 26 791 C2
DE 195 06 015 A1
G 9440591.7
EP 0088055
sind Erfindungen bekannt, die sich der Aufgabe widmen, Wärme aus Abwasser zu gewinnen. Diese Vorrichtungen sind meist sehr kompliziert aufgebaut und oft nicht in der Lage wirtschaftlich Abwärme aus Abwasser rückzugewinnen bzw. sind für mit Fäkalien (einschließlich Feststoffen) belasteten Abwasser nur bedingt einsetzbar.

In DE 41 26 791 C2 wird dieses Problem durch eine Filtration gelöst, die jedoch sehr groß sein muß (150 l) und nur technisch genutzt wird, wenn der Badewasserstoß anfällt. Die Filtrationselemente neigen bei Normalabwasseranfall durch Antrocknen zur Verstopfung. Eine Rückspüleinrichtung ist jedoch nicht vorgesehen.

Die Kühleinrichtung des Abwassers ist im Inneren frei angeordnet und das führt zu Ansetzungen an den Kühlschlangen. Das ist ebenfalls der Nachteil der G 94 04 591.7. In der DE 195 06 015 A1 ist eine Lösung aufgezeigt, bei der der Behälter nur gering verschmutzen kann, aber das Abwasser im Behälter sich schichtet und das kalte Wasser zu Wärmerückgewinnung genutzt wird, während das warme Wasser durch den Überlauf abläuft. Die vorgesehene Regelung ist störanfällig (Motorschieber) und die Verweilzeit im Wärmetauscher gering. Bei geringer Öffnung des Schiebers wirkt dieser als Strömungswiderstand und ein Zusetzen mit Feststoffen (Haaren, Textilartikel) ist möglich.

Die Lösung im EP 00 88 055 ist ebenfalls ausgerichtet auf Abwasser von Haushaltsgeräten, Bad und Dusche und besitzt ungenügende Möglichkeiten, feststoffhaltiges Abwasser einzubeziehen.

2. Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, häuslich, gewerblich oder industriell entstandenem Abwasser die Wärme soweit zu entziehen und diese für den Gebrauch im oder außerhalb des Gebäudes zu Verfügung zu stellen, daß eine Ableitung in die Kanalisation oder eine Weiterbehandlung in einer Abwasseranlage noch möglich ist.

Hauptproblem dabei ist die Verschmutzung, die durch Fäkalien im normalen Gebrauch auftreten, so abzuführen, daß die Vorrichtung verstopfungsfrei arbeitet und eine hohe Wärmespeicher- und Wärmerückgewinnungskapazität besitzt.

Beispielsweise werden in einem normalen 4 Personenhaushalt für die Warmwasserbereitung etwa 1,5-2 kWh/Person und Tag benötigt. Ca. 30% der Wärme werden an Gebäude und Innenluft abgegeben, ca. 2/3 verlassen als meist auf Gebrauchstemperatur gemischtes Abwasser etwa mit 22-30°C das Gebäude. Das entspricht etwa 1-1,5 kWh/Person und Tag. Unter Berücksichtigung der Restwärme von 5-10°C können etwa 50% des für die Warmwasserbereitung erforderlichen Wärmebedarfes rückgewonnen werden.

Erfindungsgemäß war eine Vorrichtung zu entwickeln, die 3 Bedingungen erfüllt.

1. Wärmespeicherung
2. Wärmerückgewinnung
3. Verstopfungsfreie Arbeit

Gegenüber den angeführten Schriften zeichnet sich die Vorrichtung dadurch aus, daß Abwasseranfall, Verweilzeit und Speicherzeit aufeinander abgestimmt sind und das Abwasser jeweils bis zur nächsten Wärmelastspitze (z. B. 6-8 Uhr, 17-22 Uhr) verlustarm zwischengepuffert werden kann. Während dieser Pufferzeit oder auch nach Bedarf wird die Wärme entzogen über eine anbackungsfreie Wärmetauschereinheit. Durch den Einbau einer Fäkalzerkleinerungspumpe mit Schwimmschlammzerstörungseinrichtung sowie dem oberen Auslauf werden die sich bildende Schwimmschicht zerstört und abgeführt.

3. Beschreibung

In einem Behälter (1), der als Abwasserspeicher dient und ca. 50-60% des Abwassertagesanfalles haben soll, wird über das Abwasserfallrohr (2) das gesammelte Abwasser zugeführt. Beim Auftreffen des Wasserschwalles wird die Wasseroberfläche (3) des im Behälter befindlichen Abwassers in Umwälzung gebracht. Das Wasser schichtet sich in den zulauffreien Zeitabschnitten, wobei das wärmste Wasser direkt unter dem Wasserspiegel anzutreffen ist. In diesem Bereich ist die Wärmetauschervorrichtung (4) in die Behälterwand (5) integriert, die vorteilhafterweise aus einem System besteht, in der das Kältemittel oder ein anderes Wärmespeichermedium z. B. kaltes Trink-, Brauchwasser oder Luft definiert an der Behälterwand entlang streicht und der Wärmeaustausch stattfindet. Das Wärmespeichermedium kann bekannterweise einer Wärmepumpe oder einer weiteren Wärmeverwertung über Leitungen zugeführt werden. Das kalte Abwasser verläßt über das Tauchrohr (6) und Ablauf (7) bzw. einstellbaren Drosseleinrichtung (8) den Abwasserwärmetauscher. Eine Abwassertauchpumpe (9) bekannter Bauart zerkleinert abgesetzten Schlamm und Feststoff und sprüht dieses Abwassergemisch intervallmäßig über den Schwimmschichtzerstörer (10) auf die Oberfläche. Dadurch wird der Aufbau einer Schwimmschicht vermieden.

Der Behälter ist so dimensioniert, daß bei großen Abwasserstößen (z. B. Badewannenablauf) der Überlaufwasserspiegel (11) bis auf Ablauf (12) ansteigt und kurzzeitig Schwimmstoffe über den Ablauf (12) den Behälter verlassen. Das Behältervolumen zwischen Wasserspiegel (3) und (11) und der Ablauf (7) sind so dimensioniert, daß bei einem Abwasserstoß (z. B. Badewannenauslauf) das Wasser über den Überlaufwasserspiegel (11) ausläuft und damit die Schwimmpartikel ablaufen können. Damit verbundene Wärmeverluste werden in Kauf genommen. Durch Einstellung der Drosseleinrichtung (8) kann der Normalablauf der Abwasseranfallcharakteristik angepaßt werden. Die Drosseleinrichtung (8) ist vorteilhafterweise nicht als Schieber oder Ventil ausgebildet, sondern als strömungstechnisch günstige Querschnittsverengung z. B. Schlaucheinengung oder Kugelhahn. Das Ablaßorgan (13) dient der Entleerung des Behälters bzw. einer wartungsmäßigen Schlammabführung. In besonderen Fällen kann der Abwasserwärmespeicher gleichzeitig als Vorklärung dienen. Dann erfüllt das Ablaßorgan (13) die Funktion zur Schlammentnahme und kann gesteuert ausgeführt werden.

Wenn der Abwasserstoß bei großen Anlagen nicht ausreicht, den Wasserspiegel anzuheben, ist die Drosseleinrichtung (7) gesteuert auszubilden um zyklisch ein Überlaufen zu verursachen.

Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch die Vorrichtung

Fig. 2 Ausführungsbeispiele (4 Stück)

Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz des Abwasserwärmetauschers als Nachklärung nach einer biologischen Kläranlage. Da durch die biologische Aktivität und die eingetragene Energie durch z. B. Gebläse im Belebungsbecken die Abwassertemperatur eher zunimmt, kann der oben beschriebene Behälter (1) mit geringfügigen Veränderungen als Kombination Nachklärer/Abwasserwärmetauscher eingesetzt werden, wobei eine ausreichende Isolierung auch der Behälter der Kläranlage erforderlich ist. Die Schlammrückhaltung kann hierbei bekanntermaßen durch eine Tauchwand oder durch Einsatz eines Filters erfolgen, wobei auf das Tauchrohr (6) verzichtet wird.

Bezugszeichenliste

1

Behälter

2

Abwasserfallrohr

3

Wasseroberfläche

4

Wärmetauschervorrichtung

5

Behälterwand

6

Tauchrohr

7

Ablauf

8

Drosseleinrichtung

9

Abwassertauchpumpe

10

Schwimmschichtzerstörer

11

Überlaufwasserspiegel

12

Ablauf

13

Ablaßorgan

Claims

1. Vorrichtung zur Abwasserwärmerückgewinnung, welche Abwasser aus Haushalten oder anderen Einrichtungen sammelt, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichervolumen dem Wärmebedarfsrhythmus angepaßt ist und

a) durch in die Behälterwand strömungstechnisch günstig integrierte Wärmetauscherelemente keine Anbackungen des Abwassers an diesen ermöglicht und diese kurz unter der Wasseroberfläche angebracht sind,
b) die Schwankungen des Wasserspiegels im Behälter so ausnutzt, daß Schwimmteile über den oberen Abfluß (12) entfernt werden,
c) ein Tauchrohr (6) das abgekühlte Abwasser vorzugsweise in Behälterbodennähe entnimmt und
d) einer Abwassertauchpumpe ein Schwimmschichtzerstörer nachgeschaltet ist, der die Schwimmschicht zerstört und eine ausreichende Vermischung des Behälterinhaltes bewirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bezeichnete Abwasserwärmetauscher nur als erste Stufe benutzt wird und zusätzlich der Schlamm und Feststoffabscheidung dient und in weiteren Stufen eine biologische Behandlung des Abwassers sich anschließen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Behälterwand mehrere Wärmetauscherkreisläufe integriert werden können, die unterschiedliche Wärmeleistungen entnehmen können.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese hintereinandergeschaltet werden können, um im ersten Behälter vorwiegend Feststoffe abzuscheiden und in den weiteren Behältern das vorgesäuberte Wasser die Wärme an Wärmetauscherkreisläufe abgibt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß deren Drosseleinrichtung (7) gesteuert ausgeführt wird, um ein Aufstauen und Entfernen der Schwimmpartikel zu ermöglichen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese gleichzeitig der Nachklärung des behandelten Abwassers dient, die einer biologische Kläranlage nachgeschaltet ist.