DE19908781A1 - Verfahren zur Wasserreinigung und biologische Wasseraufbereitungsanlage - Google Patents

Verfahren zur Wasserreinigung und biologische Wasseraufbereitungsanlage

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    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F3/12Activated sludge processes
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    • AHUMAN NECESSITIES
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Abstract

Die beschriebene Wasseraufbereitungsanlage soll sich u. a. zur Reinigung von Swimmingpools, Teichen, Fischaufzuchtbecken oder Aquarien eignen, deren Wasser bisher im Kreislauf über Filteranlagen gereinigt wird. DOLLAR A Vorgeschlagen wird ein Verfahren, bei dem mindestens die Kammer für die biologische Klärung nach außen hin geschlossen wird und das Wasser beim Durchlauf durch diese Kammer(n) während aerober Betriebsphasen mittels Luft unter Überdruck gehalten wird. Bei einer entsprechenden Kläranlage mit mindestens einer Vorklärkammer (2), einer Tauchbettkammer (6) und einer Nachklärkammer (11), die durch Überläufe (5, 10) miteinander verbunden sind, soll mindestens die Tauchbettkammer (6) nach außen hin geschlossen ausgeführt sein. Diese soll einen Einlaß (9) für die Zuführung von Druckluft aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wasserreini­ gung sowie eine zu dessen Durchführung geeignete biolo­ gische Wasseraufbereitungsanlage. Sie ist insbesondere anwendbar im Kreislaufbetrieb zur Reinigung von Swim­ mingpools, Teichen, Fischaufzuchtbecken oder Aquarien.
Zum Sauberhalten und Reinigen von Aquarien, Teichen oder Swimmingpools werden zur Zeit Anlagen eingesetzt, mit denen das Wasser mittels Pumpe im kontinuierlichen Umlauf durch einen bzw. mehrere Filter gefördert wird. Diese Filtertätigkeit reicht allerdings nicht aus, um insbesondere Ballaststoffe des Wassers wie Nitrate und Phosphate, die zu einem großen Algen- und Kleinlebewe­ senwachstum führen, in genügender Weise zu reduzieren. Es muß daher zu zusätzlichen Maßnahmen gegriffen wer­ den. Bei Aquarien, ggf. auch bei Swimmingpools, führt man von Zeit zu Zeit neben einer mechanischen Reinigung einen generellen Wasserwechsel durch. Bei Teichen wer­ den wie auch bei Swimmingpools Chemikalien zugesetzt, im Fall von Swimmingpools teilweise sogar keimtötende Mittel.
Eine notwendige Maßnahme hierbei ist das regelmäßige Säubern und Erneuern der Filtersubstrate, was auf Dauer sowohl Zeit- als auch kostenintensiv ist.
Bei Teichen werden auch Belüftungsanlagen eingesetzt, um den natürlichen Abbau der Verunreinigungen zu unter­ stützen. Der dabei anfallende Klärschlamm sinkt zu Bo­ den und stellt dann ebenfalls ein Problem dar, da er in gewissen Zeitabständen kostenaufwendig entfernt werden muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zu dessen Durchführung geeignete Wasseraufbe­ reitungsanlage anzugeben, die das bisherige Filtern oder andere, nicht ausreichende Methoden ersetzen bzw. vorteilhaft ergänzen kann. Bei der Aufbereitung sollen die im Wasser enthaltenen überschüssigen Nährstoffe wie Nitrate und Phosphate, Schwebeteilchen und andere bio­ logische Belastungen in höherem Umfang als bei Fil­ teranlagen und ohne regelmäßige Filtermaterial­ wechselung kontinuierlich aus dem Wasser entfernt oder in einen Zustand überführt werden, der in einfacher Weise eine Extraktion dieser Stoffe aus dem Wasser­ kreislauf ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merk­ male im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 6 in Verbindung mit den Merkmalen im Oberbegriff.
Zweckentsprechende Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Im Gegensatz zu bekannten kommunalen und biologischen Kleinkläranlagen arbeitet die erfindungsgemäße Anlage unter Überdruck. Die Wasseraufbereitungsanlage ist dazu geschlossen ausgeführt, die Einlauföffnung ist gegebe­ nenfalls mit einem Absaugsystem des zu reinigenden Was­ serreservoirs verbunden. Überraschenderweise wurde ge­ funden, daß auch unter Druckverhältnissen die biologi­ sche Reinigung unter Druckluftzufuhr effektiv arbeitet, wobei die Effektivität sich sogar steigern läßt, und die Anlage bis in extrem kleine Volumina bis minimal ca. 4 bis 8 Liter verringert werden kann. Mittels ein­ gepreßter Luft, die den Wasserdruck überwinden muß, in die biologische Klärstufe wird die biologische Reini­ gung aktiviert. Der erhöhte Druck führt zu erhöhter Sauerstoffaufnahme des Wassers und damit zu einer bes­ seren Sauerstoffversorgung der Reinigungsbakterien, die wiederum eine bessere Reinigungsleistung erbringen. Dem Wasser werden bei jedem Durchlauf Belastungsstoffe ent­ zogen. Es wird, sofern im Kreislaufbetrieb gearbeitet wird, wieder zurück in das Wasserreservoir befördert. Oberhalb des Bioreaktors entsteht ein Luftpolster, das die Wasseroberfläche zurückdrückt und genutzt werden kann, um die eingeblasene Luft ohne Wasseranteile in einen Injektor entweichen zu lassen und damit den Was­ serkreislauf zu dem zu säubernden Wasserreservoir in Gang zu setzen.
Die Unterbringung der Wasseraufbereitungsanlage kann z. B. unter oder neben dem Wasserreservoir, also bei­ spielsweise einem Aquarium, einem Gartenteich oder ei­ nem Swimmingpool, und so, wenn erforderlich, unsichtbar erfolgen.
Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Wasser­ aufbereitungsanlage ist erfindungsgemäß folgendermaßen aufgebaut:
Das zu reinigende Wasser gelangt als erstes in ein Vor­ klärbecken, in dem sich die gröberen Schwimm- und Mulm­ teile absetzen. Über eine Tauchwand gelangt das Wasser in eine biologische Klärstufe, in der sich ein Festbett mit einer großen Oberfläche zum Aufwachsen von Bakte­ rienkulturen befindet. Diese Kulturen werden durch die aufperlende Luft, die unter Überdruck in die biologi­ sche Klärstufe eingepreßt wurde, und damit durch ange­ regte Wasserwirbelströme ständig gereinigt und binden entsprechend den bekannten Prozessen Nitrate, Phosphate und andere organische Bestandteile des Wassers, insbe­ sondere Harnstoffe aus dem Fischurin. Die Bindung er­ folgt durch Umwandlung in Bakterienmasse bzw. Umwand­ lung in Nitrate, Nitrite usw., die in Abhängigkeit vom Temperatur und Nährstoffangebot weiter zu Stickstoff und Kohlendioxid abgebaut werden können. Das Wasser mit den abgespülten und eventuell abgestorbenen Bakterien­ kulturen, die den Klärschlamm bilden, werden über eine Überlauf- und Tauchwand in ein Nachklärbecken über­ führt. Im Nachklärbecken kann sich der Klärschlamm ab­ setzen.
Dadurch, daß der Luftsauerstoff unter Überdruck in die biologische Klärstufe eingebracht wird, wird ein viel höherer Anteil des Sauerstoffs im Wasser gelöst als üb­ licherweise unter normalem Druck. Durch das somit viel höhere Sauerstoffangebot sind die Bakterienkulturen sehr viel leistungsfähiger, d. h. der Abbauprozeß er­ folgt schneller als im drucklosen Zustand.
Zur Unterstützung einer effektiven Absetzung wird nach einer bevorzugten Ausführung ein Schrägklärer an der Oberfläche des Nachklärbeckens angeordnet. Das Wasser muß über die Schrägklärerplatten an die Oberfläche steigen, wobei die vorhandenen Schlammpartikel nach un­ ten fallen. Über einen Überlauf kommt das Wasser in ei­ nen Saubertank, von dem es mittels einer Injektorpumpe wieder zurück in das zu reinigende Wasserreservoir ge­ pumpt werden kann.
Durch eine sensor- bzw. zeitgesteuerte Umschaltung kann die Luftzufuhr unterhalb des Festbettes abgebrochen und das Wasser entweder mittels Injektorpumpe oder einer anderweitig angetriebenen Pumpe weiter gefördert wer­ den. In diesem Falle setzt im Bioreaktor ein anaerober Klärprozeß ein, der u. a. aus den vorher gebildeten Ni­ triten freien Stickstoff und Kohlendioxid erzeugt, die dann freigesetzt werden, was zu einer starken Entla­ stung des Wassers führt. Der Stickstoff und das Kohlen­ dioxid werden über den Injektorpumpenausgang in die Um­ gebungsluft befördert.
Sowohl im Nachklärbecken als auch im Vorklärbecken sind Schrägen eingebaut, die zum Sammeln des Mulms bzw. des Klärschlamms an der tiefsten Stelle führen. Dort sind Abflußhähne zum einfachen Entnehmen vorgesehen.
Das Verfahren und die nach diesem Verfahren arbeitende Wasseraufbereitungsanlage läßt sich vorteilhaft in Be­ reichen einsetzen, wo das Wasser bisher nur durch Fil­ teranlagen gereinigt wurde, so bei Aquarien oder Tei­ chen und Swimmingpools, aber auch bei Fischaufzucht- oder Fahrzeugwaschanlagen und kleinen kommunalen oder industriellen Abwasseranlagen, wo der Kreislauf inner­ halb der Anlage durch eine Verbindung von Nachklär­ becken und Vorklärbecken realisiert wird.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausfüh­ rungsbeispiels näher erläutert werden. In den zugehöri­ gen Zeichnungen zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfin­ dungsgemäßen Wasseraufbereitungsanlage als Draufsicht,
Fig. 2 einen Schnitt durch die Wasseraufbereitungs­ anlage gemäß Fig. 1 entlang der Linie A-A und
Fig. 3 eine Variante der Wasseraufbereitungsanlage mit einer speziell angepaßten Injektoranord­ nung.
Wie Fig. 1 zeigt, gelangt das zulaufende Wasser über einen Einlaß 1 zunächst in eine Vorklärkammer 2, in welcher sich die gröberen Bestandteile als Schlamm ab­ setzen können. Der Boden 3 der Vorklärkammer 2 ist zur außen liegenden Ecke hin schräg abfallend gestaltet, so daß sich der Schlamm hier sammeln kann. Er kann dann nach gegebener Zeit über einen absperrbaren Auslaß 4 abgelassen werden. Durch den Überdruck in der Anlage wird der Schlamm aktiv und schnell ausgespült.
Über einen Überlauf 5 gelangt das Wasser dann in die Tauchbettkammer 6. Die Tauchbettkammer 6 ist mit Poly­ ethylenkörpern 7 oder anderen Körpern aus insbesondere für Bakterien aufwuchsfreundlichen Materialien gefüllt, die ein ständig getauchtes Festbett bilden. Das Fest­ bett wird zwangsbelüftet über Luftdüsen 8, die über ei­ nen Lufteinlaß 9 mit Druckluft beaufschlagt werden.
Auf den Polyethylenkörpern 7 können sich Bakterienkul­ turen ansiedeln, die infolge des Nährstoffangebotes und der Sauerstoffversorgung eine biologische Reinigung des Wassers vornehmen, wobei sich als Rückstand ein Klär­ schlamm bildet, der mit dem Wasser über einen Überlauf 10 in die nachfolgende Nachklärkammer 11 transportiert wird.
In der Nachklärkammer 11 ist ein Schrägklärer 12 ange­ ordnet, auf dessen Platten sich der Klärschlamm ab­ setzt, dann nach unten rutscht und auf den Boden der Kammer fällt, der wiederum schräg abfällt. Über einen weiteren Auslaß 13 kann dieser Klärschlamm von Zeit zu Zeit entnommen und entsorgt werden. Das Wasser läuft über einen weiteren Überlauf und sammelt sich in einer Klarwasserkammer 14.
Wie Fig. 2 anschaulich zeigt, baut sich über dem Was­ serspiegel in der Tauchbettkammer 6 ein Luftpolster 15 auf. Die Luft aus diesem Luftpolster 15 wird mit einem Schwanenhalsrohr 16 zu einem Injektorrohr 17 geleitet, das in die Klarwasserkammer 14 eintaucht. Beide bilden zusammen eine Injektorpumpe 18, mit der das gereinigte Wasser im Kreislauf zurück in das Wasserreservoir ge­ fördert wird, aus dem es im verunreinigten Zustand ent­ nommen wurde.
In Fig. 3 ist eine Variante der Injektoranordnung dar­ gestellt. Die normalerweise über den Lufteinlaß 9 und die Luftdüsen 8 in die Tauchbettkammer 6 eingelassene Luft kann mittels eines 3/2-Wegeventils 19 umgeleitet werden und gelangt dann unmittelbar zur Injektorpumpe 18. Die Tauchbettkammer 6 wird dann anaerob betrieben, das gereinigte Wasser aber weiterhin mittels der Injek­ torpumpe 18 befördert.
Abhängig von der Injektoranordnung und -auswahl wird dem Wasser mehr oder weniger Sauerstoff zugemischt, so daß im Wasser ein relativ konstanter Sauerstoffgehalt eingestellt wird.
Bezugszeichenliste
1
Einlaß
2
Vorklärkammer
3
Boden
4
Auslaß
5
Überlauf
6
Tauchbettkammer
7
Polyethylenkörper
8
Luftdüsen
9
Lufteinlaß
10
Überlauf
11
Nachklärkammer
12
Schrägklärer
13
Auslaß
14
Klarwasserkammer
15
Luftpolster
16
Schwanenhalsrohr
17
Injektorrohr
18
Injektorpumpe
19
3/2-Wegeventil

Claims (20)

1. Verfahren zur Wasserreinigung in einer in vonein­ ander getrennten Kammern mindestens mit mechani­ scher Vorklärung, biologischer Klärung und Nach­ klärung unter Absetzen des Klärschlamms arbeitenden Wasseraufbereitungsanlage dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Kammer für die biologische Klärung nach außen hin geschlossen wird und das Wasser beim Durchlauf durch diese Kammer(n) sowohl während aerober Betriebsphasen als auch während anaerober Betriebsphasen unter Überdruck gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasseraufbereitungsanlage mit dem zu reinigen­ den Wasserreservoir im Kreislauf betrieben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreislauf mittels der unter Überdruck stehenden Luft nach dem Injektorprinzip aufrechterhalten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreislauf in anaeroben Betriebsphasen durch Pumpen aufrechterhalten wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft der Kammer für die biologische Klärung von unten zugeführt wird.
6. Biologische Wasseraufbereitungsanlage mit minde­ stens einer Vorklärkammer (2), einer Tauchbettkam­ mer (6) und einer Nachklärkammer (11), die durch Überläufe (5, 10) miteinander verbunden sind, vor­ zugsweise zur Durchführung des Verfahrens nach ei­ nem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens die Tauchbettkammer (6) nach außen hin geschlossen ausgeführt ist und einen Einlaß (9) für die Zuführung von Druckluft aufweist.
7. Biologische Wasseraufbereitungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachklärkammer (11) eine Klarwasserkammer (14) nachgeordnet ist.
8. Biologische Wasseraufbereitungsanlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachklärkammer (11) oder die Klarwasserkammer (14) einen nach dem Injektorprinzip arbeitenden Wasserauslaß aufweisen, bestehend aus einem in die Kammer eintauchenden Injektorrohr (17) mit einer Injektordüse, die mit einem sich über dem Wasser­ spiegel in der Tauchbettkammer (6) bildenden Luft­ polster (15) in Verbindung steht.
9. Biologische Wasseraufbereitungsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektordüse zusätzlich wahlweise direkt mit einem Luftdruckerzeuger in Verbindung steht.
10. Biologische Wasseraufbereitungsanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchbettkammer (6) ein Festbett mit Körpern aus einem für Bakterien aufwuchsfreundlichen Mate­ rial enthält.
11. Biologische Wasseraufbereitungsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchbettkammer (6) ein Festbett aus Polyethy­ lenkörpern (7) enthält.
12. Biologische Wasseraufbereitungsanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Bereich des Nachklärbeckens (11) ein Schrägklärer (12) angeordnet ist.
13. Biologische Wasseraufbereitungsanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsträger wie Schrägklärer, Rohre, Über­ läufe, Trennwände, Böden aus für Bakterien auf­ wuchsunfreundlichen Materialien bestehen.
14. Verwendung einer biologischen Wasseraufbereitungs­ anlage mit mindestens einer Vorklärkammer (2), ei­ ner Tauchbettkammer (6) und einer Nachklärkammer (11), die durch Überläufe (5, 10) miteinander ver­ bunden sind, wobei die Kammern (2, 6, 11, 14) ins­ gesamt nach außen hin geschlossen ausgeführt sind und unter Überdruck arbeiten und die Tauchbettkam­ mer (6) einen Einlaß (9) für die Zuführung von Druckluft aufweist, für ein Wasserreservoir mit stehenden, im Kreislauf zu reinigenden Wasser.
15. Verwendung einer Wasseraufbereitungsanlage nach Anspruch 14 für ein Aquarium.
16. Verwendung einer Wasseraufbereitungsanlage nach Anspruch 14 für einen Teich.
17. Verwendung einer Wasseraufbereitungsanlage nach Anspruch 14 für einen Swimmingpool.
18. Verwendung einer Wasseraufbereitungsanlage nach Anspruch 14 für industrielle Teichwirtschaften.
19. Verwendung einer Wasseraufbereitungsanlage nach Anspruch 14 für Fahrzeugwaschanlagen.
20. Verwendung einer geschlossenen und unter Überdruck arbeitenden biologischen Wasseraufbereitungsanlage für kommunale oder industrielle Abwasseranlagen.
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