DE19916381C2 - Geregelte kleine Kläranlage zur biologisch-chemischen Abwasserreinigung für Abwässer mit einem die hydraulische Belastung vergleichmäßigenden Pufferbecken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine geregelte kleine Kläranlage zur biologisch-chemischen Abwasserreinigung für Haushaltsabwäs­ ser oder chargenweise anfallende Industrieabwässer.

Zur Reinigung von häuslichem Schmutzwasser, das in kleinen Mengen in abgelegenen Gebieten, z. B. bei landwirtschaftli­ chen Betrieben, Hotels, Campingplätzen oder in kleineren Siedlungen anfällt und aus geographischen Gründen keiner größeren Abwasserreinigungsanlage zugeführt werden kann, finden kleine Kläranlagen Verwendung.

Der Begriff kleine Kläranlage umfaßt Einzugsgebiete bis 10.000 Einwohner bzw. Industriebetriebe mit stoßweise anfallenden Abwasserströmen bis 1000 m³/Tag.

Die bekannten kleinen Kläranlagen arbeiten nach dem Durchlaufprinzip und werden nach dem erwarteten maximalen Zulaufvolumenstrom ausgelegt.

Bedingt durch das unregelmäßige Anfallen von häuslichen Abwässern und die sehr kurze Kanalstrecke gelangen die Abwässer direkt in den Reinigungsprozess. Bei der Auslegung der Kläranlagen muß berücksichtigt werden, daß bei großen Einleitvolumenströmen die mechanischen, biologischen und chemischen Verfahrensstufen nicht überlastet und die notwendigen Sedimentationszeiten und maximalen Raumbelastun­ gen nicht unter- bzw. überschritten werden.

Da die Durchflußgeschwindigkeit in Spitzenzeiten hoch ist und kaum Pufferzonen bestehen, müssen alle Verfahrensstufen deutlich überdimensioniert werden.

Die bekannten Kläranlagen bestehen im allgemeinen aus einer mechanischen Vorklärung, wie Rechen, Sandfang, Sedimentati­ onsbecken, einer biologischen Reinigungsstufe, wie Bele­ bungsverfahren, Festbettverfahren, Tropfkörperverfahren, ggf. einer chemischen Behandlungsstufe z. B. in Form einer Fällung des gelösten Phosphors durch Zugabe von Metallsal­ zen, ggf. einer weiteren biologischen Stufe z. B. nachgeschalteter Denitrifikation, einer mechanischen Reinigungs­ stufe zur Nachklärung, bestehend aus einer Sedimentation/- Flotation und/oder Filtration bis hin zu Membranfilterver­ fahren und gegebenenfalls einer physikalisch/chemischen Desinfektionsstufe.

Manchmal werden über eine längere Verweildauer die Klär­ substanzen in einem Behälter gesammelt, um dort durch Sedi­ mentation die Grobsubstanzen des Klärgutes abzutrennen. In dieser Vorklärkammer kommt es, bedingt durch den geringen Sauerstoffanteil in Verbindung mit der hohen organischen Substanzdichte, zur anaeroben Zersetzung, also Fäulnisbil­ dung, was eine anschließende biologische Reinigung behin­ dert.

Aus der DE-Schrift 43 07 288 ist ein Verfahren zur biologi­ schen Abwasserreinigung bekannt, das ohne ein zusätzliches Puffergefäß für das ankommende Abwasser auskommt. Die Pufferung erfolgt über Vorklärbecken, Belebtschlammbecken und Nachklärbecken, also über den gesamten Anlagenkomplex. Für eine Vergleichmäßigung der unterschiedlich anfallenden Abwassermengen wird das Abwasser aus dem Nachklärbecken kontinuierlich abgeführt. Wird dabei eine bestimmte untere Grenze des Flüssigkeitsspiegels im Nachklärbecken erreicht, so wird die Abführung abgestellt, bis wieder ein höheres Niveau erreicht ist. Eine Überdosierung an Chemikalien in den der biologischen Reinigungsstufe nachfolgenden Kammern zum Beispiel zur Ausfällung des Phosphates ist nach diesem Verfahren nicht zu vermeiden.

Eine andere Möglichkeit der biologischen Reinigung von Abwässern wird in der DE 44 45 440 C1 beschrieben. Dabei werden die Abwässer in einen biologischen Filter eingeleitet, welcher in einem Fließgewässer angeordnet ist. Die Einleitung des Abwassers erfolgt aus einem Puffergefäß heraus, das vor der biologischen Stufe angeordnet ist. Die Pufferung des zulaufenden Abwassers erfolgt also in einem separaten Behälter.

Auch nach dem Verfahren der US-P 3 886 065 wird ein Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung beschrieben, das ohne ein zusätzliches Puffergefäß auskommt. Auch hier wird jedoch für die Pufferung sowohl das Vorklärbecken, das Belebtschlammbecken und das Nachklärbecken, also der gesamte Anlagenkomplex genutzt. Das gereinigte Abwasser wird kontinuierlich aus der Nachklärkammer über einen Unterwasserablauf abgeführt.

Allen mechanischen und chemischen Verfahrensschritten ist gemein, daß sie vom anfallenden Volumenstrom pro Zeitein­ heit abhängig sind. Die spezifische Aufenthaltszeit z. B. in einem Flockenreaktor entscheidet über die Größe der sich bildenden Flocken und damit über die Effektivität der nachgeschalteten Flockenseparation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, kleine Kläranla­ gen zur biologisch-chemischen Abwasserbehandlung ohne zusätzliche Abwassersammelräume so zu betreiben, daß extre­ me Schwankungen des Volumenstromes nicht zur Störung der Abwasserreinigung führen.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird mit einem anlageinternen Pufferbecken gearbeitet, in dem eine Pumpe mit oberem und unterem Um­ schaltpunkt zur Vergleichmäßigung der hydraulischen Bela­ stung der nachfolgenden Reinigungsstufen angeordnet ist. Vorzugsweise wird die biologische Reinigungskammer oder zusammen mit der Vorklärkammer als anlageinternes Pufferbec­ ken eingesetzt. Für Notfälle, z. B. bei Pumpendefekt sind Notüberläufe vorgesehen.

Die Schaltung für die Pumpe wird vorzugsweise als Schwimmer­ schaltung mit oberem und unterem Regelpunkt ausgebildet. Die Schaltung für die Pumpe wird so eingestellt, daß die Pumpe wenig stillsteht, jedoch das anlageninterne Pufferbec­ ken nicht überläuft.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Pumpen sind auf einen Durchfluß ausgelegt, der größer ist als der mittlere Zufluß zur Anlage. Damit wird zum einen verhindert, daß das anla­ geninterne Pufferbecken überläuft, aber zum anderen die Pumpe wenig stillsteht. Über den einstellbaren oberen und unteren Schaltpunkt des Schwimmers werden Schwankungen im Zufluß ausgeglichen.

Für extreme Zulaufmengen kann eine zweite Pumpe mit einem höher liegenden oberen Schaltpunkt vorgesehen sein. Ebenso ist ein Notüberlauf denkbar. Das über diese Notüberläufe abgegebene Abwasser wird extra aufgefangen und dem Kreis­ lauf nach Abnahme der extremen Zulaufmenge wieder zugeführt oder das Abwasser wird, nur teilweise geklärt, über geson­ derte Notüberläufe abgegeben.

Die weitere Erläuterung der Erfindung wird an einer Kläran­ lage vorgenommen, die aus einer mechanischen Vorklärung, einer biologischen Reinigung, einer chemischen Phosphatfäl­ lung, einer nachgeschalteten Denitrifikation und einer Sedimentation als Nachklärung besteht.

Das anfallende unbehandelte Abwasser wird, ohne es im Sam­ melkanal oder einem zusätzlichen Pufferbecken zwischenzula­ gern, der klassischen mechanischen Vorklärung zugeführt. Von dort gelangt es in die biologische Reinigungskammer, die gleichzeitig in erfindungsgemäßer Weise als Puffer­ becken ausgestaltet ist. Die Berechnung der Größe der biolo­ gischen Reinigungskammer erfolgt nach der anfallenden Tages­ fracht. Die hydraulische Belastung hat hier nur geringen Einfluß. Die hydraulischen Verhältnisse sind erst nach Passieren der biologischen Reinigungsstufe für die weitere Aufbereitung des Abwassers von besonderem Interesse.

Um eindeutige hydraulische Verhältnisse für die nachfolgen­ den Reinigungsstufen zu schaffen, wird das Abwasser aus der biologischen Reinigungsstufe mittels einer Pumpe mit vorge­ gebenem Volumenstrom in die nachfolgenden Reinigungsstufen gefördert. Die Pumpe ist auf einen Durchfluß ausgelegt, der größer ist als der erwartete mittlere Zufluß zur Anlage. Die exakte Förderleistung wird im Anlagenbetrieb den tat­ sächlichen Gegebenheiten angepaßt.

Als Pufferbecken wird die biologische Reinigungskammer verwendet, die über eine einfache Höhenmessung bzw. einen Schwimmerschalter die Pumpe am oberen bzw. unteren Schalt­ punkt an- bzw. ausschaltet. Für den Fall des Pumpenausfalls oder eines unvorhergesehenen extremen Abwasserzustroms kann eine zweite Pumpe mit einem höherliegenden oberen Schalt­ punkt und/oder ein Notüberlauf vorgesehen werden.

Durch die Verwendung der für die biologische Reinigung dienenden Kammer als anlageninternes Pufferbecken erübrigt sich der Einbau eines externen Pufferbeckens. Die große Beckenoberfläche der biologischen Reinigungskammer und gegebenenfalls zusammen mit der ebenfalls angestauten Vorklärkammer ermöglicht bei geringer Differenz des Wasser­ spiegels ein ausreichendes Puffervolumen. Vom Zusammenspiel der Größe des Puffervolumens und der eingestellten Pumplei­ stung ist die Dauer eines jeden einzelnen Pumpenvorgangs abhängig.

Der mit genau festgelegtem Volumenstrom erfolgende Pumpvor­ gang macht es möglich, dem geförderten Abwasserstrom aus der biologischen Reinigungsstufe eine exakt definierte Menge z. B. eines Metallsalzes für die Phosphatfällung hinzuzugeben. Die auf eine fehlerhafte Dosierung empfindli­ che chemische Phosphatfällung ist damit leicht durchzufüh­ ren und eine Überdosierung der Chemikalien wird verhindert.

Als Flockungsreaktoren bei der Phosphatfällung werden anstelle der üblichen Rührbehälter einfache, nur während des Pumpvorgangs aktive Rohrreaktoren benutzt. In diesen gelingt die Flockenbildung bei vorgegebenen hydraulischen und geometrischen Verhältnissen ohne die Zufuhr von mechanischer Energie. Bei Stillstand der das Abwasser fördernden Pumpe ruht auch die Flockungsmittel- und ggf. Flockungs­ hilfsmitteldosierung. Die Flockenbildung findet jedoch auch noch im nicht durchströmten Rohrreaktor, wenn auch nur sehr langsam, statt. Es kommt aber infolge der fehlenden Scherkräfte in den Ruhephasen zu keiner Flockenzerstörung.

Außer den Chemikalien zur chemischen Phosphatfällung können gleichzeitig weitere Substanzen dem aus der biologischen Abwasserstufe abgepumpten Abwasser in gewünschter Menge zugegeben werden. Dazu zählt das Einbringen einer leicht abbaubaren Kohlenstoffquelle, wie Essigsäure oder Methanol für die nachgeschaltete Denitrifikation oder die Zugabe von desinfizierenden Chemikalien, wie z. B. chlorhaltigen oder sauerstoffabgebenden Verbindungen.

Die hydraulische Auslegung der jetzt folgenden Nachklärung erfolgt anhand des von der Pumpe tatsächlich geförderten Volumenstromes.

Durch die erfindungsgemäß geregelte kleine Kläranlage ist es möglich, chemische Behandlungsstufen, die aufgrund ihres komplexen Zusammenspiels von Volumenstrom, Konzentration, Verweilzeit und Reaktorgeometrie bisher nicht in kleinen Kläranlagen realisiert werden konnten bei einer gleichzeiti­ gen Verkleinerung der Becken und Apparate in den einzelnen Bearbeitungsstufen nach dem Pufferbecken vorzunehmen.

Neben den positiven Effekten für die der biologischen Reinigungsstufe nachfolgenden Verfahrensschritte bewirkt der vergleichmäßigte Abtransport des Abwassers aus der biologischen Stufe auch dort eine vergleichmäßigte Be- bzw. Entlastung, so daß bessere Abbauleistungen erreicht werden.

Claims (4)

1. Geregelte kleine Kläranlage zur biologisch-chemischen Abwasser­ reinigung für Haushaltsabwässer, Industrieabwässer und Gewer­ beabwässer, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich von extremen Schwan­ kungen des chargenweise anfallenden Volumenstroms des Abwas­ sers für die sich an die biologische Reinigungsstufe anschlie­ ßenden externen Reinigungsstufen die biologische Reinigungs­ kammer oder die biologische Reinigungskammer zusammen mit der Vorklärkammer als anlageninternes Pufferbecken dienen und eine Pumpe mit oberem und unterem Schaltpunkt im Pufferbecken zur Vergleichmäßigung der hydraulischen Belastung in den nach­ folgenden Reinigungsstufen angeordnet ist.

2. Geregelte kleine Kläranlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der geregelte Abwasserablauf aus der biologi­ schen Reinigungsstufe nach Zugabe eines Flockungsmittels bzw. Flockungshilfmittels einem auf den Volumenstrom ausgelegten Rohrflocker zur chemischen Phosphateliminierung zugeführt wird.

3. Geregelte kleine Kläranlage nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleistung der Pumpe größer ist als der zu erwartende mittlere Zufluß des Abwassers zur Klär­ anlage.

4. Geregelte kleine Kläranlage nach mindestens einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Pufferbecken für Notfälle eine zweite Pumpe mit höherem, oberen Schalt­ punkt und/oder ein Notüberlauf in ein separates Becken und/oder zum Ablauf vorgesehen ist.