-
Die
Erfindung betrifft eine Kläranlage
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
-
Kläranlagen
dieser Gattung werden häufig als
Kleinkläranlagen
für einzelne
oder einige Gebäude
oder versiegelte Flächen
eingesetzt, die nicht an eine Großkläranlage angeschlossen sind.
Das Abwasser wird in diesen Kleinkläranlagen zumindest so weit
gereinigt und geklärt,
dass es im Boden versickern oder in ein Gewässer eingeleitet werden kann. Die
Kläranlage
wird als sogenannte SBR-Kläranlage (Sequence
Batch Reactor) betrieben. Bei einer solchen SBR-Kläranlage
wird das in der Regel schubweise anfallende Abwasser in einem Pufferbecken gesammelt.
In einem vorgegebenen Zyklus wird das Abwasser in einem Füllintervall
aus dem Pufferbecken in einen Reaktorbehälter gepumpt, in welchem eine
biologische Klärung
stattfindet. In diesem Reaktorbehälter wird für ein vorgegebenes Belüftungsintervall
Luft durch das Wasser geleitet, um die die Schadstoffe abbauenden
Bakterien zu beleben. Anschließend
an das Belüftungsintervall
wird ein Ruheintervall eingeschoben, in welchem die Schwebestoffe
sedimentieren können.
In einem anschließendem
Abzugintervall wird das Klarwasser in einen Ablauf gepumpt, der
zur Versickerung, in ein Gewässer
oder dergleichen führt.
Ggf. kann der sich am Boden des Reaktorbehälters absetzende Sekundärschlamm
abgesaugt und entsorgt oder in das Pufferbecken zurückgepumpt
werden.
-
Da
insbesondere bei bewohnten Gebäuden der
Abwasseranfall und die Schmutzbefrachtung des Abwassers starken
tageszeitlichen Schwankungen unterworfen ist, haben solche SBR-Kleinkläranlagen gegenüber kontinuierlich
durchströmten
Kläranlagen den
Vorteil, dass die Stossbelastungen ausgeglichen werden und der Energieverbrauch
erheblich reduziert wird. In der Regel werden solche SBR-Kleinkläranlagen
in einem festen vorgegebenen Zeitzyklus gesteuert. Das Befüllen des
Reaktorbehälters
durch Überpumpen
des Abwassers aus dem Pufferbecken erfolgt über ein festes zeitliches Füllintervall.
Ebenso erfolgt das Belüften
des Wassers in dem Reaktorbehälter über ein
festes zeitliches Belüftungsintervall und
schließlich
erfolgt auch das Abpumpen des Klarwassers aus dem Reaktorbehälter in
den Ablauf über ein
festes zeitliches Abzugintervall. Diese zeitlichen Intervalle können bei
der Installation dem jeweiligen durchschnittlichen Abwasseranfall
entsprechend programmiert werden. Dabei läuft dieser zeitliche Zyklus mit
den Energie verbrauchenden Pumpvorgängen unabhängig von dem tatsächlichen
Abwasseranfall ab. Dies bedeutet, dass bei einem reduzierten Abwasseranfall,
z. B. wenn Bewohner der Gebäude
für längere Zeit
abwesend sind, unnötig
Energie für
die Pumpvorgänge
verbraucht wird.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kläranlage
der eingangs genannten Gattung dahingehend zu verbessern, dass der
Energieverbrauch reduziert und ein unnötiger Energieverbrauch möglichst
vermieden wird.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Kläranlage
mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
-
Vorteilhafte
Ausführungen
und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Kläranlage
wird von einer zyklischen Steuerung der Pumpen ausgegangen. Es wird
jedoch die tatsächlich
anfallende Abwassermenge ermittelt. Fällt nur eine geringe Abwassermenge
oder überhaupt
kein Abwasser an, z. B. weil ein Teil der Bewohner oder sämtliche
Bewohner der Gebäude
ab wesend sind, wie dies beispielsweise in der Ferienzeit der Fall
sein kann, so werden die Energie verbrauchenden Pumpvorgänge zeitlich
eingeschränkt,
indem die entsprechenden Zeitintervalle verkürzt werden.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Kläranlage
werden Druckluftpumpen, insbesondere Mammut-Pumpen, verwendet, um
das Abwasser und ggf. den Klärschlamm
zu pumpen. Solche Druckluftpumpen haben den Vorteil, dass keine
beweglichen mechanischen Teile oder elektrischen Komponenten sich
in dem Abwasser befinden, die durch chemisch aggressive oder abrasive
Bestandteile des Abwassers angegriffen und geschädigt werden können. Die
Verwendung solcher Druckluftpumpen macht es möglich, die tatsächlich anfallende
Abwassermenge in einfacher Weise dadurch zu messen, dass der Füllstand
in dem Reaktorbehälter über den
Systemdruck gemessen wird, den die von der Druckluftquelle, z. B. einem
Kompressor, für
die Belüftung
zugeführte
Luft überwinden
muss. Hierzu kann in einfacher Weise ein Drucksensor verwendet werden,
der in der Druckluftleitung von der Druckluftquelle zu der Belüftungseinrichtung
angeordnet ist. Fällt
die der Auslegung der Kläranlage
zugrunde gelegte durchschnittliche Abwassermenge an, so ergibt sich
beim Abpumpen des Abwassers aus dem Pufferbecken in den Reaktorbehälter ein
gewisser Füllstand
in dem Reaktorbehälter,
der der zu klärenden
und anschließend
abzuführenden
Wassermenge entspricht. Fällt
nur eine geringe Abwassermenge oder überhaupt kein Abwasser an,
so fördert
die Füllpumpe
auch kein Abwasser aus dem Pufferbecken in den Reaktorbehälter. Dementsprechend
wirkt nur ein geringer Systemdruck der Luftzuführung in dem Belüftungsintervall entgegen.
Der Drucksensor stellt diesen geringen Systemdruck und damit den
niedrigen Füllstand
fest, worauf die Steuerung auf einen Sparmodus bzw. einen sog. Ferienbetrieb
umgeschaltet wird. In diesem Sparmodus werden die zeitliche Dauer
des Füllinter valls,
des Belüftungsintervalls
und des Abzugsintervalls gekürzt,
sodass die Energie verbrauchenden Pumpvorgänge stark reduziert werden.
Das Sedimentationsintervall, in welchem die Kläranlage ruht und der Kompressor
abgeschaltet ist, wird komplementär hierzu zeitlich ausgedehnt.
Zu Beginn des Belüftungsintervalls
wird auf diese Weise der Füllstand
in dem Reaktorbehälter
gemessen. Unterschreitet dieser Füllstand einen vorgegebenen
Mindestwert, so schaltet die Steuerung auf den Sparmodus. Wird bei
einem späteren
Steuerzyklus wieder ein höherer
Füllstand
während
des Belüftungsintervalls
festgestellt, so schaltet die Steuerung wieder auf den Normalbetrieb.
In der Regel ist es ausreichend, zwischen einem Normalbetrieb mit
festen Zeitintervallen und einem Sparmodus mit ebenfalls festen
geänderten
Zeitintervallen umzuschalten. Es ist jedoch auch möglich, entsprechend
unterschiedlichen Füllstandshöhen und
damit unterschiedlichen anfallenden Abwassermengen unterschiedliche
Zeitintervalle für
den Pumpenbetrieb zu programmieren. Dies kann bspw. dann zweckmäßig sein,
wenn die an die Kläranlage
angeschlossenen Gebäude über längere zusammenhängende Zeitspannen
von einer unterschiedlichen Anzahl von Personen bewohnt werden.
-
Ein
weiterer Vorteil der Messung des Füllstandes in dem Reaktorbehälter durch
die Messung des Systemdrucks in der Belüftungsleitung besteht darin,
dass ein Hochwasseralarm ausgelöst
werden kann, wenn der Wasserpegel in dem Reaktorbehälter und
damit in der Kläranlage über einen
vorgegebenen Maximalwert ansteigt, z. B. weil Funktionsstörungen der
Pumpen auftreten, der Ablauf verstopft ist oder zu große Abwassermengen
anfallen.
-
Vorzugsweise
wird die Kläranlage
als Kleinkläranlage
ausgebildet, bei welcher das Pufferbecken und der Reaktorbehälter in einem
gemeinsamen Behälter
aus Beton oder Kunststoff angeordnet sind. Bei einer Neuerrichtung
der Kläranlage
können die
Pumpen in diesem Behälter
vormontiert sein. Es ist auch möglich,
eine bestehende Kläranlage
(Faulgrube) in der erfindungsgemäßen Weise
nachzurüsten.
Hierzu ist es von Vorteil, wenn die benötigten Pumpen auf einem gemeinsamen
Träger
montiert sind, der dann komplett in die vorhandene Kläranlage eingesetzt
werden kann. Dadurch wird die Montage vereinfacht und erleichtert
und das Nachrüsten
kann kostengünstig
durchgeführt
werden.
-
Der
erfindungsgemäße Grundaufbau
der Kleinkläranlage,
der die behördlichen
Mindestanforderungen erfüllt,
kann bei Bedarf modulartig ergänzt und
funktionsmäßig erweitert
werden. Für
erhöhte Anforderungen
und sensible Einleitungen des Abwassers in den Untergrund oder ein
Oberflächengewässer kann
zusätzlich
eine Nitrifikation vorgesehen werden. Für die Einleitung in Wasserschutzzonen
mit besonderen Anforderungen an den Reststickstoffgehalt des Abwassers
kann die Kläranlage
mit Nitrifikation und Denitrifikation ausgestattet werden. Weiter können zusätzliche
Dosierpumpen für
die Zugabe von Zusatzmitteln zur Nährstoffelimination, insbesondere
zur Phosphat-Entfernung
verwendet werden. Es ist auch möglich,
das geklärte
Abwasser als Betriebswasser z. B. für die Gartenbewässerung
und die Toilettenspülung
usw. zu benutzen, wobei vorzugsweise eine zusätzliche Membraneinheit zur
Filterung und Reinigung des geklärten
Abwassers verwendet wird.
-
Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 eine
Draufsicht auf eine Kläranlage gemäß der Erfindung,
-
2 einen
Schnitt gemäß der Linie
A-A in 1,
-
3 einen
Schnitt gemäß der Linie
B-B in 1 und
-
4 einen
Schnitt gemäß der Linie
C-C in 1.
-
Die
in der Zeichnung dargestellte Kläranlage ist
als SBR-Kleinkläranlage
ausgebildet. Sie weist einen aus Beton oder Kunststoff bestehenden
Behälter 10 auf,
der in den Erdboden versenkt ist und durch einen Konus 12 abgedeckt
ist. Der Konus 12 weist eine obere Öffnung auf, die durch einen
Deckel verschließbar
ist.
-
Der
Behälter 10 ist
durch eine vertikale diametral verlaufende Trennwand 14 in
ein Pufferbecken 16 und einen Reaktorbehälter 18 unterteilt.
Das aus einem oder mehreren Gebäuden,
einer versiegelten Fläche
oder dergleichen gesammelte Abwasser wird dem Pufferbecken 16 über einen
Zulauf 20 zugeführt,
der nahe dem oberen Rand des Behälters 10 in
diesen mündet,
jedoch tiefer liegt als die Oberkante der Trennwand 14.
-
Ein
Ablauf 22 führt
aus dem Reaktorbehälter 18 durch
die Wandung des Behälters 10 zu
einer Versickerung, einem Gewässer
oder dergleichen. Der Ablauf 22 liegt tiefer als die Oberkante
der Trennwand 14 und auch etwas tiefer als der Zulauf 20.
-
Eine
Füllpumpe 24,
die als Mammutpumpe ausgebildet ist, ist in dem Pufferbecken 16 angeordnet.
Wie am Besten in 2 zu erkennen ist, endet das
Steigrohr 26 der Füllpumpe 24 unten
mit einem nach oben abgebogenen Schenkel auf einer mit „Puffer
min." bezeichneten
Höhe. Der
nach oben weisende Schenkel des Steigrohres 26 ist durch
ein Schutzrohr 28 umschlossen, wel ches den freien Zutritt
des Wassers zu dem unteren Eintrittsende des Steigrohres 26 zulässt, jedoch
grobere Schmutz-Schwebeteile
daran hindert, von dem Steigrohr 26 angesaugt zu werden.
Das obere Ende des Steigrohres 26 ist über die Oberkante der Trennwand 14 gebogen
und endet über
dem Reaktorbehälter 18.
Ein Luftrohr 30 zur Zuführung
von Druckluft mündet
in das Steigrohr 26 an dessen unterem Ende unterhalb der
nach oben weisenden Eintrittsöffnung.
-
In
dem Reaktorbehälter 18 ist
eine Belüftungseinrichtung
angeordnet, die einen am Boden des Reaktorbehälters 18 angeordneten
Tellerbelüfter 32 aufweist,
dem Druckluft über
ein Luftrohr 34 zugeführt
wird.
-
Weiter
ist in dem Reaktorbehälter 18 eine Abzugpumpe 36 angeordnet,
die ebenfalls als Mammut-Pumpe ausgebildet ist. Die Abzugpumpe 36 weist
ein Steigrohr 38 auf, dessen unteres Ende U-förmig nach
oben gebogen ist, sodass sich die untere Eintrittsöffnung des
Steigrohrs 38 auf einer mit „SBR min." bezeichneten Höhe befindet. Die Eintrittsöffnung des
Steigrohrs 38 ist durch ein Schutzrohr 40 umschlossen,
welches das freie Zufließen
von Wasser ermöglicht,
jedoch das Ansaugen von gröberen
Schwebepartikeln verhindert. Das obere Austrittsende des Steigrohres 38 ist
abgebogen und endet über
dem Ablauf 22, der das aus dem Steigrohr 38 austretende
Wasser aufnimmt. Ein Luftrohr 42 führt Druckluft dem unteren Ende
des Steigrohres 38 der Abzugpumpe 36 zu.
-
Schließlich ist
in dem Reaktorbehälter 18 eine
Sekundärschlammpumpe 44 angeordnet,
die ebenfalls als Mammut-Pumpe ausgebildet ist. Das Steigrohr 46 der
Sekundärschlammpumpe 44 mündet unten
am Boden des Reaktorbehälters 18.
Das obere Ende des Steigrohres 46 ist über die Oberkante der Trennwand 14 ge bogen
und mündet über dem Pufferbecken 16.
Ein Luftrohr 48 führt
Druckluft dem unteren Ende des Steigrohres 46 der Sekundärschlammpumpe 44 zu.
-
Eine
Druckluftquelle, die vorzugsweise als Kompressor 50 ausgebildet
ist, erzeugt Druckluft, die über
eine Druckleitung 52 einem Ventilverteiler 54 zugeführt wird.
Der Ventilverteiler 54, vorzugsweise ein Magnetventilverteiler,
führt die
Druckluft über
vier Ventile steuerbar dem Luftrohr 30 der Füllpumpe 24, dem
Luftrohr 34 des Tellerbelüfters 32, dem Luftrohr 42 der
Abzugpumpe 36 oder dem Luftrohr 48 der Sekundärschlammpumpe 44 zu.
In der Druckleitung 52 ist ein Drucksensor 56 angeordnet,
der den der Druckluft entgegenwirkenden Systemdruck misst und den
gemessenen Druckwert einer Steuerung 58 zuführt, welche
den Kompressor 50 und den Ventilverteiler 54 steuert.
-
Die
Kleinkläranlage
arbeitet in folgender Weise:
Das gesammelte Abwasser wird über den
Zulauf 20 in das Pufferbecken 16 eingeleitet.
Das im Allgemeinen schubweise anfallende Abwasser füllt dabei
den Pufferspeicher je nach der jeweils anfallenden Menge. Der durch
das untere Eintrittsende des Steigrohres 26 der Füllpumpe 24 bestimmte
Mindestwasserspiegel „Puffer
min." in dem Pufferbecken 16 liegt
dabei deutlich über
dem Boden des Pufferbeckens 16. Dadurch wirkt das Pufferbecken 16 als
Vorklärung, indem
sich grobe Schmutzpartikel am Boden des Pufferbeckens 16 absetzen
können.
Der am Boden des Pufferbeckens 16 sedimentierende Primärschlamm
kann bei Bedarf abgesaugt und entsorgt werden.
-
Die
Klärung
des Abwassers erfolgt in einem in der Steuerung 58 programmierbar
gespeicherten Zeitzyklus, der bspw. sechs Stunden beträgt, also viermal
täglich
abläuft.
Zu Beginn des Zyk lus wird der Füllpumpe 24 von
dem Kompressor 50 über
den Ventilverteiler 54 Druckluft für die zeitliche Dauer eines Füllintervalls
zugeführt.
Dadurch wird das Abwasser, welches sich in dem Pufferbecken 16 seit
dem letzten Füllintervall
angesammelt hat, durch die Füllpumpe 24 in
den Reaktorbehälter 18 gepumpt,
bis der Pegelstand in dem Pufferbecken 16 auf die Höhe „Puffer min." abgesunken ist,
in welcher sich das untere Eintrittsende des Steigrohres 26 befindet.
Die zeitliche Dauer des Füllintervalls
ist so programmiert, dass die Abwassermenge abgepumpt werden kann,
die dem durchschnittlichen Abwasseranfall „Puffer max." innerhalb des Zeitzyklus
entspricht. Fällt
weniger Abwasser an, so arbeitet die Füllpumpe 24 einen Teil des
Füllintervalls
leer. Fallen weit überdurchschnittliche
Wassermengen an, so kann sich das Pufferbecken 16 über den
durchschnittlichen Pegelstand von „Puffer max." füllen. Im
Extremfall kann das Abwasser in dem Pufferbecken 16 bis
auf die Höhe
der Oberkante der Trennwand 14 ansteigen und über die Trennwand 14 oder
einen im oberen Rand der Trennwand 14 vorgesehenen Notüberlauf 60 in
den Reaktorbehälter 18 überlaufen
und von dort im Extremfall ungeklärt in den Ablauf 22 gelangen.
-
Nach
dem Ende des Füllintervalls
schaltet die Steuerung 58 den Ventilverteiler 54 um,
sodass die Druckluft des Kompressors 50 dem Tellerbelüfter 32 zugeführt wird.
Dadurch wird dem Wasser in dem Reaktorbehälter 18 Luft zugeführt, die
in dem Wasser verteilt aufsteigt und dieses belüftet. Dadurch werden die für den Abbau
der in dem Abwasser enthaltenen Schadstoffe notwendigen Bakterien
belebt und die biologische Klärung
gefördert.
Diese Belüftung
wird über
ein vorgegebenes programmiertes zeitliches Belüftungsintervall durchgeführt.
-
Anschließend an
dieses Belüftungsintervall schaltet
die Steuerung 58 den Kompressor 50 für ein zeitlich
programmiertes Sedimentationsintervall ab. In diesem Sedimentationsintervall
wird das Klärwasser
in dem Reaktorbehälter 18 biologisch
geklärt
und die Abbauprodukte setzen sich am Boden des Reaktorbehälters 18 ab.
-
Anschließend an
dieses Sedimentationsintervall wird am Ende des Zyklus der Kompressor 50 durch
die Steuerung 58 wieder eingeschaltet und der Ventilverteiler 54 wird
umgeschaltet, um Druckluft der Abzugpumpe 36 zuzuführen. Die
Abzugpumpe 36 pumpt nun das geklärte Abwasser aus dem Reaktorbehälter 18 in
den Ablauf 22, sodass dieses geklärte Abwasser einer Versickerung,
einem Gewässer
oder dergleichen zugeführt
wird.
-
Bei
Bedarf kann auch in einem weiteren zeitlichen Intervall durch die
Steuerung 58 der Ventilverteiler 54 auf die Sekundärschlammpumpe 44 umgeschaltet
werden, um den am Boden des Reaktorbehälters 18 sedimentierten
Sekundärschlamm
in das Pufferbecken 16 zurück zu pumpen.
-
Der
in der Druckleitung 52 angeordnete Drucksensor 56 misst
jeweils den Systemdruck, der der von dem Kompressor 50 erzeugten
Druckluft entgegenwirkt. Vorzugsweise wird dabei für die Steuerung 58 der
Systemdruck gemessen und verwertet, der in dem Belüftungsintervall
ansteht. Dieser Systemdruck entspricht dem Füllstand des Reaktorbehälters 18 nach
dem Füllintervall,
wenn das seit dem letzten Zyklus angefallene Abwasser aus dem Pufferbecken 16 in
den Reaktorbehälter 18 gepumpt
ist. Bei einem durchschnittlichen Abwasseranfall schwankt dieser
Füllstand
in dem Reaktorbehälter 18 zwischen
einem maximalen Füllstand „SBR max." und dem minimalen
Füllstand „SBR min.". Wird durch den
Drucksensor 56 ein Füllstand
in dem Reaktorbehälter 18 innerhalb
dieser Grenzen gemessen, so bedeutet dies, dass die regelmäßig anfallende
Abwassermenge zuläuft
und die Steuerung 58 schaltet den zeitlichen Zyklus mit
den entsprechend diesem durchschnittlichen Abwasseranfall programmierten festen
Zeitintervallen für
das Belüftungsintervall,
das Sedimentationsintervall und das Abzugintervall.
-
Ergibt
die Druckmessung mittels des Drucksensors 56, dass der
Füllstand
in dem Reaktorbehälter 18 auf
dem Mindeststand „SBR
min." steht, so
bedeutet dies, dass seit dem letzten Abzugintervall kein Abwasser
in das Pufferbecken 16 zugelaufen ist und dementsprechend
auch kein Abwasser durch die Füllpumpe 24 aus
dem Pufferbecken 16 in den Reaktorbehälter 18 gepumpt werden
konnte. In diesem Falle, der z. B. bei längerer Abwesenheit der die
Gebäude
bewohnenden Personen auftritt, schaltet die Steuerung 58 automatisch
auf den sog. Sparmodus. In diesem Sparmodus wird die zeitliche Dauer
des Füllintervalls,
des Abzugintervalls und vorzugsweise auch des Belüftungsintervalls
stark reduziert. Diese Zeitintervalle, in welchen der Kompressor 50 in
Betrieb ist und Energie verbraucht, werden daher zeitlich reduziert
zu Gunsten des Sedimentationsintervalles, in welchem der Kompressor 50 außer Betrieb ist
und somit die Kläranlage
keine Energie verbraucht.
-
Erst
wenn der Drucksensor 56 bei einem der folgenden Zyklen
anzeigt, dass der Füllstand
in der Kläranlage
wieder ansteigt, d. h. dass wieder Abwasser anfällt, schaltet die Steuerung 58 wieder
auf den programmierten Normalbetrieb.
-
Weiter
kann der Drucksensor 56 dazu verwendet werden anzuzeigen,
dass der Füllstand
in dem Reaktorbehälter 18 über den
maximalen Füllstand „SBR max." angestiegen ist.
In diesem Falle kann die Steuerung 58 ein sog. „Hochwasser-Alarmsignal" auslö sen, welches
anzeigt, dass mehr Abwasser anfällt
als der Programmierung der Steuerung entspricht oder dass ein Defekt
in der Kläranlage
vorliegt.
-
- 10
- Behälter
- 12
- Konus
- 14
- Trennwand
- 16
- Pufferbecken
- 18
- Reaktorbehälter
- 20
- Zulauf
- 22
- Ablauf
- 24
- Füllpumpe
- 26
- Steigrohr
- 28
- Schutzrohr
- 30
- Luftrohr
- 32
- Tellerbelüfter
- 34
- Luftrohr
- 36
- Abzugpumpe
- 38
- Steigrohr
- 40
- Schutzrohr
- 42
- Luftrohr
- 44
- Sekundärschlammpumpe
- 46
- Steigrohr
- 48
- Luftrohr
- 50
- Kompressor
- 52
- Druckleitung
- 54
- Ventilverteiler
- 56
- Drucksensor
- 58
- Steuerung
- 60
- Notüberlauf