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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine umgebaute Kläranlage mit den Merkmalen des
Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Alte
Kläranlagen
stammen häufig
aus den 1950er oder 1960er Jahren und müssen erneuert werden, um den
aktuellen Richtlinien zu genügen. Tropfkörperanlagen
der Firma Schreiber wurden bereits in den 50er Jahren gebaut und
sind in Deutschland weit verbreitet. Diese Kompaktanlagen unterscheiden
sich von anderen Tropfkörperanlagen
dadurch, dass sämtliche
Komponenten (mit Ausnahme von Rechen und Sandfang) in einem einzigen
Bauwerk vereint sind. Die Vorteile des Schreiber-Modells liegen
im geringen Platzanspruch und der hydraulisch einwandfreien Funktionalität. Dies
ist unter anderem darauf zurückzuführen, dass
das Funktionskonzept der Anlage stets gleich war. Das Schreiber-Klärwerk, wie
zum Beispiel der in Frauenau gebaute Typ K6000, war zur Zeit des
Baus auf dem neusten Stand der Technik und erzielten deutlich bessere
Reinigungsergebnisse als zum damaligen Zeitpunkt gefordert wurden.
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Im
Laufe der letzten Jahrzehnte sind die Anforderungen an die Reinigungsleistung
bestehender Kläranlagen
jedoch deutlich gestiegen. Alte Anlagen können die vorgeschriebenen Reinigungswerte
nicht mehr erreichen. Gründe
dafür sind
beispielsweise die Änderung
der Ablaufwerte durch den Gesetzgeber, ein Anstieg der Bevölkerungszahl
im Anschlussbereich, oder geänderten
Bemessungsansätze
für Kläranlagen.
Werden die gesetzlichen Anforderungen nicht erfüllt, erhält der Anlagenbetreiber keine
wasserrechtliche Genehmigung für
diese Anlage mehr. Aus diesem Grund müssen Altanlagen erneuert bzw. durch
Neuanlagen ersetzt werden. Durch den Ersatz des alten mineralischen
Füllkörpermaterials
im Tropfkörper
bestehender Anlagen gegen eine Kunststofffüllung kann die Reinigungsleistung
bereits deutlich gesteigert werden. Dies wird u. a. in einem Artikel
von La Motta E. J. und Jimenez J. A., im Journal of Environmental
Engineering Vol. 128 Seite 764 (2002) diskutiert. Sollten die vorher
durchzuführenden
Berechnungen ergeben, dass trotz des Austausches des Tropfkörper-Füllmaterials die Ablaufwerte
nicht eingehalten werden können,
steht der Anlagenbetreiber vor der Entscheidung, die bestehende
alte Tropfkörperanlage
zu erweitern oder eine völlig
neue Kläranlage
zu konzipieren. In den letzten Jahren wurde in Deutschland überwiegend
die Variante des Neubaus von so genannten Belebungsanlagen praktiziert.
Für den
Kostenträger
bedeutet dies eine hohe finanzielle Belastung.
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Ziel
der vorliegenden Erfindung ist die kostengünstige Sanierung bestehender
Schreiber-Kläranlagen,
um Abwasser gemäß den heutigen
gesetzlichen Anforderungen zu reinigen.
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Dieses
Ziel der Erfindung wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 erreicht.
Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den abhängigen
Ansprüchen.
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In
der hier beschriebenen Erfindung werden bereits vorhandene Schreiber-Tropfkörperanlagen kostengünstig umgebaut
und erweitert. Eine Sanierung kommt dann in Frage, wenn ein Gutachten
der Bausubstanz einen ausreichend guten Zustand des Bauwerks bescheinigt.
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Unter
der Bezeichnung Schreiber-Anlage versteht man von Dr. August Schreiber
vertriebene Kläranlagen,
wie sie beispielsweise in dessen Patentanmeldung
DE 11 93 439 A und weiteren
Anmeldungen dargestellt sind.
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Die
sich im Abwasser befindlichen groben bzw. leicht sedimentierbaren
Verschmutzungen werden mithilfe eines Rechens und Sandfangs abgetrennt.
Dann wird das Abwasser zuerst klassisch einer mechanischen Reinigung
durch Grobentschlammung in einer Emscherrinne mit anschließender Feinreinigung
von sedimentierbaren Stoffen in der Vorklärung unterzogen. Der dabei
entfernte Schlamm wird in Schlammfaulräumen gesammelt. Anschließend wird
das vorgereinigte Abwasser über die
bereits vorhandenen Pumpen, die bei Bedarf ausgetauscht und erneuert
werden, nach oben gepumpt und auf den Tropfkörper geleitet. Von dort aus
wird das Abwasser über
einen Drehsprenger auf dem Tropfkörper verregnet, um eine gleichmäßige Verteilung
zu erzielen. Das Wasser durchläuft
dann den Tropfkörper
und wird durch die dort lokalisierte Biozönose biologisch gereinigt,
indem organische Komponenten im Biofilm absorbiert und metabolisiert
werden. Viele Inhaltsstoffe (freie Bakterien, Flocken und Kolloide,
etc.) adsorbieren dabei an den Biofilm in einem als Bioflockung
bekannten Prozess. Dabei bilden sich Aggregate aus Bakterien und
anderen mikroskopischen Partikel mit Hilfe z.T. natürlicher,
biologisch gebildeter Flockungsmittel. Als solche Mittel wirken
beispielsweise von den Mikroorganismen hergestellte hochpolymere
Verbin dungen und andere Makromoleküle (beispielsweise Komponenten
aus der bakteriellen Zellwand), aufgrund der von Natur aus negativ
geladenen Flockenoberfläche
aber auch Salze, die häufig
in Form von Eisen(III)- und Aluminiumverbindungen zugesetzt werden.
Der natürliche Zersetzungsprozess
(sog. Häutung)
des Biofilms führt
dazu, dass die Bioflockungsprodukte z.T. aus dem Tropfkörper ausgeschwemmt
werden. Die Abtrennung der Bioflockungsprodukte erfolgt durch Nachschalten
einer Bioflockungsstufe, bei der durch Sedimentation eine Trennung
der Biomasse inklusive adsorbierter und absorbierter Abwasserkomponenten
vom gereinigten Abwasser erzielt wird.
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Durch
den Umbau des innerhalb der Schreiber-Anlage bestehenden Nachklärbeckens
zum Belebungsbecken und dem Neubau eines den heutigen Anforderungen
entsprechenden Nachklärbeckens, werden
die Kosten bei der Sanierung im Vergleich zum kompletten Neubau
bei gleichzeitig erhöhter Reinigungsleistung
drastisch reduziert. Die bestehenden Schlammfaulräume können später als
Mehrzweckbecken für
Regenüberlauf,
Press- und Trübwasserspeicherung,
Schlammräume
und anderem dienen. Ein Schlammsilo kann als externe Einheit aufgebaut
werden.
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Das
Belebungsbecken macht sich die Fähigkeit
von Mikroorganismen (Bakterien, Proto- und Metazoen u. a.) zunutze,
die im Abwasser gelösten
organischen und anorganischen Schmutzstoffe, dazu zählen auch
Stickstoff- und Phosphorverbindungen, unter Sauerstoffzufuhr für ihren
Stoffwechsel zu verwerten und z.T. in ihren Zellen zu akkumulieren. Durch
den Eintrag mechanischer Energie findet außerdem ein Flockenwachstum
statt.
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In
dem abschließenden,
neu gebauten Nachklärbecken
erfolgt die Sedimentation der in der Belebung gebildeten Flocken.
Für eine
hohe Effizienz des Verfahrens ist die rasche und vollständige Sedimentation
des Belebtschlamms in dem neu gebauten Nachklärbecken erforderlich. Damit
dies erreicht werden kann, müssen
sich die Belebtschlammflocken im Nachklärbecken zu größeren Flockenverbänden vereinigen.
Bei diesem Vorgang, der sog. Flockung, spielen Mechanismen wie Massenanziehung,
Wasserstoffbrückenbildung
und elektrostatische Anziehung eine Rolle.
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Die
dabei entstehenden Flockenpakete sollten einen möglichst großen Durchmesser bei einer möglichst
hohen Dichte haben. Auch sollte ihre Oberfläche beim Absetzvorgang möglichst
nur geringe Strömungswiderstände erzeugen.
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Der
sich im Nachklärbecken
absetzende Belebtschlamm wird beispielsweise mithilfe einer kontinuierlich
laufenden Räumerbrücke mit
einem Bodenschild oder einer ähnlichen
Einrichtung in den Bereich des Schlammabzugs gebracht und kann dann zur
Aufrechterhaltung einer konstanten Biomasse zurück in das Belebungsbecken gepumpt
werden (Rücklaufschlamm
oder Impfschlamm). Der entstehende laufende Schlammzuwachs (Überschussschlamm)
wird kontinuierlich aus dem System entfernt und in einen Schlammspeicher
(z.B. Schlammsilo) eingebracht.
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Reine
Belebungsbeckenanlagen sind leistungsfähiger als reine Tropfkörperanlagen,
weisen jedoch einen höheren
Stromverbrauch auf. Durch die Nachschaltung eines Belebungsbeckens
hinter den Tropfkörper
(Hochlaststufe), erhält
die umgebaute Schreiber-Tropfkörperanlage
das Reinigungsniveau einer Belebungsanlage, wobei deutlich weniger Strom
(Belüftungsenergie)
verbraucht wird.
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Die
in den alten Schreiber-Tropfkörperanlagen
verwendeten mineralischen Füllstoff
können
zur Vergrößerung der
aktiven biologischen Oberfläche außerdem durch
eine Kunststofffüllung
ersetzt werden.
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Weitere
Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus
der nun folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung hervor, die als nicht einschränkendes Beispiel dient und
auf die beigefügten Zeichnungen
Bezug nimmt.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kläranlage,
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2 eine
umgebaute Schreiber-Tropfkörperanlage
mit zusätzlicher
Nachklärung
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3 zeigt
einen Vertikalschnitt durch eine umgebaute Schreiber-Anlage,
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4 zeigt
einen Vertikalschnitt durch das zum Belebungsbecken umgebaute Nachklärbecken der
umgebauten Schreiber-Anlage,
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5 zeigt
einen Horizontalschnitt durch die umgebaute Schreiber-Anlage und
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6 zeigt
eine andere Darstellung von 1 dar, bei
der die umgebaute Schreiber-Anlage in Draufsicht dargestellt ist.
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Eine
mögliche
Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Gesamt-Kläranlage 10 wird
in 1 gezeigt. Das in Rechen und Sandfang vom Grobgut gereinigte
Abwasser wird zuerst über
einen Zulauf 15 einem Vorklärbecken 20 zugeführt und
vorgereinigt. In diesem Vorklärbecken 20 setzen
sich alle sedimentierenden Bestandteile des Abwassers am Boden ab
und können
dann z. B. über
ein Räumer-
oder Schiebersystem abgezogen werden.
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Das
von groben Verschmutzungen gereinigte Abwasser wird über einen
Pumpensumpf 22 in eine umgebaute Schreiber-Tropfkörperanlage 24 gepumpt.
Dort wird es sowohl absorptiv als auch biologisch gereinigt und
zu dem zur Belebung umgebauten Nachklärbecken 44 weiter
geleitet. Das gereinigte Abwasser wird dann im Nachklärbecken 26 vom sedimentierten
Belebtschlamm abgetrennt. Ein Teil des Wassers gelangt über eineneinstellbaren
Rücklauf 16 zurück zum Pumpenschacht 22 und
durchläuft
die Reinigung durch die umgebaute Schreiber-Anlage 24 und
das Nachklärbecken 26 erneut. Der
andere Teil wird über
den Ablauf 17 der Anlage dem Vorfluter zugeführt. Der
sedimentierbare Schlammanteil wird teilweise der Belebung 44 oder einer
anderen vorgeschalteten Einheit zugeführt (Rücklaufschlamm) und teilweise
zur weiteren Stabilisierung in entsprechenden Schlammräumen als Überschussschlamm
aus dem Kreis entfernt.
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2 zeigt
wiederum eine umgebaute Schreiber-Tropfkörperanlage 24 sowie
die weitere Nachklärung
des im Tropfkörper
vorgereinigten Abwassers.
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Das
Abwasser wird in Schreiberanlage 24 eingeleitet (a). Dort
erfolgt eine mechanische Vorreinigung im Vorklärbecken 20 durch Sedimentationsprozesse
(b). Das vorgereinigte Wasser wird über Pumpen nach oben befördert (c)
und auf dem Tropfkörper 40 bspw.
durch Verregnung verteilt (d). Das Wasser fließt dann zusammen und wird zuerst
in das biologische Belebungsbecken 12 (f) und danach in das
zusätzlich
gebaute neue Nachklärbecken 14 eingeleitet
(g).
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Bei
dem biologischen Belebungsbecken 12 zur Stickstoff- und
Phosphorbeseitigung sowie Denitrifikation handelt es sich um ein
altes, bereits vorhandenes Nachklär becken, welches entsprechend umgebaut
wird. Das zusätzliche
Nachklärbecken 14 muss
hingegen neu gebaut werden.
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Die 3 bis 5 zeigen
den detaillierten Aufbau der umgebauten Schreiber-Anlage. Das Abwasser
wird über
den Zulauf 30 zunächst
der Vorklärung 20 zugeführt, wo
es eine Feinentschlammung (Feinreinigung 46) durchläuft. Eine
bestehende Emscherrinne muss in ihrer Funktion nicht beibehalten werden.
Der in der Vorklärung
sedimentierte Schlamm wird in den bestehenden Mehrzweckbecken 34 oder
in externen Schlammspeichern gesammelt.
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Das
Wasser wird dann über
den Pumpenschacht 36 mithilfe einer Druckleitung zu einem
Verteiler 38 gepumpt, der das Wasser über den Tropfkörpern 40 durch
Verregnung verteilt. Der Tropfkörper enthält normalerweise
mineralisches Füllmaterial
auf welchem sich der Biofilm befindet. Gemäß einer weiteren Ausführung der
Erfindung kann es jedoch gegen Kunststoffmaterial mit einer größeren Oberfläche und
damit einer höheren
Belastungskapazität
ausgetauscht werden. Das Wasser läuft von oben nach unten durch
den Tropfkörper
und wird dabei durch die Mikroorganismen gereinigt, indem diese
organische und/oder anorganische Bestandteile des Abwassers absorbieren
und für
ihren Stoffwechsel verwenden oder aber zur Ausflockung von Verschmutzungen
in einem so genannten Bioflockungs-Prozess führen.
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Das
vollbiologisch gereinigte Abwasser wird anschließend in ein Belebungsbecken 44 geleitet. Bei
diesem handelt es sich um das frühere
Nachklärbecken,
welches entsprechend umgebaut und mit einer Belüftungsanlage nachgerüstet wurde.
Im Belebungsbecken 44 wird das Abwasser noch einmal von organischen
und anorganischen Inhaltsstoffen gereinigt, indem die Mikroorganismen
diese Komponenten, dazu zählen
vor allem Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen, unter Sauerstoffzufuhr
für ihren Stoffwechsel
verwerten. Auch der Betrieb unter anoxischen Bedingungen ist möglich. Des
weiteren tragen adsorptive Prozesse zur Reinigungsleistung bei.
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Damit
erhält
die umgebaute Schreiber-Anlage das Reinigungsniveau einer Belebungsbeckenanlage,
wobei deutlich weniger Strom verbraucht wird und kein arbeits- und kostenintensiver
Abriss mit anschließendem
Komplett-Neubau erfolgen muss.
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Das
in zwei Stufen biologisch gereinigt Abwasser wird anschließend in
ein neu gebautes Nachklärbecken 26 geleitet,
wo der Bioschlamm sedimentiert und aufgrund der Trichterform gut
abgetrennt werden kann. Ein Teil des gereinigten Abwassers wird über einen
Rücklauf 16 dem
Reinigungskreislauf über
den Pumpenschacht 22 zugeführt. Es durchläuft die
Reinigung in der umgebauten Schreiber-Anlage 24 erneut,
bevor es anschließend
vom Nachklärbecken 26 aus über einen
Ablauf 17 wieder dem Vorfluter zugeführt wird.
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Der
abgetrennte überschüssige Belebtschlamm
wird in das Vorklärbecken 20 zurückgeführt. Gemäß einer
weiteren Ausführung
der Erfindung kann der überschüssige Schlamm
auch komplett dem Kreislauf entnommen werden und beispielsweise
in einem separaten Faulturm gespeichert und ausgefault werden.