DE202022100481U1

DE202022100481U1 - Anlage zur Behandlung von Abwasser in einem Klärbecken sowie Wartungseinrichtung für eine solche Anlage

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Publication number: DE202022100481U1
Application number: DE202022100481.1U
Authority: DE
Original assignee: Rudolf Messner Umwelttechnik AG
Current assignee: Rudolf Messner Umwelttechnik AG
Priority date: 2022-01-27
Filing date: 2022-01-27
Publication date: 2022-02-09
Anticipated expiration: 2032-01-28

Abstract

Anlage zur Behandlung von Abwasser in einem Klärbecken (3), wobei im Klärbecken (3) Belüftungselemente (6) zur Belüftung des Abwassers vorgesehen sind und die Belüftungselemente (6) eine elastische Membran (7) mit Luftaustrittsöffnungen aufweisen und an ein Rohrsystem (8) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wartungseinrichtung (30) vorgesehen ist, welche zumindest einen Sensor (34 A, B) zur Erfassung der Strömungsverhältnisse im Rohrsystem (10) aufweist, wobei die Wartungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass in Abhängigkeit von Messwerten des zumindest einen Sensors (34 A, B) ein Wartungssignal abgegeben wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Behandlung von Abwasser in einem Klärbecken, wobei im Klärbecken Belüftungselementen angeordneten sind, die eine elastische Membran mit Luftaustrittsöffnungen aufweisen und an ein Rohrsystem angeschlossen sind. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Wartungseinrichtung für eine solche Anlage.
Eine derartige Anlage ist beispielsweise aus der DE 199 03 035 C2 zu entnehmen. Bei Kläranlagen wird das im Klärbecken befindliche Abwasser regelmäßig mit Hilfe von bodenseitig angeordneten Belüftungselementen mit Sauerstoff versorgt, indem über die Belüftungselemente Luft eingeblasen wird. Die Belüftungselemente weisen hierzu die elastische Membran auf, welche die porenartigen Luftaustrittsöffnungen aufweisen, über die die Luft austreten kann. Diese Belüftungselemente sind regelmäßig an einem Luftversorgungssystem angeschlossen, über welches die erforderliche Druckluft den Belüftungselementen zugeführt wird.
Die Sauerstoffversorgung ist für die Abwasserreinigung mit Hilfe der im Abwasser vorhandenen Mikroorganismen erforderlich. Für die Abwasserreinigung ist im Abwasser ein bestimmter Sauerstoffgehalt erforderlich. Über die Belüftung wird insbesondere auf einen gewünschten Sollwert des Sauerstoffgehalts geregelt. Während einer Belüftungsphase stellt sich dabei typischerweise ein zumindest weitgehend konstanter Betriebs-Luftstrom ein, welcher eingeblasen wird.
Eine derartige Belüftungsphase wird auch als Nitrifikationsphase bezeichnet, da während dieser Phase die Mikroorganismen das im Abwasser enthaltene Ammonium (NH4) unter Verbrauch von Sauerstoff in Nitrat (NO3) umwandeln. Für den Klärprozess ist ergänzend eine sich an die Nitrifikationsphase anschließende Denitrifikationsphase erforderlich, bei der die Mikroorganismen mangels freiem gelöstem Sauerstoff den Sauerstoff aus dem Nitrat umsetzen. Diese beiden Betriebsweisen, also die Nitrifikation und die Denitrifikation, können in getrennten Becken oder auch in einem gemeinsamen Becken durchgeführt werden. Im letztgenannten Fall wechseln sich intermittierend Belüftungsphasen mit kontinuierlicher Belüftung und Denitrifikationsphasen ab, bei denen die kontinuierliche Belüftung abgestellt ist, so dass sich jeweils an die Belüftungsphase eine unbelüftete Phase anschließt.
Während des Klärprozesses kommt es regelmäßig zu biologischen und/oder mineralischen Ablagerungen an der Oberfläche der Membran, welche den Luftaustritt aus den Luftaustrittsöffnungen beeinflussen. Das Problem der Ablagerung tritt insbesondere während der unbelüfteten Phasen auf. Zur Vermeidung von zumindest übermäßigen Ablagerungen während solcher unbelüfteter Phasen ist gemäß der DE 199 03 035 C2 während der unbelüfteten Phasen eine sogenannte Impulsbelüftung vorgesehen, bei der mit Hilfe von kurzfristigen Belüftungsimpulsen Luft eingeblasen wird. Durch die Belüftungsimpulse wird das Abwasser aufgewirbelt, wodurch den Ablagerungen entgegengewirkt ist.
Beim Betrieb der Anlage und der Belüftungselemente kann es dennoch im Luftversorgungssystem zu einer Erhöhung des notwendigen Betriebsdruckes kommen. Dieser erhöhte Gegendruck ist im Allgemeinen auf eine Belagbildung auf der Membran und auf den Luftaustrittsöffnungen zurückzuführen. Erhöhte Betriebsdrücke führen zu einem unerwünschten erhöhten Energieverbrauch. Zudem besteht langfristig die Gefahr einer Verdehnung/Beschädigung der Membran. Auch können die erhöhten Betriebsdrücke zu einer Überforderung von Gebläsen führen, die zur Erzeugung der Druckluft eingesetzt sind.
Um die Lebensdauer solcher Anlage zu erhöhen, sind regelmäßige Wartungen vorgesehen.
Zum einen wird regelmäßig, beispielsweise zweimal täglich, eine Druckentlastung der ansonst dauerhaft unter Spannung stehenden, aufgeblähten Membran durchgeführt. Bei plattenförmigen Belüftungselementen führt dies zu einem Ablegen der Membran auf einer Grundplatte des Belüftungselements. Durch das elastische Dehnen und Entspannen wird ein Walken der Membran erreicht, was zu einer Entfernung des durch die Ablagerungen hervorgerufenen Belags führt.
Zur Druckentlastung sind unmittelbar im Bereich des Klärbeckens Entlastungsventile am Rohrsystem angebracht. Der Aufwand für eine automatische Ansteuerung der Entlastungsventile speziell bei bestehenden Anlagen, die nachgerüstet werden sollen, ist hoch. Dies liegt unter anderem daran, dass Steuerleitungen zur Ansteuerung der Steuerventile von einer zentralen Anlagensteuerung, welche üblicherweise als eine SPS-Steuerung ausgebildet ist, von einem Betriebsgebäude teilweise bis zu 100 m an den Rand des Klärbeckens geführt werden müssen. Bei bestehenden Anlagen ist dies häufig mit teuren Erdarbeiten verbunden, bei denen teilweise Fahr- oder Gehwege aufgerissen werden müssen. Grundsätzlich besteht natürlich die Möglichkeit einer manuellen Initialisierung einer solchen Druckentlastung. Bei einer solchen ist jedoch die zuverlässige und bedarfsgerechte Durchführung nicht gewährleistet.
Im Laufe der Zeit können sich zudem hartnäckige Ablagerungen bilden, welche durch derartige Druckentlastungs-Maßnahmen nicht entfernt werden können und die daher zu einer Erhöhung des Betriebsdrucks führen.
Speziell für solche Fälle ist es bekannt, in das Rohrsystem während der Belüftung ein Reinigungsmittel, typischerweise eine Säure, wie beispielsweise Essigsäure oder Ameisensäure einzudosieren. Hierzu sind spezielle Dosierdüsen vorgesehen, mit deren Hilfe die Essigsäure vernebelt wird und über den Luftstrom den Belüftungselementen von Innen zugeführt wird. Beim Durchtritt durch die Lüftungsöffnungen der Membran werden diese durch die Säure von den oberflächlichen Ablagerungen in den Lüftungsöffnungen befreit. Die Essigsäuredosierung wird üblicherweise über einen Zeitraum von mehreren Stunden durchgeführt. Bei einer manuellen Bedienung muss ein Bediener zum einen zuverlässig und rechtzeitig die Dosierung einleiten und zudem den Dosierprozess fortwährend im Auge behalten. Bei einer solchen manuellen Bedienung ist die zuverlässige und bedarfsgerechte Durchführung derartiger Wartungsarbeiten nicht gewährleistet.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige Durchführung von erforderlichen Wartungsarbeiten bei geringem Installationsaufwand sicherzustellen.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Anlage zur Behandlung von Abwasser in einem Klärbecken.
Innerhalb des Klärbeckens sind typischerweise am Boden Belüftungselemente angeordnet, mit deren Hilfe das Abwasser belüftet wird. Diese Belüftungselemente weisen eine elastische Membran mit porenartigen Luftaustrittsöffnungen auf. Die Belüftungselemente sind an ein Rohrsystem angeschlossen, welches Bestandteil eines (Druck-) Luftversorgungssystems ist.
Weiterhin ist zumindest eine Wartungseinrichtung vorgesehen, welche zumindest einen Sensor zur Erfassung der Strömungsverhältnisse im Rohrsystem aufweist. Beim Betrieb der Anlage ist der zumindest eine Sensor daher am oder im Rohrsystem montiert. Die Wartungseinrichtung umfasst weiterhin eine Wartungseinheit, wobei diese dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von Messwerten des Sensors ein Wartungssignal abzugeben. Speziell ist die Wartungseinheit auch dazu ausgebildet, eine definierte Wartungsmaßnahme automatisch einzuleiten.
Die Aufgabe wird gemäß Erfindung weiterhin gelöst durch eine solche Wartungseinrichtung, welche zur Anordnung bei einer solchen Anlage ausgebildet ist. Die Wartungseinrichtung weist den zumindest einen Sensor sowie zumindest eine Wartungseinheit auf.
Die nachfolgend im Hinblick auf die Anlage angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch jeweils auf die Wartungseinrichtung zu übertragen.
Die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen gehen von der Überlegung aus, dass insbesondere alleine auf Basis der überwachten Strömungsverhältnisse zuverlässig und automatisiert Wartungssignale abgebeben und auch Wartungsmaßnahmen initiiert werden können und auch werden. Beispielsweise wird anhand der Strömungsverhältnisse innerhalb des Rohrsystems zuverlässig erkannt, ob aktuell eine unbelüftete Phase vorliegt oder eine Belüftungsphase. Während einer unbelüfteten Phase wird dann beispielsweise als Wartungsmaßnahme die zuvor beschriebene Druckentlastung durchgeführt.
Von besonderem Vorteil ist weiterhin, dass der Installationsaufwand für eine solche Wartungseinrichtung sehr geringgehalten werden kann. Da die Abgabe des Wartungssignals und die Initiierung einer Wartungsmaßnahme insbesondere allein in Abhängigkeit der Messwerte des Sensors erfolgen, ist keine datentechnische Verbindung mit einer zentralen Steuereinheit einer Anlagensteuerung und insbesondere auch keine Verlegung einer Signalleitung erforderlich und insbesondere auch nicht vorgesehen. Insbesondere ist auf eine Ansteuerung und Initiierung der nachfolgend noch genauer beschriebenen Wartungsmaßnahme durch eine solche zentrale Steuereinheit verzichtet.
In bevorzugter Ausgestaltung ist daher die Wartungseinrichtung insgesamt autonom und unabhängig von einer solchen zentralen Steuereinheit, über die regelmä-ßig die Belüftung des Abwassers gesteuert wird. Unter Steuerung der Belüftung wird hierbei die Steuerung des durch das Rohrsytem strömenden Luftstroms verstanden und insbesondere ein Wechsel zwischen Belüftungsphasen und unbelüfteten Phasen. Während einer Belüftungsphase wird der Luftstrom dabei typischerweise in Abhängigkeit eines Sauerstoffgehalts im Abwasser gesteuert oder geregelt. Insgesamt wird durch diese autonome Ausbildung der Wartungseinrichtung speziell bei einer Nachrüstung von bestehenden Anlagen der erforderliche Installationsaufwand geringgehalten. Speziell werden keine zusätzlichen Verbindungsleitungen von der Anlagensteuerung zu den Komponenten verlegt, die für die Wartung erforderlich sind, wie beispielsweise das eingangs beschriebene Entlastungsventil oder auch die Dosiereinrichtung.
Die autonome Wartungseinrichtung ist insgesamt vorzugsweise durch eine oder mehrere der folgenden Merkmale charakterisiert:

Die Wartungseinheit weist ein eigenes, typischerweise wettergeschütztes und spritzwassergeschütztes Gehäuse, beispielsweise gemäß der Schutzklasse IP 65 auf. Dieses ist allgemein zur Außenaufstellung geeignet. Typischerweise ist die Wartungseinheit daher auch unabhängig von einem Betriebsgehäuse im Außenbereich aufgestellt. Bei der Wartungseinheit kann es sich allgemein um eine Art Servicebox oder auch einen Serviceschrank handeln. Dessen Außenabmessungen sind typischerweise gering, sodass die Wartungseinheit beispielsweise an einem bestehenden Geländer, einem Pfosten oder einem sonstigen Traggestell befestigt werden kann.

Die Wartungseinheit ist weiterhin vorzugsweise in unmittelbarer Nähe des Klärbeckens und speziell an einem Rand des Klärbeckens angeordnet.
Die Wartungseinrichtung weist bevorzugt auch ein oder mehrere Entlastungsventile auf, insbesondere Magnetventile, über die eine Druckentlastung erfolgen kann. Diese sind typischerweise direkt am Klärbecken in das Rohrsystem integriert. Die Wartungseinheit ist daher in der Nähe der Entlastungsventile angeordnet.
Die Wartungseinheit ist vorzugsweise insofern autark und autonom, als dass sie insbesondere lediglich über eine am Rand des Klärbeckens angeordnete Anschlussstelle an eine Stromversorgung angeschlossen ist. Bei derartigen Anlagen ist üblicherweise am Klärbecken regelmäßig eine Stromversorgung vorhanden, beispielsweise durch entsprechende Außensteckdosen. Die Wartungseinheit ist an einer solchen typischerweise bestehenden Anschlussstelle für eine Stromversorgung, speziell an einer solche Außensteckdose angeschlossen. Weitere Anschlüsse sind vorzugsweise nicht vorgesehen.
Sofern vorliegend von „am Rand des Klärbeckens“ gesprochen wird, so wird hierunter ein Abstand zum Klärbecken von maximal 10m und vorzugsweise von maximal 5m oder auch darunter verstanden.
Um die Strömungsverhältnisse im Rohrsystem zu erfassen, ist der zumindest eine Sensor gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung als ein Strömungssensor ausgebildet. Der Sensor ist daher nach Art eines Strömungswächters ausgebildet, welcher den Strömungsfluss durch das Rohrsystem misst. Dadurch wird insbesondere zuverlässig detektiert, ob aktuell eine Belüftungsphase oder eine unbelüftete Phase vorliegt.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung handelt es sich bei dem zumindest einen Sensor um einen Drucksensor, welcher also den Druck und damit den Betriebsdruck im Rohrsystem erfasst, und zwar insbesondere während einer Belüftung. Über diesen Drucksensor lässt sich insbesondere identifizieren, ob der Betriebsdruck im Laufe der Betriebszeit ansteigt.
In bevorzugter Ausgestaltung ist sowohl ein Strömungssensor als auch ein Drucksensor vorgesehen. Es wird also sowohl erfasst, ob Luft durch das Rohrsystem strömt, als auch welcher Druck im Rohrsystem herrscht.
Die Wartungseinheit ist insbesondere dafür ausgelegt, eine Druckentlastung im Rohrsystem einzuleiten. Beim abgegebenen Wartungssignal handelt sich daher um ein Steuersignal zur Einleitung einer solchen Druckentlastung. Über das Steuersignal wird dabei zumindest ein Entlastungsventil geöffnet, sodass der Druck im Rohrsystem, zumindest in einem Teilstrang des Rohrsystems abgebaut wird.
Die Wartungseinrichtung und insbesondere die Wartungseinheit sind in bevorzugter Weiterbildung zur Durchführung der nachfolgend beschriebenen Schritte ausgebildet. Die Wartungseinheit ist allgemein zur Verarbeitung von Sensorsignalen und zur Abgabe von Steuer- und Hinweissignalen ausgebildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ergeht das Wartungssignal / Steuersignal für die Druckentlastung in dem Fall, wenn mittels des Sensors eine Unterbrechung der Belüftung identifiziert wird. Die Wartungseinheit gibt daher das Steuersignal ab, wenn der Strömungssensor detektiert, dass der Luftstrom innerhalb des Rohrsystems einen Minimalwert unterschreitet und/oder zum Erliegen kommt. Das Entlastungsventil wird daher bei einer solchen Betriebssituation, also speziell bei einer unbelüfteten Phase, automatisch geöffnet. Infolge der damit einhergehenden Druckentlastung im Rohrsystem entspannt sich die Membran eines jeweiligen Belüftungselements. Bei der nachfolgenden Belüftung bläht sich die Membran wieder auf und spannt sich wieder.
In bevorzugter Ausgestaltung wird das Entlastungsventil jedoch nur dann geöffnet, d. h. es ergeht nur dann ein entsprechendes Steuersignal, wenn vor der durch den Sensor festgestellten Unterbrechung der Belüftung diese über eine vorgegebene Mindestdauer von beispielsweise mindestens 5 Minuten andauerte. Durch diese Maßnahme wird einer Impulsbelüftung speziell während der unbelüfteten Phase Rechnung getragen. Eine Impulsbelüftung wird nämlich während einer unbelüfteten Phase in periodischen Zeitabständen von beispielsweise 10 min bis 60 min und insbesondere in Zeitabständen von 15 Minuten bis 30 Minuten jeweils für eine Zeitdauer im Bereich beispielsweise von 30 Sekunden bis 3 Minuten und speziell für eine Zeitdauer zwischen 60 Sekunden und 120 Sekunden durchgeführt. Durch die Einstellung dieser Mindestdauer wird daher vermieden, dass die Wartungsmaßnahme der Druckentlastung nach einer jeweiligen Impulsbelüftung initiiert wird.
In bevorzugter Ausgestaltung wird das Entlastungsventil nach einem Öffnen entweder zeitgesteuert wieder geschlossen, oder wenn über den Sensor wieder eine Belüftung erfasst wird. Damit wird gewährleistet, dass das Entlastungsventil im Falle einer Belüftung geschlossen ist. Die bevorzugte Variante ist hierbei die Ausgestaltung, bei der das Schließen des Entlastungsventil erst dann erfolgt, wenn über den Sensor wieder eine Belüftung erfasst wird, wenn also wieder ein Luftstrom detektiert wird, beispielsweise in Folge einer Wiederaufnahme einer normalen Belüftungsphase oder auch bei einer Impulsbelüftung.
Grundsätzlich ist jedoch auch die Zeitsteuerung geeignet, da für die Druckentlastung typischerweise lediglich wenige Minuten ausreichen, um das gewünschte Entspannen der Membran zuverlässig zu erreichen. Zugleich dauern die unbelüfteten Phasen typischerweise einige Stunden. Falls eine Impulsbelüftung vorgesehen ist, so wird diese typischerweise nach etwa erst 15-30 Minuten nach Beendigung der vorhergehenden kontinuierlichen Belüftung während der Belüftungsphase initiiert. Es steht daher ausreichend Zeit für die Druckentlastung zur Verfügung. Beispielsweise wird daher bei einer Zeitsteuerung eine Zeitdauer im Bereich von 5 Minuten bis 10 Minuten für das Öffnen des Entlastungsventils eingestellt.
Das Entlastungsventil wird allgemein geeignet angesteuert, sodass dieses wie gewünscht öffnet und schließt. Bevorzugt handelt es sich bei dem Entlastungsventil um ein Magnetventil, welches im stromlosen Zustand geschlossen ist. Zum Öffnen des Entlastungsventils wird daher dieses durch das Steuersignal bestromt / mit Spannung versorgt. Das Steuersignal liegt daher für die Zeitdauer des geöffneten Entlastungsventil dauerhaft an. Zum Schließen des Ventils wird die Bestromung und damit das Steuersignal wieder gestoppt.
Die Druckentlastung des Rohrsystems erfolgt üblicherweise über ein Strömungsrohr, welches sich an das Entlastungsventil einschließt. Das Entlastungsventil ist allgemein in das Rohrsystem integriert. Bei geöffnetem Entlastungsventil strömt die Druckluft über das daran angeschlossene Strömungsrohr ab. Dieses taucht dabei üblicherweise in das Klärbecken ein und mündet im Betrieb unterhalb eines Abwasserspiegels.
Bevorzugt ist eine Austrittsöffnung des Strömungsrohrs bodennah am Boden des Klärbeckens angeordnet und zwar derart, dass es geringfügig oberhalb der Belüftungselemente angeordnet ist. Beispielsweise ist es lediglich einige Zentimeter, beispielsweise 5 cm - 30 cm oberhalb der Belüftungselemente angeordnet. Durch diese Maßnahme wird bei einer Druckentlastung der im Rohrsystem herrschende Luftdruck lediglich auf einen Druckwert reduziert, welcher in etwa dem statischen Wasserdruck auf Höhe der Austrittsöffnung entspricht. Dadurch wird zum einen eine ausreichende Druckentlastung sichergestellt, sodass ein Entspannen der Membran gewährleistet ist. Zum anderen ist der für eine Wiederaufnahme der Belüftung erforderliche Druckaufbau und damit die erforderliche Energie zum Dehnen der Membran möglichst geringgehalten.
Alternativ, vorzugsweise jedoch ergänzend zu dieser erstgenannten Wartungsmaßnahme der Druckentlastung ist als weitere Wartungsmaßnahme das Dosieren eines Reinigungsmittels, insbesondere von Essigsäure, in Abhängigkeit der Messwerte des Sensors vorgesehen. Das Wartungssignal ist daher ein Dosiersignal zur Einleitung einer solchen Dosierung des Reinigungsmittels. Die Wartungseinrichtung weist hierzu insbesondere eine geeignete Dosiereinrichtung auf. Diese umfasst insbesondere einem Dosierbehälter sowie ein oder mehrere Dosierelemente, insbesondere Düsen, über die das Reinigungsmittel in das Rohrsystem und damit in den Luftstrom eingebracht wird. Die Dosierung erfolgt dabei vorzugsweise mengengesteuert oder zeitgesteuert.
Die Dosierung erfolgt dabei automatisch insbesondere während der Zeiten einer kontinuierlichen, dauerhaften Belüftung. D. h. eine Dosierung wird von der Wartungseinheit nur dann veranlasst, wenn mithilfe des Sensors (Strömungssensor) eine Belüftung erfasst wird und insbesondere nur während einer Belüftungsphase.
Speziell wird die Dosierung in Abhängigkeit eines während der Belüftung im Rohrsystem herrschenden Betriebsdrucks automatisch vorgenommen und zwar insbesondere dann, wenn dieser Betriebsdruck einen zulässigen Maximaldruck übersteigt. Durch diese Drucküberwachung wird zuverlässig ein Ansteigen des Betriebsdrucks als Indiz für eine unzulässige Ablagerung erfasst und die entsprechende Wartungsmaßnahme mittels der Dosierung des Reinigungsmittels eingeleitet.
Bevorzugt wird eine Dosierung jedoch nur dann initiiert und vorgenommen, wenn die Wartungsmaßnahme der Druckentlastung vorherging und unmittelbar nach der Druckentlastung in der anschließenden Belüftungshase der Betriebsdruck weiterhin den zulässigen Maximaldruck übersteigt. Damit wird gewährleistet, dass zunächst eine Druckentlastung quasi als mildere Wartungsmaßnahme durchgeführt wird und erst dann geprüft wird, ob der maximale Betriebsdruck überschritten ist.
Auch bei dieser Wartungsmaßnahme der Dosierung handelt es sich um eine autonome, von der Anlagensteuerung und damit von der zentralen Steuereinheit unabhängige Wartungsmaßnahme. Dies bedeutet, dass auch diese Wartungsmaßnahme gerade nicht von der dezentralen Steuereinheit und damit von der allgemeinen Anlagensteuerung initiiert und eingeleitet wird.
Dieser autonome Charakter der Wartungsmaßnahme der Dosierung zeigt sich anlagentechnisch insbesondere auch darin, dass die Dosiereinrichtung - ähnlich wie die Wartungseinheit selbst - nicht mit der zentralen Steuereinheit verbunden ist, insbesondere sind keine Steuerleitungen von der zentralen Steuereinheit zu der Wartungseinrichtung verlegt.
Der Dosierbehälter für die Aufnahme des Reinigungsmittels ist insbesondere wiederum am Rand des Klärbeckens angeordnet. Die Dosiereinrichtung weist beispielsweise eine Dossierpumpe auf, mit deren Hilfe das Reinigungsmittel über die Dosierungsöffnung in das Rohrsystem eingebracht wird.
In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass es sich bei dem Dosiersignal, mit dem die Dosierung initiiert wird, lediglich um eine Bestromung der Dosiereinrichtung, also um ein Spannungs- oder Stromsignal handelt. Während dieses anliegt, d. h. während die Dosiereinrichtung mit Strom versorgt wird, erfolgt die Dosierung.
Die Wartungseinheit weist hierzu vorzugsweise einen Stromanschluss, beispielsweise Anschlussklemmen oder auch eine Steckdose auf, an der die Dosiereinrichtung anschließbar und im Betrieb angeschlossen ist. Über einen steuerbaren Schalter wird der Stromanschluss geschalten. Das Dosiersignal und damit das Wartungssignal zur Initiierung der Dosierung ist daher beispielsweise insbesondere durch dieses Schaltsignal für den Stromanschluss gebildet.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist das Wartungssignal als ein Hinweissignal ausgebildet, welches lediglich auf die Notwendigkeit einer Wartungsmaßnahme hinweist. Eine derartige Ausgestaltung unterstützt das Bedienpersonal, speziell bei der Durchführung von manuellen Wartungsmaßnahmen.
Sofern im Laufe des Betriebs beispielsweise die Notwendigkeit für eine weitergehende Wartungsmaßnahme, wie beispielsweise für eine mechanische Hochdruckreinigung erforderlich ist, die nur manuell durchgeführt werden kann, so ergeht zuverlässig ein entsprechendes Hinweissignal an das Bedienpersonal.
Ein derartiger Hinweis auf die Notwendigkeit beispielsweise einer weitergehenden speziellen Wartungsmaßnahme ergeht dabei vorzugsweise lediglich dann, wenn beispielsweise ein - gegebenenfalls weiterer - maximaler Betriebsdruck überschritten ist, und insbesondere auch nur nach einer unmittelbar vorhergehenden Wartungsmaßnahme, wie beispielsweise einer Druckentlastung und insbesondere nach einer Dosierung.
Die Ausgestaltung des Wartungssignals als Hinweissignal ist auch dann von Vorteil, wenn beispielsweise eine Dosierung lediglich manuell durchzuführen ist oder wenn eine Druckentlastung manuell durchgeführt werden soll.
In bevorzugter Ausgestaltung sind daher insbesondere unterschiedliche Stufen und Arten von Hinweissignalen vorgesehen. Allgemein können in Abhängigkeit des Sensors beispielsweise über ein Indikatorsystem, beispielsweise über eine Farbskala, dem Bedienpersonal unterschiedliche Hinweissignale und Warnstufen mitgeteilt werden. Das Indikatorsystem bildet dabei den aktuellen Anlagenzustand ab: Beispielsweise grün: alles in Ordnung - Orange: Wartungsmaßnahme (gegebenenfalls mit Hinweis welche) empfohlen - rot: Wartungsmaßnahme (gegebenenfalls mit Hinweis welche) erforderlich.
Die Wartungseinheit weist zur Ausgabe des Hinweissignals eine geeignete Ausgabeeinheit auf. Hierbei handelt sich insbesondere um einen Bildschirm, alternativ oder ergänzend auch um einen Signalgeber für ein Lichtsignal oder für ein akustisches Signal. Weiterhin wird das Hinweissignal beispielsweise ergänzend oder alternativ als ein drahtloses Signal beispielsweise über das Internet abgegeben und zwar insbesondere an die übergeordnete zentrale Steuereinheit oder auch an den Hersteller der Belüftungselemente.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen in schematisierten Darstellungen:

1 eine Darstellung einer Anlage zur Reinigung von Abwasser sowie
2 eine ausschnittsweise Schnittdarstellung durch ein Klärbecken im Randbereich.

1 zeigt ausschnittsweise und stark vereinfacht eine Kläranlage 2 als eine Anlage zur Behandlung von Abwasser. Dargestellt ist ein Klärbecken 3, dessen Boden 4 mit einer Vielzahl von einzelnen Belüftungselementen 6 belegt ist. Bei den Belüftungselementen 6 handelt es sich insbesondere um plattenförmige Belüftungselemente 6, die typischerweise rechteckförmig sind und an ihrer Oberseite eine elastische Membran 7 (vgl. 2) mit Luftaustrittslöchern aufweisen, aus denen beim Betrieb Luft austreten kann.
Die einzelnen Belüftungselemente 6 sind an ein Luftversorgungssystem 8 angeschlossen. Dieses umfasst ein Rohrsystem 10, eine Gebläseanordnung 12, eine zentrale Steuereinheit 14 und zudem weitere Versorgungs- und Steuereinheiten. Am Rohrsystem 10 sind Entlastungsventile 16 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel umfasst das Rohrsystem 10 ein Verteilerrohr 18, von dem jeweils ein Versorgungsstrang 20 abgeht, über den die einzelnen Belüftungselemente 6 über Abzweigleitungen angeschlossen sind. In jeder der Abzweigleitungen ist jeweils ein Entlastungsventil 16 angeordnet, von denen beispielhaft nur einige wenige in der 1 dargestellt sind. Die Gebläseanordnung 12 sowie bei Bedarf auch die zentrale Steuereinheit 14, insbesondere eine SPS-Steuerung, sind typischerweise in einem gemeinsamen Betriebsgebäude 21 untergebracht.
Weiterhin umfasst die Kläranlage 2 eine Dosiereinrichtung 22. Diese umfasst einen Dosierbehälter 24 eine Dosierleitung 26, eine Dosierpumpe 28 sowie hier nicht näher dargestellte Dosierelemente, wie beispielsweise Düsen, die bevorzugt in einen jeweiligen Versorgungsstrang 20 münden.
Weiterhin umfasst die Kläranlage 2 eine autonome Wartungseinrichtung 30, welche als zentrales Funktionselement eine autonome, dezentrale Wartungseinheit 32 aufweist. Diese ist beispielsweise als eine Box oder ein autonomer Schaltkasten ausgebildet und ist am Rand des Klärbeckens 3 aufgestellt.
Weiterhin sind Sensoren 34 A, B, nämlich vorzugsweise sowohl Strömungssensoren 34A als auch Drucksensoren 34 B Teil der Wartungseinrichtung 30 und im Rohrsystem 10 integriert. Im Ausführungsbeispiel sind die Sensoren 34 A, B jeweils in einem jeweiligen Versorgungsstrang 20 und beispielsweise stromab eines jeweiligen Entlastungsventils 16 angeordnet. Die Sensoren 34 A, B sind in hier nicht näher dargestellter Weise zum Datenaustausch mit der Wartungseinheit 32 verbunden, insbesondere über Datenleitungen.
Die Wartungseinheit 32 wird lediglich mit Strom versorgt. Hierzu greift sie von einer hier nicht näher dargestellten Anschlussstelle am Rand des Klärbeckens 3, beispielsweise eine Steckdose, Strom ab. Hervorzuheben ist, dass die Wartungseinheit 32 vollständig unabhängig von der zentralen Steuereinheit 14 ist und mit dieser bevorzugt nicht und insbesondere nicht über Leitungen verbunden ist.
Die Wartungseinheit 32 ist weiterhin mit den Entlastungsventilen 16 insbesondere über Steuerleitungen verbunden und kann die Entlastungsventile 16 bei Bedarf öffnen bzw. schließen. Bei den Entlastungsventilen 16 handelt sich jeweils um Magnetventile, die im geschlossenen Zustand stromlos sind. Zum Öffnen schaltet daher die Wartungseinheit 32 als Steuersignal eine Versorgungsspannung für das jeweilige Magnetventil frei. Bevorzugt werden alle Entlastungsventile 16 zumindest eines Versorgungsstranges 20 und vorzugsweise alle Entlastungsventile 16 des Klärbeckens 3 gleichzeitig geschaltet.
Die gesamte Dosiereinrichtung 22 ist ebenfalls Teil der Wartungseinrichtung 30. Im Falle einer Dosierung schaltet die Wartungseinheit 32 die Dosierpumpe 28 an. Diese ist bevorzugt an einen Stromanschluss der Wartungseinheit 32 zur Strom- und Leistungsversorgung angeschlossen.
Die Wartungseinrichtung 30 und speziell die Wartungseinheit 32 sind allgemein zur autonomen Durchführung von Wartungsmaßnahme bzw. zur Abgabe von Warnhinweisen ausgebildet. Speziell zur Visualisierung von Warnhinweisen weist die Wartungseinheit 32 ein Anzeigeelement 36, speziell einen Bildschirm auf.
Wie insbesondere anhand der Detaildarstellung der 2 zu entnehmen ist, ist ein jeweiliger Versorgungsstrang 20 typischerweise an einem Beckenrand befestigt. An diesem ist jeweils eines der Entlastungsventile 16 angeschlossen, an welches wiederum ein Strömungsrohr 38 mit einer endseitigen Austrittsöffnung 40 angeschlossen ist. Bei geöffnetem Entlastungsventil 16 strömt daher die Druckluft aus dem Rohrsystem 10 über das Strömungsrohr 38 in das Abwasser ein. Die Austrittsöffnung 40 ist nur wenige Zentimeter oberhalb der Belüftungselemente 6 angeordnet.
Während eines normalen Betriebs der Kläranlage 2 erfolgt eine gesteuerte Belüftung des Abwassers mit Hilfe des Luftversorgungssystems 8 und der Belüftungselemente 6. Der Betrieb der Kläranlage 2, insbesondere die Belüftung wird über die Steuereinheit 12 gesteuert.
Im Normalbetrieb wird intermittierend zwischen einer Belüftungsphase und einer unbelüfteten Phase umgeschaltet. Beide Phasen dauern typischerweise mehrere Stunden, beispielsweise 1-2 Stunden, wobei die unbelüftete Phase typischerweise etwas kürzer ist als die Belüftungsphase. Während der Belüftungsphase erfolgt eine kontinuierliche Belüftung mit einem gesteuerten Luftstrom, um einen gewünschten Sauerstoffgehalt im Abwasser im Klärbecken 3 einzustellen. Während der Belüftungsphase strömt daher kontinuierlich Druckluft durch das Rohrsystem 10 und gelangt über dieses zu den Belüftungselementen 6, über die die Luft durch die Luftaustrittsöffnungen in der Membran 7 austritt. Die erforderliche Luftzufuhr wird über die Gebläseanordnung 12 bereitgestellt, die typischerweise mehrere einzelne Gebläse aufweist.
Während der unbelüfteten Phase ist die Luftzufuhr unterbrochen, wobei jedoch typischerweise der Druck innerhalb des Versorgungssystems aufrechterhalten wird. Häufig erfolgt während der unbelüfteten Phase eine sogenannte Impulsbelüftung, bei der kurzfristig, beispielsweise für 1-2 Minuten eine kurzfristige, stoßweise Belüftung erfolgt.
Für die automatisierte Durchführung von Wartungsmaßnahmen sind vorliegend mehrere sogenannte Eskalationsstufen vorgesehen: Allgemein wird mit Hilfe der Sensoren 34 A, B überwacht, ob die Durchführung einer Wartungsmaßnahme erforderlich ist. Sofern eine solche Notwendigkeit ermittelt wird, so wird die Durchführung der Wartungsmaßnahme automatisch eingeleitet. Die Wartungseinheit 32 ist in geeigneter Weise zur Überwachung und Auswertung der Sensorsignale der Sensoren 34 A, B und ergänzend zur Abgabe von geeigneten Wartungssignalen ausgebildet. Derartige Wartungssignale sind insbesondere Schaltsignale.
Zum einen ist eines der Wartungssignale ein Steuersignal oder eben Schaltsignal für die Entlastungsventile 16, um gemäß einer ersten Eskalationsstufe eine Druckentlastung als erste Wartungsmaßnahme durchzuführen.
Zum anderen ist ein anderes Wartungssignal ein Dosiersignal, welches bevorzugt wiederum ein Schaltsignal zum Einschalten der Dosierpumpe 28 ist. Hierdurch wird gemäß einer zweiten Eskalationsstufe eine Dosierung von Reinigungsmittel, speziell einer Essigsäure, als zweite Wartungsmaßnahme durchgeführt.
Die erste Wartungsmaßnahme wird dabei automatisch immer dann eingeleitet, wenn der Sensor, in dem Falle der Strömungssensor 34 A die Unterbrechung der Luftströmung am Ende einer Belüftungsphase identifiziert. Bevorzugt wird dabei von der Wartungseinheit 32 auch überprüft, ob über einen vorgegebenen Zeitraum, zum Beispiel über zumindest 5 Minuten, zuvor dauerhaft eine Luftströmung vorlag. Dadurch wird zuverlässig das Ende einer kontinuierlichen Belüftung während einer normalen Belüftungsphase identifiziert. Hierdurch wird vermieden, dass nach einer Impulsbelüftung eine Druckentlastung erfolgt.
Das Entlastungsventil 16 wird nachfolgend entweder zeitgesteuert geschlossen oder dann, wenn der Strömungssensor wieder eine Luftströmung identifiziert.
Über den jeweiligen als Drucksensor 34 B ausgebildeten Sensor wird der im Rohrsystem 10 herrschende Betriebsdruck erfasst. Wird nunmehr von der Wartungseinheit 32 festgestellt, dass der Betriebsdruck einen zulässigen maximalen Betriebsdruck übersteigt, und zwar insbesondere auch noch unmittelbar nach der Durchführung der ersten Wartungsmaßnahme, also nach einer Druckentlastung, so wird die zweite Eskalationsstufe eingeleitet und als Wartungsmaßnahme die Dosierung durchgeführt.
Auch bei dieser ist vorzugsweise eine Zeitsteuerung vorgesehen, so dass das Dosiersignal und damit das Schaltsignal für die Dosierpumpe 28 für eine definierte Zeitdauer anliegt. Alternativ ist eine Mengensteuerung vorgesehen. Hierzu kann ein Mengen- oder Durchflusssensor zur Erfassung der dosierten Menge vorgesehen sein.
Durch die Wartungseinrichtung 30 und insbesondere durch die autarke Wartungseinheit 32 ist eine automatische und bedarfsgerechte Durchführung von Wartungsmaßnahme insbesondere gemäß mehrerer voneinander abhängiger Eskalationsstufen zuverlässig gewährleistet. Zum einen wird eine Druckentlastung regelmäßig bei unbelüfteten Phasen eingeleitet. Vorzugsweise wird ergänzend kontinuierlich überprüft, ob ein zulässiger maximalen Betriebsdruck überschritten wird, um dann bedarfsweise ergänzend als zweite Wartungsmaßnahme die Dosierung der Essigsäure zu veranlassen.
Der Installationsaufwand hierfür ist sehr gering. Insbesondere ist nicht erforderlich, dass Steuerleitungen zwischen der zentralen Steuereinheit 14 (Anlagensteuerung) an das Klärbecken 3 verlegt werden. Die hier beschriebene Wartungseinrichtung 30 eignet sich daher insbesondere auch zur Nachrüstung bei bestehenden Anlagen.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2: Kläranlage
3: Klärbecken
4: Boden
6: Belüftungselement
7: Membran
8: Luftversorgungssystem
10: Rohrsystem
12: Gebläseanordnung
14: Steuereinheit
16: Entlastungsventil
18: Verteilerrohr
20: Versorgungsstrang
21: Betriebsgebäude
22: Dosiereinrichtung
24: Dosierbehälter
26: Dosierleitung
28: Dosierpumpe
30: Wartungseinrichtung
32: Wartungseinheit
34 A, B: Sensor
36: Anzeigeelement
38: Strömungsrohr
40: Austrittsöffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19903035 C2 [0002, 0005]

Claims

Anlage zur Behandlung von Abwasser in einem Klärbecken (3), wobei im Klärbecken (3) Belüftungselemente (6) zur Belüftung des Abwassers vorgesehen sind und die Belüftungselemente (6) eine elastische Membran (7) mit Luftaustrittsöffnungen aufweisen und an ein Rohrsystem (8) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wartungseinrichtung (30) vorgesehen ist, welche zumindest einen Sensor (34 A, B) zur Erfassung der Strömungsverhältnisse im Rohrsystem (10) aufweist, wobei die Wartungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass in Abhängigkeit von Messwerten des zumindest einen Sensors (34 A, B) ein Wartungssignal abgegeben wird.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wartungseinrichtung (30) autonom und unabhängig von einer zentralen Steuereinheit (14) zum Steuern der Belüftung des Abwassers ausgebildet ist.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem zumindest einen Sensor (34 A, B) um einen Strömungssensor (34 A) und / oder einen Drucksensor (34 B) handelt.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Wartungssignal um ein Steuersignal zur Einleitung einer Druckentlastung im Rohrsystem (10) handelt, wobei das Steuersignal zum Öffnen eines Entlastungsventils (16) ausgebildet ist, so dass der Druck im Rohrsystem (10) abgebaut wird und als Wartungsmaßnahme eine Druckentlastung durchgeführt wird.
Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Wartungseinrichtung (30) derart ausgebildet ist, dass im Betreib das Entlastungsventil (16) automatisch geöffnet wird, sofern mittels des zumindest einen Sensors (34A, B) eine Unterbrechung der Belüftung erkannt wird.
Anlage nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wartungseinrichtung (30) derart ausgebildet ist, dass das Entlastungsventil (16) nur dann geöffnet wird, wenn vor der Unterbrechung der Belüftung die Belüftung über eine Mindestdauer erfolgte.
Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wartungseinrichtung (30) derart ausgebildet ist, dass das Entlastungsventil (16) nach einem Öffnen zeitgesteuert wieder geschlossen wird, oder wieder geschlossen wird, wenn über den zumindest einen Sensor (34A, B) wieder eine Belüftung erfasst wird.
Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich an das Entlastungsventil (16) ein Strömungsrohr (38) anschließt, welches in das Klärbecken (3) eintaucht und welches eine Austrittsöffnung (40) aufweist, welche oberhalb der Belüftungselemente (6) angeordnet ist.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wartungseinrichtung (30) eine Dosiereinrichtung (22) zum Dosieren eines Reinigungsmittels aufweist und das Wartungssignal ein Dosiersignal ist zur Einleitung einer Dosierung des Reinigungsmittels in Abhängigkeit der Messwerte des zumindest einen Sensors (34 A, B).
Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Wartungseinrichtung (30) derart ausgebildet ist, dass die Dosierung in Abhängigkeit eines während der Belüftung im Rohrsystem (10) herrschenden Betriebsdrucks vorgenommen wird, und zwar wenn dieser einen zulässigen Maximaldruck übersteigt.
Anlage nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wartungseinrichtung (30) derart ausgebildet ist, dass die Dosierung nur dann vorgenommen wird, wenn anschließend an die Wartungsmaßnahme der Druckentlastung weiterhin der zulässige Maximaldruck überschritten wird.
Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wartungseinheit (32) einen Stromanschluss aufweist, an den die Dosiereinrichtung (22) angeschlossen ist, und dass es sich bei dem Dosiersignal um ein Schaltsignal für den Stromanschluss aufweist, so dass die Dosiereinrichtung (22) für die Zeitdauer der Dosierung bestromt wird.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Wartungssignal um ein Hinweissignal handelt, welches auf eine Wartungsmaßnahme hinweist.
Wartungseinrichtung (30) für eine Anlage zur Behandlung von Abwasser in einem Klärbecken (3) mit Hilfe von im Klärbecken (3) angeordneten Belüftungselementen (6), die an ein Rohrsystem (8) angeschlossen sind, wobei die Wartungseinrichtung (30) aufweist - zumindest einen Sensor (34 A, B), welcher zur Anordnung am Rohrsystem (10) und zur Erfassung von Strömungsverhältnissen im Rohrsystem (10) im Betrieb der Anlage ausgebildet ist, sowie - eine Wartungseinheit (32), die derart ausgebildet ist, dass sie in Abhängigkeit von Messwerten des zumindest einen Sensors (34 A, B) ein Wartungssignal abgibt.
Wartungseinrichtung (30) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Wartungseinrichtung (30) autonom und unabhängig von einer zentralen Steuereinheit (14) zum Steuern der Belüftung des Abwassers ausgebildet ist.
Wartungseinrichtung (30) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, bei der ein oder mehrere der folgenden Merkmale erfüllt ist: - die Wartungseinheit (32) weist ein eigenes Gehäuse auf, - die Wartungseinheit (32) ist am Rand des Klärbeckens angeordnet, - die Wartungseinheit (32) ist an einer am Rand des Klärbeckens (3) befindlichen Anschlussstelle für eine Stromversorgung angeschlossen.
Wartungseinrichtung (30) nach dem vorhergehenden Anspruch, welche eine Dosiereinrichtung (22) mit einem Dosierbehälter zur (24) Dosierung eines Reinigungsmittels in das Rohrsystem (10) aufweist, wobei eine Dosierung durch die Wartungseinheit (32) in Abhängigkeit von Messwerten des zumindest einen Sensors (34 A, B) initiiert wird, und zwar insbesondere ausschließlich durch eine Stromversorgung der Dosiereinheit (32) als Wartungssignal.