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Vorrichtung zur biologischen Reinigung von
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Abwasser Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur biologischen
Reinigung von Abwasser mit wenigstens einem, einen Zu- und einen Ablauf aufweisenden
Becken, in dem Bodenbelüfter zum bodennahen Einleiten von Luft in das Abwasser vorhanden
sind, die in demselben schwimmend hin- und herbeweglich angeordnet sind.
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Aus der DE-AS 1 277 159 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art bekannt, bei welcher das Becken aus einem kanalartigen
Bauwerk
besteht. Derartige Becken sind üblicherweise aus Beton.
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Zum Belüften des darin vorhandenen Belebt schlamms sind in Bodennähe
gitterartige Bodenbelüfter vorgesehen, die an einer das kanalartige Becken in Querrichtung
überspannenden Brücke montiert sind. Um auf der ganzen Länge des Beckens eine ausreichende
Belüftung des Belebtschlammes zu erreichen, ist die Brücke in Längsrichtung des
Kanals hin- und herbeweglich gelagert. Es ist unter anderem vorgesehen, die Bodenbelüfter
an einem Schwimmkörper anzuordnen und diesen Schwimmkörper eventuell auch ohne Unterstützung
durch die sich am Beckenrand abstützende Brücke durch das Becken zu ziehen.
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Derartige Becken werden als sogenannte Komp akt anlagen aber auch
zum Teil als großflächige Anlagen gebaut, wobei sich herausgestellt hat, daß eine
ausreichend sichere Beherrschung des für die Abwasserklärung notwendigen Belebtschlammes
wirtschaftlich höchstens bei den kleineren Kompaktanlagen erreicht werden kann.
Bei größeren Anlagen ist immer die Gefahr vorhanden, daß der Belebtschlamm in einigen
Bereichen unkontrolliert ab stirbt und damit im Becken instabile Zustände bei der
Klärung des Abwassers entstehen.
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Sowohl die kleineren als aber auch die größeren Anlagen haben den
Nachteil, daß sie in der Herstellung und im Unterhalt aufwendig sind. Die zumeist
aus Beton bestehenden Klärbecken sind teuer, die Mechanik für das Bewegen der Bodenbelüfter
und das Steuern der Belüftung ist kompliziert und störanfällig. Neben hohen Investitionskosten
sind deshalb auch noch hohe laufende Betriebskosten gegeben, die sich vor allem
aufgrund des notwendigen hohen Bedienungsaufwandes einstellen.
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Um die hohen Kosten einer derartigen Anlage besser tragen zu können,
schließen sich dann zumeist mehrere Gemeinden zu einem Verband zusammen, was allerdings
dazu führt, daß von den beteiligten Gemeinden Kanäle zu der gemeinsamen Abwasserkläranlage
errichtet werden müssen. Oftmals übertreffen die Sanalkosten dabei noch diejenigen
der Abwasserkläranlage.
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Aufgrund derrgeschilderten Nachteile wurden für Anlagengrößen bis
ca. 10.000 EGW (Einwohnergleichwert) großflächige Erdbeckenanlagen ohne und mit
künstlicher Belüftung entwickelt. Reine Erdbecken ohne künstliche Belüftung wurden
in der Regel nur für einige 100 ESW ausgeführt. Bei diesem Becken herrschen aber
undefinierte Abbauverhältnisse zwischen den aeroben und den anaeroben Bereichen,
d.h. Belebtschlamm im üblichem Sinne kann sich nicht ausbilden. Da der Sauerstoffeintrag
durch die Oberfläche erfolgt, müssen solche Anlagen sehr groß gebaut werden und
weisen zudem einen unbefriedigenden Winterbetrieb auf. Die Verweilzeiten des Elärwassers
in diesen Anlagen liegen zumeist bei 30 Tagen und mehr.
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Die aus den Erdanlagen entwickelten, mit Linienbelüftern unter anderem
künstlichen, z.B. punktförmig arbeitenden Belüftungen ausgestatteten Anlagen konnten
zwar den Flächenbedarf reduzieren, verfahrenstechnisch liegen jedoch weiterhin noch
schwer definierbare Verhältnisse vor, weshalb sich in der Regel bei häuslichem Abwasser
Verweilzeiten von 10 bis 20 Tagen im belüfteten Teil und bis zu 30 Tagen in der
Gesamtanlage ergeben.
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Bei höher belasteten Anlagen müssen extrem hohe Verweilzeiten in Kauf
genommen werden, was zu unverhältnismäßig großen Anlagen führt. Wenngleich in einigen
Bereichen dieser Anlagen aerobe Verhältnisse herrschen, sind diese nicht steuerbar
und Bereiche mit anaeroben Verhältnissen können nicht vermieden werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in der
Herstellung und im Unterhalt kostengünstige Vorrichtung der eingangs genannten Art
zu schaffen, bei der die Klärung des Abwassers durch den Belebtschlamm sicher beherrscht
werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bodenbelüfter
hintereinander freihängend an wenigstens einem flexiblen Träger angeordnet sind,
der so über das Becken geführt ist, daß. die Bodenbelüfter zusammen mit dem Träger
periodisch seitlich zur Längserstreckung desselben zum Umwälzen des Belebtschlamms
auswandern und daß im Bereich des Ablaufs eine beruhigte Zone.vorhanden ist, in
der eine an sich bekannte Schlammrückführleitung beginnt, die im Bereich des Zulaufs
mündet.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist einfach aufgebaut und schafft
die Möglichkeit zur kostengünstigen vollbiologischen Abwasserreinigung. Die Vorrichtung
ist nicht auf Becken bestimmter Größe oder vorbestimmter Form beschränkt. Die Vorteile
der Erfindung kommen jedoch bei großen Becken besser zum tragen, da einerseits ein
größeres Aufnahme- und damit Fuffervolumen zur Verfügung steht und andererseits
die vollbiologische Klärung bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung noch einfacher
und sicherer gehandhabt werden kann. Unabhängig von der Größe und der Form der Becken
können diese auf jeden Fall als einfache, mehr oder weniger befestigte Erdbecken
ausgebildet werden. Hierdurch ergibt sich ein. bedeutender Kostenvorteil bei der
Herstellung gegenüber den üblichen teueren Bauwerken. Desgleichen ergeben sich bei
Erweiterungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung keine allzugroßen Probleme, da,
sofern Platz da ist, entweder die bestehenden Erdbecken in kürzester Zeit vergrößert
oder durch
neu zu schaffende Erdbecken ergänzt werden, die zugeschaltet
werden. Entsprechend große Becken bieten auch den Vorteil, daß selbst starke Schwankungen
der Abwässer im Hinblick auf Wassermenge, Schmutzfracht, absetzbarer Stoffe und
pH-Vert ausgeglichen werden können.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Energie aufwand für
die Beckenbelüftung äußerst gering. Die hintereinander angeordneten, zu einer Kette
verbundenen Bodenbelüfter werden durch die im Bodenbereich ausströmende Luft über
einen gewissen Wanderbereich periodisch hin- und hergetrieben. Der Wanderbereich
hängt von der Länge und Ausgestaltung der Belüfterkette ab. Wenn die Belüfterkette
straffer gespannt ist, wird er geringer sein, als wenn dieselbe in geringerem Maße
gespannt ist. Durch das E und Herwandern der Belüfterketten wird eine großflächige
und intensive Umwälzung des Abwassers und des darin befindlichen Belebtschlammes
erreicht.
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Der Schlamm wird durch den feinblasigen Lufteintrag einerseits ernährt
und damit am Leben erhalten, andererseits daran gehindert, sich über längere Zeit
am Becken abzusetzen. Je nach dem wie die Belüfterketten angeordnet und gestaltet
sind, kann der Schlamm durchaus für kürzere Zeit am Beckenboden ruhen. Durch das
Hin- und Herwandern der Belüfterketten wird aber mit Sicherheit ausgeschlossen,
daß er so lange auf dem Boden lagert, daß er abzusterben droht.
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Durch den Lufteintrag von kleinen, feinen Blasen wir einerseits ein
hohes Durchlüftungsvolumen im Abwasser erreicht, was sich vorteilhaft auf die Ernährung
des Belebtschlammes auswirkt, andererseits ist der feinblasige Lufteintrag günstig,
da die kleineren Balsen langsamer steigen und deshalb innerhalb des zu klärenden
Abwassers eine längere Verweilzeit haben.
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Durch die periodische Wanderung der Belüfterketten wird erreicht,
daß die ganze Beckenfläche gleichmäßig überstrichen wird. Die Belüfterketten bilden
dabei zwischen ihren Festpunkten, an denen der-Uräger festgelegt ist, eine beliebige
Form, z.B. einen Bogen oder eine Schlangenlinie. Es hat sich herausgestellt, daß
mit der Zeit die einander benachbarten Belüfterketten sich auf eine harmonische
Wanderbewegung einigen und dann mehr oder weniger im Gleichklang ihr Wandergebiet
überstreichen.
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Die periodische Wanderbewegung der Belüfterketten hat den Vorteil,
daß jeweils nach Umkehr der Belüfterkette und deren Zurückwandern, Beckenbereiche
überstrichen werden, bei denen der Belebtschlamm den zuvor eingetragenen Sauerstoff
bereits auf genommen hat und wo somit bereits eine gewisse sauerstoffarme Zone entstanden
ist, die den neu eingetragenen Sauerstoff bereitwillig aufnimmt. Im Hinblick auf
die Sauerstoffaufnahme ist es ebenfalls günstig, sofern bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ein großes Becken verwendet wird, da eine entsprechend große Wasseroberfläche
die Möglichkeit schafft, daß auch über diese Oberfläche ein nennenswerter Eintrag
von Sauerstoff in das Abwasser erfolgt.
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Durch die vorstehend erwähnte Wöglichkeit, die Becken als einfache
Erdbecken auszuführen und durch die erfindungsgemäße Art der Belüftung ergeben sich
niedrige Investitions- und Unterhaltskosten. Sofern eine bestehende Vorrichtung
ohne Erweiterung des oder der Becken vergrößert werden soll, besteht auch die Möglichkeit,
ohne großen Aufwand die Belüfterketten mit zusätzlichen Bodenbelüftern zu versehen
und damit die Beistungsfähigkeit der Anlage zu vergrößern.
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Die Belüfterketten können je nach Ausgestaltung des Beckens und des
ihnen zugewiesenen Wanderbereiches mit ihren jeweiligen
Enden an
Festhaltepunkten befestigt sein, die entweder noch innerhalb des Beckens oder auch
außerhalb des Beckens angeordnet sind. Sofern den Belüfterketten auch ein größerer
Wanderbereich zugewiesen werden soll, ist es auch denkbar, deren Enden nicht an
örtlich festgelegten Festhaltepunkten festzulegen, sondern sie an Führungen verschieblich
zu lagern, die dann vornehmlich quer zur Längserstreckung des Trägers ausgerichtet
sein sollten, um den seitlichen Wanderbewegungen der Belüfterketten größeren Spielraum
zu geben. Da die Belüfterketten nicht nur seitlich, d.h., in Richtung der Wasseroberfläche
auswandern können, sondern auch so zwischen den Festhaltepunkten angeordnet werden
können, daß sie in vertikaler Richtung variabel sind, ist bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung die Möglichkeit gegeben, innerhalb des Beckens das Wasser verschieden
hoch aufzustauen, ohne daß die Belüfterketten den verschiedenen Wasserständen angepaßt
werden müßten.
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Die Anpassung geschieht von selbst, da die schwimmenden Belüfterketten
sich einfach dem neuen Wasserniveau in der Höhe anpassen.
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Um den Wanderbereich der Belüfterkette leicht verändern zu können,
ist es denkbar, zumindest an einem Ende der Belüfterkette am Träger eine Gliederkette
vorzusehen, die dann mit einem Glied an dem zugeordneten Festhaltepunkt eingehakt
wird.
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Die freie Länge der Belüfterkette und damit deren Wasserbereich kann
dann dadurch verstellt werden, indem die Gliederkette mit einem anderen Glied am
Festhaltepunkt festgelegt wird.
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Die Belüfterketten sorgen durch den Lufteintrag auch für eine intensive
Umwälzung der benachbarten Wasserbereiche. Da die
Luft durch jeden
Bodenbelüfter bodennah ausströmt, ergibt sich über dem Ausströmbereich eine nach
oben gerichtete Wasserbewegung, die dann im Bereich der Wasseroberfläche zu den
beiden Seiten hin abbiegt und aufgrund der Ansaugwirkung im Abströmbereich zu diesem
zurückführt. Bei Bodenbelüftern mit linienförmigen Abströmbereich ergeben sich dadurch
zu beiden Seiten des Abströmbereiches walzenartige Umwälzströmungen, die links und
rechts jedes Bodenbelüfters ohne weiteres eine Breite von 5 Metern umwälzen können.
Dabei stellt sich in Randbereichen des Beckens die Umwälzströmung so ein, daß auch
dort sich keine tote,anaerobe Zonen einstellen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet alle Voraussetzungen dafür,
daß sich die Klärung des Abwassers durch den Belebtschlamm möglichst natürlich vollzieht.
Es werden alle Voraussetzungen dafür geschaffen, daß der Belebtschlamm ideale Lebensverhältnisse
vorfindet und seine Aufgabe bei der Abwasserklärung vollständig erfüllt. Die Biozynose
kann sich frei entwickeln.
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Die hin- und herwandernden Belüfterketten sorgen dafür, daß der Belebtschlamm
durch den eingetragenen Sauerstoff in ausreichendem Maße ernährt und am langzeitigen
Absetzen am Beckengrund gehindert werden. Bei einem entsprechend groß gestalteten
Becken ist deshalb die Gefahr des Umkippens der Anlage bedeutend herabgesetzt.Sollte
eventuell bei einer äußerst starken Belastung ein Teil des Beckens umkippen, so
wird es nie die gleichen Folgen haben, wie bei den bekannten Kläranlagen, wo zuerst
diese Kläranlagen vollständig gereinigt und erst dann mühsam wieder hochgefahren
werden müssen. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Belebtschlamm beim
Umkippen eines Teiles des Beckens wieder regeneriert werden, ohne daß es notwendig
wäre, daß gesamte Becken zu entleeren und wieder neu hochzufahren.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im Bereich des Ablaufs eine
beruhigte Zone vorhanden. Diese wird nicht von den Bodenbelüftern überstrichen.
Die Ausströmung im Bereich des Auslauf ist besonders bei großen Becken sehr vorteilhaft
beruhigt. In dieser beruhigten Zone ist die aus der Praxis bereits bekannte Schlammrückführleitung
mit ihrem Einströmbereich angeordnet. Mit ihr kann nach Wunsch der Belebtschlamm
zurück zu Zulauf des Beckens transportiert werden. Auf diese Weise wird frisch zulaufendes
Abwasser bereits im Bereich des Zulaufs mit Belebtschlamm geimpft, worauf bereits
im Bereich des Zulaufs intensiv mit der biologischen Klärung des Abwassers begonnen
wird und sich dort keine belebtschlamarme Zone einstellen kann. Auch beim Zulauf
sorgt bereits die Wanderbewegung der Belüfterketten für eine ausreichende Durchmischung
und Belüftung des frisch zufließenden Abwassers. Der feinblasige Luft eintrag wälzt
das frisch zugeleitete Abwasser zusammen mit dem zugeführten Schlamm um. Im Hinblick
auf die bekannten Anlagen ist es bei der Erfindung überraschend, daß mit Hilfe der
sehr einfachen technischen Maßnahmen eine stabile, aerobe Klärung des Abwassers
sichergestellt werden kann und sich dabei noch der Vorteil von geringen Herstellungs-
und Unterhaltskosten ergibt.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
daß jeder Bodenbelüfter ein vertikales Verbindungsrohr aufweist, das an seinem oberen
Ende pendelnd um die Längsachse des Trägers an demselben gelagert ist und an seinem
unteren Ende mit einem Verteilerrohr verbunden ist, das Luftöffnungen aufweist und
parallel zum Träger verläuft.
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Diese Ausgestaltung der Bodenbelüfter verstärkt die sich von selbst
bereits einstellenden Wanderbewegungen einer Belüfterkette. Es genügt, daß durch
irgendwelche Einflüsse, z.B. durch Wellenschlag oder durch das Ausströmen der Bufb,sich
einige Bodenbelüfter etwas aus ihrer streng vertikalen hängelage herausbewegen.
Die daraus resultierende Kraft schiebt die Belüfterkette in diesem Bereich zur Seite
weg, worauf auch die übrigen Bodenbelüfter in eine leichte Schräglage geraten und
diese Wanderbewegung unterstützen.
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Um die Pendelbewegung der Bodenbelüfter zu erleichtern, ist es vorteilhaft,
sofern die Träger an ihrem oberen Ende mit einem sich in Trägerlängsachse erstreckenden
Schwimmer versehen'sind.
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Bei einer anderen günstigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
daß die Luftversorgungsleitung den Träger bildet. Eine derartige Leitung kann ohne
weiteres die Zug- und eventuell auch auftretenden Torsionskräfte des Trägers aufnehmen
und seine Tragfunktion erfüllen.
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Desgleichen kann die Luftversorgungsleitung auch den Schwimmer bilden.
Auf diese Weise wird die in der Leitung.vorhandene Luft zugleich für die schwimmende
Lagerung der Bodenbelüfter ausgenutzt.
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Eine günstige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Ablauf
durch einen in seiner Durchflußleitung steuerbaren Schwimmerüberlauf gebildet ist.
Durch einen derartigen Überlauf kann die vom ersten Becken in das zweite Becken
weiterfließende Wassermenge unabhängig vom Zulauf auf
einen konstanten
Wert eingestellt werden. Auch bei plötzlich starken Zufluß von Abwasser, z.B. aufgrund
eines Regenbruchs, braucht kein unkontrollierter Abfluß in das zweite Becken befürchtet
werden, da der Schwimmerüberlauf bei einem sich verändernden Wasserniveau mitsteigt
bzw. mitfällt. Bei einer entsprechenden Bemessung der Klärbecken kann sich deshalb
ein eigenes Regenrückhaltebecken erübrigen.
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Um eine sichere Rückgewinnung des Schlammes-zu erreichen, ist es vorteilhaft,
wenn an einem vom Zulauf entfernten Bereich des Beckens eine Schlammsammelrinne
vorhanden ist, an deren Boden der Beginn der Schlammrückführleitung verlegt ist.
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Hierbei ist günstig, wenn über der Schlammsammelrinne der Schwimmerüberlauf
für das nächste Becken angeordnet und diesem zur Seite der Beckenmitte hin eine
schwimmende Tauchwand vorgelagert ist.
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Die Tauchwand führt zu einer Beruhigung der Wasseroberfläche im Bereich
des Ablaufs, wodurch der Schlamm sich in der Schlammsammelrinne ablagern kann. Die
Tauchwand begünstigt das Abscheiden des Schlammes.
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Bei einer anderen günstigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
daß die Schlammsammelrinne einen V-förmigen Querschnitt mit ungleichlangen Schenkeln
aufweist und mit ihrem den Beginn der Schlammrückführleitung aufnehmenden Rinnengrund
tiefer liegt als der Beckenboden, wobei der kürzere V-Schenkel die Verbindung zu
diesem bildet. Durch das Tieferliegen des Rinnengrundes wird eine gute Führung des
Schlammes zur Schlammrückführleitung erreicht. Bei seiner Bewegung in Richtung auf
die Schlammsanmelrinne
wird er durch die Tauchwand ohnehin nach
unten gedrängt.
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Da im Bereich der Rinne von den eigentlichen Bodenbelüftern der Schlamm
nicht mehr aufgewirbelt wird, senkt er sich hier ab und wird im Bereich der Rinne
eingedickt.
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Sofern der Schlamm zu sehr zusammenbackt, kann es vorteilhaft sein,
wenn über der Schlammsammelrinne eine Räumeinrichtung zum Räumen desselben und der
Aufnahmeöffnungen der Schlammrückführleitung vorhanden ist.
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Desgleichen können im Bereich der Schlammsammelrinne Luft aus trittsöffnungen
zur Belüftung und zum Aufwirbeln des gesammelten Schlammes vorhanden sein. Auch
diese Luftaustrittsöffnungen können dazu verwendet werden, um den bereits gesammelten
Schlamm wieder etwas zu belüften und zu lockern, um sein Absterben oder ein etwa
zu starkes Eindicken zu verhindern.
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Bei der Erfindung sind alle Voraussetzungen geschaffen, um den die
vollbiologische Klärung durchführenden Belebtschlamm am Leben zu erhalten und ihn
in seiner Funktion zu unterstützen.
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Die in der beruhigten Zone in der Nähe des Ablaufs vorgesehene Schlammsammelrinne
ist hierbei ein vorteilhaftes Instrument. Das Abwasser treibt zusammen mit dem Belebtschlamm
beruhigt auf die Schlammsammelrinne zu, wo die vertikal im Wasser hängende Tauchwand
für eine weitere Beruhigung des Wassers sorgt. Das Wasser und der Schlamm werden
unter der Tauchwand hindurchgeführt, da die Tauchwand bis zum Wasserspiegel hin
reicht. Am Grund der Schlammsammelrinne ist der Beginn der Schlammrückführleitung
verlegt. Der Belebtschlamm wird je nach Bedarf durch die Aufnahmeöffnungen angesaugt
und dem Becenzulauf wieder zugeleitet.
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Sofern jedoch kein weiterer Belebtschlamm beim Zulauf benötigt wird,
ist es möglich, durch die Luftaustrittsöffnungen den bereits angesammelten Schlamm
aufzuwirbeln und ihn dem Ablauf zuzuführen.
Eine in diesem Moment
dann ungewollte Eindickung wird auf diese Weise wieder beseitigt. Der Ablauf ist
in seiner Druchflußleistung einstellbar,wodurch das Niveau innerhalb des Beckens
beliebig bestimmbar ist. Durch das Regeln der Belüfterleistung,das Bestimmen der
Wanderbewegung der Belüfterketten, das Maß der Schlammrückführung, und die Bemessung
der Durchflußleistung des Ablaufs sind derart viele Höglichkeiten geschaffen, den
im Becken vorhandenen Belebtschlamm so zu steuern, daß der seiner Funktion bei der
biologischen Klärung des Abwassers voll nachkommen kann.
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Die erfindungsgemäße Schlammsammelrinne ist einfach aufgebaut und
stellt im Vergleich zu den bei den bekannten Vorrichtungen notwendigen Nachklärbecken
eine sehr billige und effktive Lösung dar.
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Im Hinblick auf die Wanderbewegungen der Belüfterketten und die dadurch
in Bewegung versetzte Wasseroberfläche ist es vorteilhaft, wenn die Schlammsammelrinne
quer zur Längserstreckung des Trägers ausgerichtet und in einer von den Bodenbelüftern
nicht überstrichenen, beruhigten Zone des Beckens angeordnet ist Für das Fördern
des Schlammes innerhalb der Schlammrückführleitung ist bei einer günstigen Weiterbildung
der Erfindung vorgesehen, daß dieselbe mit einem Luftinjektor versehen ist, der
als Pumpe den Belebtschlatnm zum Zufluß hin fördert und ihn dabei auf dem Wege zugleich
belüftet.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer
Zeichnung beschrieben. Es zeigt: Figur 1 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße
Vorrichtung, ir 2 eine z enzasichb eine ersten Är von Boden belu#ftern, A A A A
A A
Figur 3 eine Seitenansicht auf eine zweite Art von Bodenbelüftern,
Figur 4 eine Schnittansicht einer aus ihrer vertikalen Hängelage ausgeschwenkten
Belüfterkette Figur 5 eine Draufsicht auf ein Klärbecken, dessen drei Lüfterketten
in ihren Wanderbewegungen gezeigt sind, Figur 6 ' einen Querschnitt durch eine Schlammsammelrinne,
und Figur 7 einen Längsschnitt durch die Schlammsammelrinne.
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In Figur 1 der Zeichnung ist eine Vorrichtung 1 zur biologischen Reinigung
von Abwasser 2 gezeigt. Die dargestellte Vorrichtung umfaßt ein Becken 3 zum Ausführen
einer ersten Belebt stufe und ein Becken 4 zum Ausführen einer zweiten Belebstufe,
sowie ein Schlammabsetzbecken 5 und ein Stapelbecken 6. Der Zufluß des zu klärenden
Abwassers 2 findet über einen Zulauf 7 statt, der mit einem gegebenenfalls automatischen
Rechen 8, einem Sandfang 9 und einer Venturrinne 10 ausgestattet ist und von dem
eine Regenentlastungsleitung 38 wegführt.
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Das Becken 3 ist, ebenso wie das ihm nachgeschaltete Becken 4 rechteckig
geformt und relativ groß bemessen. Alle Becken sind befestigte Erdbecken. Beim Becken
3 mündet der Zulauf für das Abwasser an dem einen Ende der längeren Seite, der entsprechende
Ablauf 11 ist dem Zulauf diagonal am anderen Ende der anderen Längsseite angeordnet.
Der Ablauf des Beckens 3 ist auf kurzem Wege mit dem Zulauf 12 des Beckens 4 verbunden,
dessen Ablauf 13 wiederum dem Züauf 12 diagonal gegenüberliegt. Dies gilt auch für
die nachgeschalteten Becken 5 und 6 der Zu- bzw. Abläufe die auch einander diagonal
gegenüberliegen.
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Zur Umgehung des Beckens 3 ist eine beim Zulauf 7 beginnende Leitung
14 vorgesehen, die direkt beim Zulauf 12 des Beckens 4 mündet. Sofern das Becken
4 umgangen werden soll, kann die Leitung 15 verwendet werden, die vom Zulauf 12
zum Ablauf 13 führt. Des weiteren ist für die Umgehung des Beckens 5 eine Leitung
16 vorgesehen, die vom Ablauf 13 zu der Verbindung zwischen den Becken 5 und 6 führt.
Zu guter Letzt kann noch das Becken 6 mit Hilfe der Leitung 17 umgangen werden,
die von der Verbindung zwischen den beiden Becken zum Ablauf 18 des Beckens 6 führt.
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Im vorliegenden Fall ist lediglich das Becken 3 mit einer Schlammsammelrinne
19 versehen, die an der dem Zulauf 7 fernen, kürzeren Rechteckseite des Beckens
3 angeordnet ist und sich damit unmittelbar im Bereich des Ablaufs 11 befindet.
Von#der später noch genauer zu beschreibenden Schlammsammelrinne führt eine Schlammrückführleitung
20 zum Zulauf 7 und mündet in denselben.
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An der dem Zulauf 7 näheren, kürzeren Rechteckseite des Beckens 3
sind Unterwassergebläse 21 vorgesehen, die später noch zu erläuternde Belüfterketten
23 mit Druckluft versorgen. Derartige Unterwassergebläse können auch an der dem
Zulauf 12 nahen, kurzen Rechteckseite des Beckens 4 vorgesehen werden.
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Es können aber auch beide Becken 3 und 4 gemeinsam durch eine zentrale
Gebläsestation 22 versorgt werden, die dann anstatt der Unterwassergebläse die Bodenbelüfter
24 in einem Verbund mit Luft versorgen können. Das Becken 3 ist wegen seiner gegenüber
dem Becken 4 größeren Breite mit insgesamt drei Belüfterketten 23 versehen, die
parallel zu den längeren Rechteckseiten mit gewissem Abstand zueinander und zum
Beckenrand über die Becken geführt sind. Die
Belüfterketten weisen
Bodenbelüfter 24 auf, die hintereinander frei hängend an wenigstens einem flexiblen
Träger 25 angeordnet sind, der zwischen zwei Festpunkten 44 befestigt ist und für
eine ausreichende Anbindung der Belüfterkette an die Festpunkte sorgt. Der Träger
ist so über das Becken gefühft.und entweder innerhalb oder außerhalb des Beckens
befestigt, daß die Bodenbelüfter zusammen mit dem Träger periodisch seitlich zur
Längserstreckung derselben auswandern. Diese Wanderbewegung ist in Figur 5 deutlich
zu erkennen. Die Belüfterketten 23 nehmen im Moment der Darstellung jeweils eine
Schlangenlinie ein, die sich willkürlich ausgebildet hat. Die Wanderbewegung einer
Belüfterkette ist lediglich von der Länge des Trägers und seiner mehr oder weniger
losen Spannung zwischen den beiden Festpunkten 44 an seinen Enden begrenzt. Durch
die entsprechende Bemessung des Trägers kann sichergestellt werden, daß die Belüfterketten
die gesamte Beckenfläche überstreichen. Nach einer gewissen Zeit stellt sich bei
der Wanderbewegung der Belüfterketten üblicherweise ein Gleichklang ein.
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In den Figuren 2 und 3 sind zwei verschiedene Arten von Bodenbelüftern
gezeigt. Der in Figur 2 dargestellte Bodenbelüfter 24a bildet eine andere Belüfterkette,
als derjenige von Figur 3, der mit dem Bezugszeichen 24b versehen ist. Der Bodenbelüfter
24a ist hängend an einem Träger 25 angeordnet, der im vorliegenden Fall ein Seil
ist. Das Seil ist mehr oder minder lose zwischen den Festhaltepunkten 44 gespannt.
Entlang des Seiles verläuft eine Luftversorgungsleitung 26, die gewöhnlich von einem
Schlauch gebildet ist. Im Bereich jedes Bodenbelüfters 24a ist diese Leitung kurz
un-terbrochen. Die Verbindung wird von einen T-artigen Rohrstück 27 hergestellt,
das mit den beiden gegenüberliegenden Öffnungen in die beiden Schlauchenden zweier
benachbarter Abschnitte der Luftversorgungs-.
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leitung eingesteckt ist. Das T-Verbindungsstück ist mit seiner dritten
Öffnung mit einem Verbindungsrohr 28 verbunden, das, grob gesagt, vertikal nac#h
unten führt. Am unteren Ende des 'vrerbindungsrohres ist ein am Träger 25 paralleles
Verteilerrohr 29 befestigt, das an seinem Umfang zahlreiche Luftöffnungen 30 di
Asr X
Luftversorgungsleitung 26 und das Verbindungsrohr 28 wird
das Verteilerrohr 29 mit Druckluft gespeist, die dann durch die Luftöffnungen 30
ausströmt. Im Bereich jedes Bodenlüfters 24a ist noch ein Schwimmer 31 vorgesehen,
der sich in Trägerlängsachse erstreckt und für die schwimmende Lagerung der Bodenlüfter
sorgen soll. Die Luftversorgungsleitung 26, der Träger 25 und die restliche Konstruktion
des Bodenlüfters 24a ist mit Hilfe üblicher Befestigungsmittel, z.B. über Spannlaschen
33 mit dem Schwimmer verbunden.
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In Figur 4 ist gezeigt, wie aufgrund einer sich ergebenden Schräglage
eines Bodenbelüfters 24a um einen Winkel eS die entsprechende Wanderbewegung einer
Belüfterkette entsteht. Sofern aus dem Verteilerrohr 30, wie vorgesehen, die Luft
ausgeblasen wird, entsteht eine kleine resultierende Kraft in Richtung des Pfeiles
P. Dies wird den Bodenbelüfter etwas in Richtung des Pfeiles 2 in Bewegung versetzten,
worauf er die benachbarten Bodenbelüfter ebenso aus einer eventuell gegebenen, strikt
vertikalen Hängelage seitlich versetzten wird. Als Folge davon wird die gesamte
Belüfterkette seitlich auswandern. Es sei betont, daß aber nicht immer die gesamte
Belüfterkette in einer Richtung in einer geschlossenen Formation auswandern muß.
Jede Belüfterkette ist dem freien Spiel der Kräfte ausgesetzt und wird sich zwar
im großen und ganzen periodisch aber dennoch willkürlich in dem durch den Träger
vorgegebenen Maße in ihrem Wanderbereich bewegen.
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Die Luftöffnungen 30 im Verteilerrohr 29 sind so klein, daß lediglich
kleine Luftblasen in das Wasser eingetragen werden.
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Aus Figur 4 ist zu erkennen, wie die Luftblasen in etwa vertikal hoch
steigen. Über dem Verteilerrohr 29 wird sich an der Wasseroberfläche
ein
kleiner Wasserberg bilden, der sich wegen auf-' strömenden Luft bildet. Dieser unterstärkt
die bereits vorhandene Wanderbewegung der Belüfterkette.
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Figur 4 ist auch zu entnehmen, daß sich aufgrund der über dem Verteilerrohr
29 hochsteigenden Luft links und rechts des Bodenbelüfters eine etwa kreisförmige
Wasserströmung einstellt, die jeweils durch die Pfeile A und B angedeutet ist. Durch
diese Bewegung bilden sich förmlich Wasserwalzen aus. Sofern der Bodenbelüfter im
Randbereich des Beckens ist, stellt sich in der Regel eine etwa abgeänderte Strömung
ein, die auch die Randbereiche des Beckens mit umfaßt.
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Der Bodenbelüfter 24b besitzt prinzipiemden gleichen Aufbau wie der
eben gerade beschriebene Bodenbelüfter 24a. Gleiche Teile sind deshalb mit den gleichen
Bezugsziffern versehen.
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Eine Änderung ist vornehmlich im Bereich des T-förmigen Verbindungsstücks
27 gegeben, das seitlich über den Schwimmer 31 zur Verbindung mit der Luftversorgungsleitung
herausgeführt ist. Der Schwimmer ist auf diesen Bereich des T-Verbindungsstücks
als Schaum auf'das Rohr aufgespritzt oder formschlüssig darauf angeordnet. Er ist
von einem zylindrischen, die Luftversorgungsleitung 26 koaxial aufnehmenden Schwimmkörper
gebildet. Die Luftversorgungsleitung 26 besteht aus einem Schlauch der aber so bemessen
ist, daß er zugleich die Funktion des Trägers übernehmen kann, d.h., der Träger
25 von Figur 2 entfällt bei dieser Art eines Bodenbelüfters. Die Verbindung zwischen
den Abschnitten der Luftversorgungsleitung und den jeweiligen Bodentelüftern ist
so bemessen, daß auch auftretende Wind- und Wasserkräfte den Verbund nicht lösen
können und deshalb die Übernahme der Funktion des Trägers 25 durch die Luftversorgungsleitung
26 voll übernommen werden kann. Bei beiden Arten von Bodenbelüftern
ist
auch ausreichend sichergestellt, daß dieselben um ihre vertikale Hängelage pendeln.
können, so daß sich die bereits erwähnten Wanderbewegungen der Bodenbelüfterketten
einstellen können.
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Der Bereich des Ablaufs 11 des Beckens 3 ist in den Figuren 6 und
7 detailiert dargestellt. In Figur 6 ist der Beckenboden 33 zu erkennen, darüber
das in diesem Becken bereits vorgeklärte Abwasser 2. Das Ende des Beckens wir über
einen ausreichenden Teil der Breite von einer Schlammsammelrinne 34 gebildet, die
einen V-förmigen Querschnitt mit ungleichlangen Schenkeln aufweist, wobei der Rinnengrund
tiefer liegt als der Beckenboden 33 und mit diesem über den kürzeren V-Schenkel
35 verbunden ist.
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Der längere V-Schenkel führt über die Wasseroberfläche hinaus zum
Beckenrand 36. Am Rinnengrund ist die bereits erwähnte Schlammrückführleitung 20
verlegt. Sie weist im Bereich der Rinne Aufnahmeöffiiirngen 37 auf, die den Eintritt
des Schlamms in die Leitung ermöglichen sollen. Die Schlammrückführleitung 20 ist
seitlich aus der Schlammsammelrinne 34 herausgeführt und verläuft über der maximalen
Wasserhöhe beginnend zurück zum Zulauf 7. Es ist eine flammutpumpe vorgesehen, die
den geförderten Schlamm sowohl fördern, als auch gleichzeitig Belüften soll.
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Die Mammutpumpe ist wie üblich als Luftinjektor 39 ausgebildet.
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Direkt über dem Rinnengrund ist eine Räumeinrichtung in Form einer
langsam und stetig in der Rinne hin- und herbewegbaren Räumkette 40 vorgesehen.
Die Kette schleift mit ihrem unteren Ende an der Schlammsammelrinne entlang und
lockert den Schlamm auf. An ihrem oberen Ende ist die Kette an einem Zugseil befestigt,
das mit Umlenkrollen über die gesamte Breite der Schlammsammelrinne gespannt und
von einem Motor stetig hin- und hergehend bewegt wird.
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Im Bereich der Rinne ist darüber hinaus noch ein Schwimmerüberlauf
41 vorhanden, der aus drei nebeneinanderliegenden Rohren besteht. Die beiden äußeren
Rohre stellen Schwimmer dar, die in beiden Endbereichen jeweils über eine vertikale
Verbindungswand 45 miteinander verbunden sind und auch das mittlere, den eigentlichen
Ablauf bildende Rohr im Verbund halten. Die Schwimmer sorgen zusammen mit den Verbindungswänden
dafür, daß keinerlei schwimmende Gegenstände.in den Ablauf geraten und diesen verstopfen
können. Der Ablauf ist sehr einfach gestaltet.
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Das mittlere Rohr ist um seine Achse drehbar in den Verbindungswänden
gelagert. An seiner flantelfläche sind, z.B. in einer steilen Schraubenlinie Eintrittsöffnungen
angeordnet. Je nach dem wie das Rohr verdreht ist, werden dadurch mehr oder weniger
Eintrittsöffnungen in das Wasser getaucht, wodurch die Durchflußleistung des Ablaufs
einstellbar ist. Das mittlere Rohr des Schwimmerüberlaufs ist über eine flexible
Leitung 46 mit einem in der benachbarten Rinnenwand fest verlegten Ablaufrohr verbunden,
das mit seiner Höhe den untersten Wasserspiegel innerhalb des Beckens bestimmt,
da in dem Fall, wo durch ein Absinken des Wasserniveaus der Schwimmerüberlauf unterhalb
des Wasserablaufs abzusinken droht, kein Wasser mehr den Ablauf durchfließt. Die
maximale Höhe des Wasserspiegels wird durch einen Notüberlauf 47 begrenzt.
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Die Schlammsammelrinne ist zur Seite der Beckenmitte hin über eine
schwimmende Tauchwand 42 abgeschirmt, die der Rinne so vorgelagert ist, daß sich
zur Rinne hin eine beruhigte Abflußströmung einstellt, bei welcher das Abwasser
und der darin schwebende Belebtschlamm nach unten geführt werden, worauf sich der
Schlamm anschließend in dem Rinnengrund absetzt und das Wasser nach oben zum Schwimmerüberlauf
strömt, Die vertikal hängende Tauchwand erstreckt sich über die gesamte Breite der
Rinne und ist in nicht gezeigter Weise ortsfest aber höhenvariabel gehalten.
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Um eine eventuell zu starke Eindickung des Schlammes im Bereich der
Schlammsammelrinne zu verhindern sind im Rinnengrund Luftaustrittsöffnungen 43 zur
Belüftung und Aufwirbelung des bereits gesammelten Schlamms vorhanden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet in der nachstehend angegebenen
Weise. Das zu klärende Abwasser wird über den Zulauf 7 in das Becken 3 eingeleitet.
Eine Vorklärung entfällt in der Regel. Im Becken 3 läuft der Belebtschlammprozeß
ab.
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Die hin- und herwandernden Belüfterketten 23 halten trotz äußerst
niedriger Energiedichte durch entsprechend verteilte Installation das gesamte Beckenvolumen
mit allen Schwebstoffen in Umwälzung , wobei gleichzeitig im gesamten Volumen feinblasig
belüftet wird. Das Belüftungssystem kann Beckenformen und Wassertiefen bis ca. 4
PTcter beliebig angepaßt werden. Die zugefiihrte Luftmenge wird ausgehend von einer
Grundlast entsprechend dem eingestellten Sauerstoffbedarf automatisch festgelegt
oder halbautomatisch durch Einstellung von Zeitschaltuhren eingeregelt. Unterschreitet
die momentane Last ca. 40 % der Nennlast, reicht die Umwälzung durch die noch verbleibende
erforderliche Luftmenge nicht mehr aus, um auch Grobstoffe, z.B. Kartoffelschalen,
in Umwälzung zu halten, weshalb in diesem Fall Zeitschaltuhren ca. alle 60 Minuten
1 bis 3 Minuten lagen auf volle Luftleistung schalten.
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Sofern mehrere Gebläse vorgesehen sind, kann ein Gebläse zur Sicherstellung
der Grundlast immer in Betrieb bleiben, während die anderen zur Sauerstoffsteuerung
nach Bedarf dazu geregelt werden können.
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In Figur 1 der Zeichnung ist beim Becken 3 lediglich eine einseitige
Speisung der Belüfterketten 23 durch die Gebläse 21
oder 22 vorgesehen.
Sofern die einseitige Einspeisung der Druckluft keine ausreichende Versorgung der
Belüfterketten mit Luft sicherstellt, kann auch eine zweiseitige Einspeisung vorgenommen
werden, wie dies z.B. beim Becken 4 angedeutet ist.
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Das Abwasser wird zusammen mit dem in ihm schwebenden und durch die
Lufteinleitung permanent umgewälzten Belebtschlamm aufgrund der sich durch den Zu-
und Ablauf ergebenden Grunströmung langsam in Richtung auf den Ablauf hin bewegt,
wo es bereits beruhigt ankommt.
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Neu zufließendes Abwasser ist bereits über die Schlammrückführleitung
20 mit Belebtschlamm versetzt worden, so daß sich auch im Bereich des Zuflusses
eine gleichmäßige, stabile aerobe Klärung des Abwasser einstellt. Die Bodenbelüfter
sorgen durch den stetigen Sauerstoffeintrag dafür, daß der Belebtschlamm nicht absterben
kann.
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Am Ende des Beckens wird durch die Wirkung der Tauchwand der Schlamm
im erforderlichen Umfang zum Absetzen in der Schlammsammelrinne gebracht, worauf
er durch die Schlammrückführleitung 20 wieder dem Zulauf zugeleitet wird. Sofern
der Schlamm an der Schlammsammelrinne zu sehr haftet, kann er mit Hilfe der~ Räumkette
40 wieder in Bewegung gesetzt werden. Sofern er zusehr eindickt, kann er durch Luft
aus den Luftaustrfttsöffnungen notwendigenfalls so sehr aufgewirbelt werden, daß
er zusammen mit dem anderen Abwasser über den Schwimmerüberlauf in das Becken 4
gelangt. Der Schwimmerüberlauf kann in seiner Duichflußleistung eingestellt werden,
wodurch unabhängig vom #ulauf ein geregelter Ab- und Überfluß zum Becken 4 erreicht
wird.
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Die in der Schlammrückführleitung vorgesehene flammutpumpe 39 kann
bei Erreichen des gewünschten Schlammgehaltes im Becken 3
in ihrem
Einsatz zeitlich gekürzt werden, wodurch sich die bereits vorstehend angegebene
Notwendigkeit einstellen kann, den dann nicht mehr abgeförderten Schlamm dem Schwimmerüberlauf
41 zuzuführen. Auf diese Weise wird eine sichere Steuerung des Schlammgehaltes im
Becken 3 erreicht. Der Schwimmerüberlauf 41 kann auch in den nachfolgenden Becken
installiert sein, wodurch die Becken dann kommunizieren und ein großes Puffervolumen
aufweisen.
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Da sowohl die Belüfterketten als auch der Überlauf zum nächsten Becken
schwimmend aufgebaut sind, kann sowohl das Becken 3 als auch das Becken 4 Niveauschwankungen
bis zu 0,5 Meter aufnehmen.
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Diese Pufferwirkung kann eine getrennte Regenwasserbehandlung bzw.
Speicherung unnötig werden lassen. Das bei Regenanfang besonders verschmutzte Wasser
kann mit Sicherheit aufgefangen werden, der Rest kann auf Wunsch über die Regenentlastungsleitung
38 abgeführt werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auch ein Schwimmerzulauf
vorgesehen werden. Er ist im Prinzip ähnlich gestaltet wieder bereits beschriebene
Schwimmerablauf 41. Das mittlere Rohr ist jedoch anders gestaltet. Es ist eine von
der Zulaufleitung von der Seite her gespeiste offene Rinne, die an dem der Zulaufleitung
gegenüberliegenden Ende eine von einer Drossel durchsetzte Wand aufweist. Die Drossel
ist so ausgelegt, daß sie das normal zufließende Abwasser durchläßt. Bei starken
Zufluß von Abwasser wird das Abwasser über die offenen Rinnenwände ins Becken fließen.
Der Schwimmerzulauf stellt sich auch bei steigendem Wasserniveau auf das höhere
Niveau ein, da er schwimmt. Seine Zuleitung vom Zulauf her ist flexibel gestaltet.
Dies bedeutet, daß beim Nachlassen eines verstärkten Zulaufens nicht wie üblich
eine
rückläufige Entleerung durch den Zulauf in die Regenentlastung möglich ist. Eine
derartige Entleerung ist besonders deshalb unerwünscht, weil z.B. bei plötzlich
anfallendem Regen nicht nur das Regenüberwasser abgeleitet, sondern auch aus dem
Klärbecken andere Abwasser in die Regenentlastung gelangen könnte, wie dies bei
bekannten Anlagen der Fall ist.
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In der nachfolgenden Erläuterung bedeuten die Abkürzungen TS die Trockensubstanz,
BSB den biologischen Sauerstoffbedarf und CSB, den chemischen Sauerstoffbedarf.
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In der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden Schlammgehalte von 0,5
kg TS/cbm und mehr erreicht, wodurch sich -im Becken 3 bei Stabilisierung mit 0,06kg
BSB5/kg TS Schlammbelastung für häusliches Abwasser Verweilzeiten von ca. 5 bis
7 Tagen ergeben.
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Bei spezifisch verschmutztem Wasser wird der Schlammgehalt höher gefahren.
Der in das Becken 4 zusammen mit dem neu eingeflossenen Wasser eingebrachte Überschußschlamm
wird in diesem Becken vollendst stabilisiert und durch die in diesem Becken ebenfalls
vorhandenen Belüfterketten 23 in Schwebe gehalten, so daß er schließlich nach Durchlaufen
des Beckens 4 in das Absetz- bzw. Stapelbecken 5 übergeht, wo er sich total absetzt
und unter Wasser 1 bis 3 Jahre lagert. Die hier stattfindende gravitierende Eindickung
sowie der weiterlaufende Restabbau führen zu Schlammmengen von nur ca. 0,2 Liter
/ EGWd. Der schließlich im Ein- oder Nehrjahresrhythmus aus einem der Nachbecken
zu entnehmende Schlamm ist geruchslos und bakteriologisch einwandfrei, so daß sich
eine landwirtschaftliche Verwertung anbietet
Das Becken 4 ist ebenfalls
auf Stabilisierung ausgelegt. Schlammgehalte von 0,2 bis 0,5 kg TS/cbm sind erreichbar.
Bei maximal 25 % biochemischer Restlast ergeben sich für häusliches Wasser Verweilzeiten
von ca. 2 bis 3 Tagen. Die erfindungsgeeäße Vorrichtug ist auch bezüglich des OSB
äußerst intensiv. Dies bewirkt zum einen die im Vergleich zur Kompaktanlage hohe
Verweilzeit, zum anderen die abgestufte verschiedenartige, dem Abbaustadium angepaßte
Biozönose.
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L e e r s e i t e