DE3714781A1 - Klaerschacht fuer die abwasserreinigung mit integrierter stoffseparierung und sauerstoff- wirksamer klaerstufe - Google Patents

Description

Die stetig fortschreitenden Verschmutzungen der Flüsse und Seen, sowie großer Küstenbereiche ist weltweit auf die zuneh­ mende Bevölkerung, die Industriealisierung und den wachsenden Wohlstand vieler Länder zurückzuführen. Zusätzlich ist der Tourismus an der Zersiedelung großer Landstriche schuld. So sind viele Alpentäler und lange Küstenbereiche in den letzten Jahren total verbaut worden.

Mit der Entstehung neuer Ballungsgebiete wird oft die Abwasser­ entsorgung aus wirtschaftlichen und technischen Gründen nur unbefriedigend oder gar nicht durchgeführt.

Geographische Gegebenheiten, wie ungünstige Geländeprofile und felsiger Untergrund, sowie eine großflächige Einzelbe­ bauung, machen den Bau großer Kläranlagen oft unwirtschaftlich oder sogar unmöglich.

Nicht selten werden im Bereich schnell wachsender Großstädte bereits vorhandene Kläranlagen überlastet, und das abgeführte Klärwasser wird in ungenügender Qualität in die Gewässer ein­ geleitet.

Als wirksamen Ersatz bieten sich hier kleine Kläranlagen an, die einen hohen Wirkungsgrad erreichen und biologisch arbeiten. Sie sollten einzelne Häuser, Hotelanlagen und kleinere Wohn­ siedlungen ausreichend entsorgen können, oder das von ihnen vorgeklärte Abwasser in die Sammler der überlasteten Groß­ kläranlage abgeben. Hierbei würde das vorgeklärte, biologisch aktivierte Wasser beim Zusammenfluß mit noch nicht behandeltem Abwasser dieses bereits auf dem Wege in die Kläranlage mit Mikroorganismen impfen und den Reinigungsprozeß frühzeitig einleiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Abwasser in einem kompakt ausgebildeten Klärschacht zu sammeln, feste und kolloide Bestandteile (Schlamm) herauszufiltern, es in einer biologisch wirkenden Klärstufe zu reinigen, dem Schlamm in genügender Menge Mikroorganismen für den Abbau der Schadstoffe zuzuführen, und die Möglichkeit einschließen, das Wasser und den Schlamm getrennt, oder gemeinsam in Leitungsrohre ableiten zu können.

Diese Aufgabe wird gelöst, indem in einen runden Schacht der topfartig geformte Klärkörper eingesetzt ist, der von einem horizontal angeordneten Auffangkörper in einen oberhalb liegen­ den Auffangraum und darunter in einen Klär- und Absetzraum abgeteilt ist. In den Klärraum sind Luftspeicherkörper (Patent­ anmeldung "Mikrobenbrüter für die Regenerierung kranker Gewässer" P 37 02 425.6 vom 28.1.1987 eingesetzt, die über Druckluftlei­ tungen mit Luft beschickt werden und so den Klärprozeß ausführen.

Durch den Einsatz der Luftspeicherkörper wird erreicht, daß relativ wenige Luft benötigt wird, und die Entleerungsinter­ valle des Auffangkörpers dem Zeitbedarf für den Schmutzabbau angepaßt werden.

Das eingeleitete Abwasser fällt aus dem Zulauf auf den als Membrane ausgebildeten Boden des Auffangkörpers, der auf Konsolen der Klärraumwandung aufliegt. Hier sammeln sich die flüssigen und die festen Stoffe, bis das Schmutzwasser über einen in der Membrane vertikal eingesetzten Überlauf­ stutzen in den Klärraum abfließt.

Um den Überlaufstutzen ist ein schwimmfähiger Ring gelegt. Er verhindert, daß auf der Oberfläche schwimmende Bestand­ teile in den Klärraum gelangen. Die nicht schwimmfähigen Bestandteile (Schlamm) setzen sich auf der Membrane ab.

Um den Klärraum wird durch eine weitere zylindrische Wandung ein Ringraum geschaffen. In diesen Ringraum ist vertikal ein Zylinder ausgebildet, in den eine Schlammförderschnecke eingesetzt ist. Der Ringraum ist durch diesen Schnecken­ zylinder, und einer Öffnung im unteren Bereich, mit dem Klärraum bzw. Absetzraum verbunden. Das Abwasser, aus dem Klärraum, steigt im Schneckenzylinder empor, bis es am Überlauf in den Ringraum abfließt.

Das Niveau des Überlaufs in den Ringraum liegt etwas höher als die Oberkante des Überlaufstutzen im Auffangkörper, in der Grundposition. Sobald im Auffangkörper der Wasserspiegel ansteigt, entsteht, entsprechend der Wirkung einer Kommuni­ zierenden Röhre, eine Strömung, die im Klärraum eine fallende und im Schneckenraum eine steigende Richtung hat.

Das Volumen des Klärraumes ist so groß bemessen, daß die Verweildauer des Schmutzwassers, im Klärraum, der Zeit für die Wasserreinigung angepaßt ist.

Das neu zufließende Schmutzwasser mischt sich mit dem bereits durch Mikroben teilgereinigten Abwasser. Dabei sammelt sich das Schmutzwasser weitgehend im oberen Bereich und das ältere Abwasser, entsprechend der Durchflußrichtung, im unteren Bereich des Klärraumes. Mit zunehmender Wassertiefe nimmt der Reini­ gungsgrad zu.

Der Ringraum ist als Kaskade ausgebildet. In der muldenför­ migen Ausbildung jeder Kaskadenstufe wird ein Teil des zum Abwasserauslauf abfließenden Wassers zurückgehalten. Hierdurch wird die Verweildauer für den Klärprozeß verlängert. Beim Abfluß des Abwassers, über jede Kaskadenstufe, wird das Wasser erneut mit Luft verwirbelt und aktiviert.

Nachdem aus den Luftdruckleitungen die aufsteigende Luft die darüber befindliche Wassersäule mit den darin enthaltenen Luftspeicherkörpern durchströmt hat, sammelt sie sich unter dem Membranteller des Auffangkörpers im Luftsammelraum und erzeugt hier eine Auftriebskraft, die den Auffangkörper im Wasser emporsteigen läßt, bis er gegen einen Anschlag über der Abfluß­ rinne stößt. In dieser Position hat die Abflußrinne eine Höhe über dem Niveau der Abflußöffnung erreicht und der Schlamm beginnt aus dem Auffangraum zum Schlammauslauf des Ring­ raumes hinab zu fallen.

Wird weitere Luft zugeführt, steigt der Auffangkörper an der dem Anschlag entgegengesetzten Seite weiter auf, bis eine Schräglage des Auffangkörpers erreicht ist, bei der auch dicker Schlamm von der Membrane in den Ringraum abgleitet.

Wird noch mehr Luft zugeführt, hebt sich der Auffangkörper einseitig, bis sein unterer Rand über dem Wasserspiegel steht.

Die bis dahin unter dem Auffangkörper gefangene Luft entweicht in den Schachtoberteil, und die Auftriebskraft wird aufgehoben. Der Auffangkörper sinkt auf die Haltekonsolen des Klärkörpers wieder hinab und hat hier seine Ausgangsposition erreicht.

Der obere Rand des Überlaufstutzens liegt jetzt unter dem im Schacht vorhandenen Wasserspiegel. Es fließt bereits mit Mikroben durchsetztes und z.T. geklärtes Schmutzwasser aus dem Klärraum zurück auf die Membrane des Auffangkörpers bis die Wasserspiegel im Auffangraum und in dem Klär­ raum ausgeglichen sind. Neues Abwasser fällt somit stets in ein mit Mikroben angereichertes Wasserbad, das die Voraus­ setzung für den Klärprozeß der schlammigen Bestandteile im Auffangraum bildet. Außerdem steigen in dieser Stellung aus dem Klärraum ständig Luftblasen und Mikroorganismen durch den Überlaufstutzen bis zur Schmutzwasseroberfläche empor. Die Mikroorganismen verteilen sich im Auffangraum und verstärken hier den Reinigungsprozeß.

Im Klärraum setzen sich die im Schmutzwasser enthaltenen Schwebstoffe auf der zur Schneckenraumöffnung geneigten Boden­ platte des Absetzraumes ab. Dieser Schlamm gleitet mit der Strömung in den Schneckenzylinder und wird von der Schlamm­ förderschnecke nach oben über den Wasserspiegel befördert, und zusammen mit dem Abwasser in den Ringraum abgeleitet. Im Tiefpunkt des Ringraumes wird das Abwasser über einen Schacht­ auslauf in das weiterführende Entwässerungssystem abgegeben.

In den Zeichnungen ist die Ausführung dieses Klärschachtes dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt des Klärschachtes in der Grundposition des Auffangkörpers (1. Arbeitsschritt)

Fig. 2 horizontaler Schnitt des Klärschachtes in Höhe der Abflußöffnung des Auffangkörpers.

Fig. 3 Detail der Kaskadenstufen.

Fig. 4 vertikaler Schnitt des Klärschachtes mit aufge­ schwommenem Membranteller (2. Arbeitsschritt)

Fig. 5 horizontaler Schnitt des Klärschachtes in Höhe des Klärraumes.

Fig. 6 vertikaler Schnitt des Klärschachtes mit aufge­ schwommenem Auffangkörper. (3. Arbeitsschritt)

Fig. 7 vertikaler Schnitt des Klärschachtes mit gekipptem Auffangkörper (4. Arbeitsschritt)

Fig. 8 vertikaler Schnitt des Klärschachtes mit kombiniertem Schlamm- und Wasserauslauf.

Fig. 9 horizontaler Schnitt des Klärschachtes mit kombinier­ tem Schlamm- und Abwasserauslauf in Höhe der Abfluß­ öffnung aus den Auffangkörper.

Fig. 10 Detail für direkte Wasserableitung.
Fig. 1, 2, 3 und 5

In Schacht 1 ist ein topfartig geformter Klärkörper 2 eingesetzt, der von einer zylindrischen inneren Wan­ dung 11 und dem zur Schneckenraumöffnung 34 geneigten Boden 7 des Absetzraumes 6 gebildet wird.

Eine zweite zylindrische äußere Wandung 12 ist um die innere Wandung 11 angeordnet. Zwischen beiden Wandungen 11 und 12 ist Ringraum 8 ausgebildet.

An der zylindrischen Wandung 11 sind Konsolen 15 ange­ setzt, auf denen Auffangkörper 4 aufliegt. Der Auffang­ körper 4 wird von der zylindrischen Wandung 24 gebildet, in den Steegring 25, geneigt zur Abflußöffnung 36, fest eingesetzt ist, in den Steegring 25 ist eine flexible Ringscheibe als Membrane 26 eingesetzt, die den nach oben gewölbten Membranteller 27 hält. In Membranteller 27 ist zentrisch der Überlaufstutzen 29 eingesetzt.

Auf dem Steegring 25 ist die Abflußrinne 18 an Gelenk 30 gehalten. Die Abflußrinne 18 liegt an ihrem freien Ende mit dem Kragen 37 in der Abflußöffnung 36.

Steegring 25, Membrane 26, Membranteller 27 und der obere Teil der zylindrischen Wandung 24 bilden den Auffangraum 3.

Der untere Teil von der zylindrischen Wandung 24, sowie Steegring 25, Membrane 26 und Membranteller 27 bilden den Luftsammelraum 42.

Unter dem Auffangkörper 4 schließt Klärraum 5 an. In ihm sind Luftspeicherkörper 33 raumgerastert eingesetzt. Sie werden von Druckluftrohre 32 mit Luft beschickt.

Der Klärraum 5 geht in den Absetzraum 6 über. In ihm sammeln sich die im Abwasser enthaltenen Schwebstoffe. Bei fehlender Strömung setzt sich ein Teil der Schwebstoffe auf dem Boden 7 des Absetzraumes 6 ab. Mit einsetzender Strömung des Abwassers in Richtung der Schneckenraumöffnung 34 wird der auf den Boden 7 des Absetzraumes 6 angesammelte Schlamm in den Schneckenzylinder 9 abgeschwemmt.

In Ringraum 8 ist Schneckenzylinder 9 vertikal angeordnet, in den Schlammförderschnecke 10 eingesetzt ist. Durch Schnecken­ raumöffnung 34 ist die Verbindung in den Absetzraum 6 geschaffen.

Die Höhe des Schneckenzylinders 9 ist etwas höher als der obere Rand 28 von Überlaufstutzen 29, bei der Grundposition des Auf­ fangkörpers 4, und bildet den Überlauf 16 in den Ringraum 8.

Der Boden des Ringraumes 8 ist in Stufen 19 ausgebildet, deren Auftritte quer zur Fließrichtung als Mulde 20 ausgebildet sind. Der Ringraum 8 endet im Tiefpunkt 38 in den Abwasserauslauf 21.

Unterhalb der Abflußöffnung 36 ist in den Ringraum 8 der Schlamm­ ablauf 22 eingesetzt, in den der Schlamm aus Abflußrinne 18 hineinfällt.

Am oberen Rande der inneren Wandung 11 ist oberhalb der Abfluß­ öffnung 36 der Anschlag 17 für die Begrenzung der Höhenbewe­ gung des Auffangkörpers 4 angeordnet, (Fig. 6).

Unterhalb des Zulaufs 14 ist an der inneren Wandung der Prallteller 13 zentral über den Überlaufstutzen 29 befestigt.

Das im oberen Schachtteil 40, aus Zulauf 14 einfließende Schmutzwasser fällt auf den Teller 13, versprüht seitlich, und fällt in den Auffangraum 3. Hierdurch wird verhindert, daß feste Bestandteile des Schmutzwassers direkt in den Überlaufstutzen 29 fallen können.

Zusätzlich ist um den Überlaufstutzen 29 ein schwimmfähiger Ring 23 gelegt. Durch das Eintauchen des Ringes 23 in das Schmutzwasser wird verhindert, daß an der Oberfläche schwim­ mende Bestandteile über den Überlaufstutzen 29 in den Klär­ raum 5 abfließen können.

An der Schachtwandung 1 ist über dem Schneckenzylinder 9 der Antriebsmotor 35 für Schnecke 10 befestigt.

Arbeitsschritte des Auffangkörpers

Fig. 4

Nachdem sich der Absetzraum 6 und der Klärraum 5 mit Schmutz­ wasser gefüllt haben, beginnt die Luft aus den Luftdrucklei­ tungen 32 empor zu steigen und sammelt sich unter dem Auffangkör­ per 4 in der Luftsammelkammer 42. Ein kleiner Teil entweicht im Zwischenraum 39, zwischen der Innenwand 11 und der Auffang­ körperwandung 24, in den oberen Schachtteil 40. Von der zurück­ gehaltenen Luft wird der Membranteller 27 und die Membrane 25 angehoben. Der hier abgelagerte Schlamm gleitet von dem nach oben gewölbten Schlammteller 27 und sammelt sich auf der Mem­ brane 26 und dem Steegring 25. Der untere Rand 31 des Überlauf­ stutzens 29 befindet sich im Schmutzwasser.
Fig. 6

Bei weiterer Luftzufuhr steigt der gesamte Auffangkörper 4 im Wasser empor. Die Abflußrinne 18 kippt im Drehpunkt des auf Steegring 25 befestigten Gelenk 30 in die Abflußöffnung 36. Der dünnere Schlamm beginnt an der Abflußrinne 18 in den Ring­ raum 8 überzulaufen. Sobald die Abflußrinne 18 höher als der untere Rand von Abflußöffnung 36 angehoben ist, kann auch dicker Schlamm abfließen.

Gleichzeitig steigt der Auffangkörper 4 durch weitere Luft­ zufuhr und durch die Gewichtsabnahme des teil-entleerten Auffangraumes 3 weiter an, bis er gegen den Anschlag 17 stößt. Der untere Rand 31, des Überlaufstutzens 29, befindet sich noch immer im Schmutzwasser.
Fig. 7

Bei weiterer Luftzufuhr hebt sich das freie Ende des Auffang­ körpers 4, bis der untere Rand an der dem Anschlag 17 gegen­ überliegenden Seite 41 und der untere Rand 31 des Überlauf­ stutzen 29 über dem Wasserspiegel stehen.

In dieser Stellung gleiten auch die letzten Schlammreste aus dem Auffangkörper. Gleichzeitig entweicht die unter dem Auf­ fangkörper 4 gehaltene Luft aus Luftsammelraum 42, und die bis dahin wirkende Auftriebskraft der Luft wird aufgehoben. Der Auffangkörper 4 taucht wieder in das Schmutzwasser ein und erreicht seine Grundposition auf den Konsolen 15. (Fig. 1) Der Überlaufrand 28 liegt jetzt unter dem im Klärkörper 2 stehenden Wasserspiegel. Es fließt teilweise geklärtes und mit Mikroben geimpftes Abwasser aus dem Klärraum 5 zurück in den Absetzraum 6. Somit fällt neu zufließendes Schmutz­ wasser in ein durch Mikroben aktiviertes Wasserbecken, die auch hier den Klärprozeß fortsetzen.
Fig. 1

Während der Auffangkörper 4 in der Grundposition auf den Konsolen 15 aufliegt, steigen Luftblasen aus dem Klärraum 5 auch im Überlaufstutzen 29 bis an die Schmutzwasserober­ fläche empor. Gleichzeitig werden Mikroorganismen mitgeschwemmt. Diese Organismen verbreiten sich in Auffangraum 3 und unter­ stützen den Abbau der Schadstoffe.
Fig. 8 und 9

Wenn das Abwasser und der Schlamm zusammen in das weiter­ führende Entwässerungssystem abgeleitet werden sollen, entfällt der Schlammabfluß 22. Hierfür ist in Ringraum 8. unterhalb der Abflußöffnung 36 ein Boden 43 angeordnet, der mit leichtem Gefälle bis fast an die Kaskade 19 heran­ geführt ist. Der Schlamm fällt am Ende 44 des Bodens 43 auf die Kaskadenstufen 20, und wird von dem relativ dünn­ flüssigen Abwasser, aus dem Schneckenzylinder 9, in den Schlammabfluß 21 fortgeschwemmt. Hierdurch wird erreicht, daß der Schlamm noch einmal im Klärkörper 2 zurückgehalten wird, und mit den Mikroben des Abwassers gründlich ver­ mischt wird.
Fig. 10

Bei starken Regenfällen kann die zufließende Wassermenge so zunehmen, daß im Klärraum (5) die Mikroben zu stark abge­ schwemmt werden. Damit dieser Vorgang nicht eintreten kann, ist unter dem Schachtzulauf (14) eine Überlaufrinne (45) mit direktem Anschluß (47) an den Ringraum (8) angeordnet. Diese Abflußrinne (45) beginnt erst in einem kürzeren Ab­ stand (46) von Zulauf (14). Überlaufrinne (45) fängt erst dann Wasser auf, wenn durch den vermehrten Wasseranfall die Strömung so groß wird, daß der Wasserstrahl horizontal abgelenkt wird, und der Abstand (46) überbrückt wird.

Claims (13)

1. Klärschacht für die Abwasserreinigung mit integrierter Stoffseparierung und Sauerstoff-wirksamer Klärstufe, dadurch gekennzeichnet, daß in einen Schacht (1) der Klär­ körper (2) eingesetzt ist, der von einer äußeren zylin­ drischen Wandung (12) und von der inneren zylindrischen Wandung (11) gebildet wird, die ineinander gesetzt, den Ringraum (8) bilden, und daß in den inneren zylindrischen Raum, durch einen horizontal, auf Konsolen (15) gelager­ ten Auffangkörper (4), dieser Raum oberhalb in den Auf­ fangraum (3) und darunter in den Klärraum (5) abgeteilt ist, der im unteren Bereich in den Absetzraum (6) übergeht, und daß dieser Absetzraum (6) durch den schräge eingesetz­ ten Boden (7) unten geschlossen ist.

2. Klärschacht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ringraum (8) Schneckenzylinder (9) vertikal angeordnet ist, in den eine motorgetriebene Schlammförder­ schnecke (10) eingesetzt ist, und der Schneckenzylinder (9) durch eine im Tiefpunkt von Boden (7) angeordnete Öff­ nung (34) mit Absetzraum (6) verbunden ist.

3. Klärschacht nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Auffangkörper (4) von einem zylindrischen Mantel (24) gebildet wird, in den Steegring (25) mit innen liegender Membranscheibe (24), in Richtung zur Abflußrinne (18) geneigt eingesetzt ist, und der untere Teil des Auffangkörpers (4) als Luftsammelkammer (42) wirkt, und in die Membranschei­ be (26) der Membranteller (27) befestigt ist, in dem Überlaufstutzen (29) vertikal eingesetzt ist, dessen obere Öffnung den Überlaufrand (28), und dessen untere Öffnung den unteren Rand (31) bilden, der so tief unter den Membranteller (27) steht, daß die unter Auffangkörper (4) gefangene Luft erst bei extremer Schräglage aus dem Luftsammelraum (42) entweicht.

4. Klärschacht nach Anspruch 1 und 3 dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ringraum (8) als Kaskade ausgebildet ist, und im Tiefpunkt (38) in einen Abwasserablauf (21) übergeht, und jede Kaskadenstufe (19), quer zur Fließ­ richtung, als Mulde (20) ausgebildet ist.

5. Klärschacht nach Anspruch 1 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Steegring (25) des Auffangkörpers (4) ein Gelenk (30) aufgesetzt ist, von dem Abflußrinne (18) vertikal schwenkbar gehalten wird, und an der Abfluß­ rinne (18) der Kragen (37) ausgebildet ist, mit dem Abflußrinne (18) in der Abflußöffnung (36) der inneren Wandung (11) aufliegt.

6. Klärschacht nach Anspruch 1 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb von Abflußrinne (36), in Ringraum (8), Schlamm­ auslauf (22) für den Anschluß an das weiterführende Ent­ wässerungssystem angeordnet ist.

7. Klärschacht nach Anspruch 1 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß an der inneren Wandung (11) der Anschlag (17) zur einseitigen Begrenzung der Aufwärtsbewegung des Auffang­ körpers (4) befestigt ist.

8. Klärschacht nach Ansprüche 1 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß um den Überlaufstutzen (29) ein schwimmfähiger Ring (23) gelegt ist, der durch seine Eintauchtiefe verhindert, daß an der Oberfläche schwimmende Teilchen nicht über den Überlaufstutzen (29) in den Klärraum (5) abfließen können.

9. Klärschacht nach Ansprüche 1, 3, und 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß unterhalb des Zulaufes (14) an der inneren Wandung (11) der Prallteller (13) befestigt ist, auf den das zufließende Schmutzwasser fällt, nach allen Seiten versprüht, und der direkte Einfall in den Überlaufstut­ zen (29) verhindert wird.

10. Klärschacht nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß in den Klärschacht (5) die Luftspeicherkörper (33) als Mikrobenbrüter eingesetzt sind, die von Luftdruck­ leitungen (32) mit Luft beschickt werden.

11. Klärschacht nach Ansprüche (1 bis 4) dadurch gekennzeich­ net, daß der Überlauf (16) des Schneckenzylinders (9) so hoch über dem Niveau, des in der Grundposition befindlichen oberen Rand (28) des Überlaufstutzen (29) angeordnet ist, daß ein Teil des im Klärraum (5) befindlichen, vorgeklär­ ten Wassers, in den Auffangraum (3) zurückfließen kann.

12. Klärschacht nach Ansprüche 1, 3 und 6 dadurch gekennzeich­ net, daß bei der vereinigten Ableitung des Klärwassers, und der schlammigen Bestandteile, der Schlammauslauf (22) entfällt und dafür Auffangboden (43) in den Ringraum (8) eingesetzt ist der den Schlamm in den Ringraum (8) zurück leitet, bis er in einer maximalen Höhenlage in die Kas­ kadenmulden (20) fällt, und gemeinsam mit dem Abwasser aus dem Klärraum (5) über Abwasserauslauf (21) in das weiterführende Entwässerungssystem abgegeben wird.

13. Klärschacht nach Anspruch (1) dadurch gekennzeichnet, daß in Verlängerung von Zulauf (14) und Abstand (46) eine Überlaufrinne (45) angeordnet ist, die das Abwasser bei maximalen Zulauf abfängt, und direkt in den Ring­ raum (8) ableitet.