DE3805770A1 - Vorrichtung zur periodischen regelung von fluessigkeitsstaenden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur periodischen Regelung von Flüssigkeitsständen für den besonderen Gebrauch zum biologischen Schadstoffabbau in Kläranla­ gen und Aquarien nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im Bereich der Wasserfilterung für Aquarien liegen einige Schriften national und international vor. Er­ wähnt seien hier DE-PS 30 31 492 und WO 85/04 306.

Die Nachteile vorbekannter Filtereinrichtungen sind unterschiedlich und vielfältig. Die meisten dieser Fil­ tereinrichtungen bestehen aus einem geschlossenen Be­ hälter für das Filtermaterial zur mechanischen oder biologischen Wasserreinigung, der bei Außenfiltern abso­ lut dicht sein muß, was oft Probleme bereitet und unter­ halb des Wasserspiegels des Aquariums angebracht werden muß. Zu diesen Behältern gehört, aufgesetzt oder inte­ griert, eine Umwälzpumpe, die als Zug- oder Druckpumpe arbeitet. Häufig sind diese Filter nur als mechanische Wasserreiniger wirksam. Der Filterbehälter und das Fil­ termaterial müssen oft ausgewaschen werden, wobei der Behälter vollständig aus dem Wasserkreislauf genommen werden muß. Dadurch ergibt sich ein hoher Arbeitsauf­ wand und ein Verschleiß an den Verbindungsstellen des Kreislaufes, was zu Undichtigkeiten führt.

Bei DE-PS 30 31 492 kann bei entsprechendem Filtermate­ rial zwar von biologischer, aerober Reinigungsleistung im Filtergehäuse gesprochen werden, doch die Probleme mit der Reinigung sind den oben beschriebenen gleich oder größer, der Energieaufwand ist erhöht und die Stör­ anfälligkeit nimmt durch zusätzliche Komponenten (Kom­ pressor etc.) zu.

WO 85/04 306 ist in bezug auf die Abbauleistung für mittlere Aquariengrößen eine Weiterentwicklung. Doch auch diese Vorrichtung arbeitet geräuschvoll, da ein Kompressor zum Betrieb nötig ist. Außerdem ist dieser Filter wartungsintensiv, da die Luftinjektoren oder die Ausströmer regelmäßig von Ablagerungen an der Wasser/ Luft-Grenzphase befreit werden müssen, um Verstopfungen und Leistungsabfall zu vermeiden. Die für den biologi­ schen Abbau der gelösten Verunreinigungen maßgebende Besiedlungsfläche für die Bakterien ist relativ gering, denn für eine größere Filteranlage mit größerer Be­ siedlungsfläche muß unverhältnismäßig viel Energie auf­ gewendet werden.

Bei allen vorbekannten Filtervorrichtungen bei Klär­ anlagen für kommunale oder industrielle Abwässer wird zur Aufrechterhaltung aerober Abbauprozesse Luft durch die Filtermaterialien gepumpt oder das Wasser wird durch Motorkraft in Bewegung gehalten, damit Sauerstoff vom Wasser aufgenommen werden kann. Die laufenden Ener­ giekosten sind bei diesen Verfahren extrem hoch. Zudem müssen diese Anlagen ständig gewartet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Reini­ gungsleistung im aeroben Schadstoffabbau bei verunrei­ nigtem Wasser zu erhöhen, während gleichzeitig die An­ schaffungskosten sowie die laufenden Kosten gesenkt werden können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß da­ durch gelöst, daß einem Behälter (10), der abgesehen vom Raum für die Regeleinrichtung mit einem Bakterienträ­ germaterial gefüllt ist, verunreinigtes Wasser über eine mit einer Zerstäuberdüse (9) o. ä. endenden Zulauflei­ tung (8) zugeführt wird. Das Wasser bleibt so lange in dem Behälter (10), wie der Schließschwimmer (2) die Ab­ lauföffnung (4) geschlossen hält. Der Schließschwimmer (2) bleibt so lange in seiner Schließposition, wie der ihn festhaltende Unterdruck größer ist als der entge­ genwirkende Auftrieb. Die Größe des Unterdrucks ist über den abflußseitigen Durchflußbegrenzer (5) regelbar. Geringer Unterdruck bedeutet eine niedrige Abflußmenge, was Einfluß auf den möglichen Zuflußstrom hat. Effek­ tiver ist die Regelung bei stärkerem Unterdruck, wobei dem Zusatzschwimmer (1) die Funktion der Auftriebser­ höhung zukommt. Mit steigendem Flüssigkeitsstand wird der Zusatzschwimmer (1) zwischen den Führungsleisten (16) steigen, bis die Verbindung der beiden Schwimmer (1, 2), im dargestellten Fall ein Faden (3), wirksam wird (Faden wird gespannt). Nun wirkt der Auftrieb des Zu­ satzschwimmers (1) ebenfalls gegen den Unterdruck, wobei der Schließschwimmer (2) aus seiner Schließposition ge­ zogen werden kann, wenn der Unterdruck eine bestimmte Größe nicht überschreitet. Ist der Unterdruck stärker, steigt die Flüssigkeit bis auf die Höhe (11) des Über­ laufeinlaufes (6) an, fließt in diesen hinein und wird durch besondere Formgebung unter die Ablauföffnung (4) geleitet. Dadurch fällt der Unterdruck ab, der Auftrieb der beiden Schwimmer (1, 2) überwiegt und der Schließ­ schwimmer (2) gibt die Ablauföffnung (4) frei. Die Flüs­ sigkeit kann nun über die Abflußleitung (15) den Behälter (10) verlassen. Wenn der Flüssigkeitsstand sinkt, nähern sich beide Schwimmer (1, 2) oder in anderer Bauweise nur der Schließschwimmer (2) der Ablauföffnung (4). Bei einem ausreichend niedrigen Flüssigkeitsstand wird der Schließ­ schwimmer (2) durch den Sog unter der Auslauföffnung (4) angesaugt und schließt sie. Der Füllvorgang beginnt von neuem.

Auch ohne Verminderung der Abflußmenge durch den Regeler (5) kann die Höhe des höchsten Flüssigkeitsstandes (11) nach unten variiert werden, wenn im Falle der Faden­ kopplung der Faden (3) verkürzt wird. Dann kann z. B. der Stand bei Position (12) erreicht werden. Dies kann bei Anlagen zur Filterung von verunreinigtem Wasser von Vor­ teil sein, da das oben befindliche Bakterienträgermaterial (14) sich dann in einem halbnassen Milieu unter der Zer­ stäuberdüse (9) o. ä. befindet.

Amplitude (Füllhöhe) und Frequenz sind über die Auf­ triebskräfte der Schwimmer (1, 2) im Verhältnis zum wirk­ samen Unterdruck und in Abhängigkeit von der Zulauf­ stromstärke beliebig variierbar.

Die Erfindung kann besonders vorteilhaft als biologi­ sche Stufe bei Kläranlagen für häusliche oder gewerb­ liche/industrielle Abwässer eingesetzt werden. In Gelän­ de mit ausreichendem Gefälle ist dabei keinerlei Ener­ gieaufwand nötig, wodurch die laufenden Kosten außerordent­ lich reduziert werden. Auch ohne Gefälle wird der Ener­ gieaufwand vermindert, da nur noch eine zuführende Pumpe nötig ist, der Sauerstoffeintrag aber durch die Erfin­ dung selbst passiv betrieben wird.

Beim Gebrauch als biologische Stufe kann auch eine teilweise Bepflanzung des Filtersubstrates mit verschie­ denen Sumpfpflanzen stattfinden, wozu im Substratraum ab­ geteilte Räume geschaffen werden, die vom Wasserdurch­ fluß weitgehend abgetrennt sind. Dies führt zum paralle­ len anaeroben Stickstoffabbau und zur Festlegung von Phosphat, was besonders erwünscht ist, um die Gewässer durch die Abbauprodukte Nitrat und Phosphat zu vermeiden. Im Übrigen gelten bei der Nutzung der Erfindung als Kläranlage ähnliche oder gleiche Vorteile wie bei der Nutzung als Aquarienfiltereinrichtung.

Für den Gebrauch der Erfindung zur Filterung von Aqua­ rienwasser ist vorlaufseitig eine Pumpe nötig, da der Be­ hälter (10) über das Aquarium montiert werden muß. Über die Abflußleitung (15) gelangt das gereinigte Wasser in das Aquarium zurück. Unter dem Bakterienträgermaterial (14) ist ein Sammelraum (17) vorgesehen, der durch eine Siebplatte (18) von diesem getrennt ist. Dieser nach vorn (zur Regeleinrichtung hin) durch eine am Behälter­ boden beginnenden Wand (19) abgegrenzte Sammelraum (17) dient der Aufnahme von Bakterienschlamm und anderen un­ gelösten Partikeln, die sich am Boden dieses Sammelraumes (17) absetzen und bei Bedarf abgesaugt werden können. Die Trennwand (20) zwischen Bakterienträgermaterial und der Regeleinrichtung ist für die Flüssigkeit undurch­ lässig, so daß alles zugeführte Wasser durch die Sieb­ platte (18) muß.

Durch den steigenden und fallenden Wasserstand (11, 12, 13) wird das Filtermaterial (14) periodisch abwechselnd mit Wasser und Luft in Kontakt gebracht, so daß der für einen aeroben Abbauprozeß ständig benötigte Luftsauer­ stoff regelmäßig passiv zugeführt wird, wodurch der Ener­ gie benötigende und störende Geräusche verursachende aktive Weg der Sauerstoffzufuhr mit dem Kompressor über­ flüssig wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß sich das Verhältnis Wasser : Luft, dem das Filtermaterial (14) ausgesetzt ist, von oben nach unten zunimmt, d. h. es existieren oben Bereiche, die kurz von Wasser aber häufig von Luft umspült werden. Unten existieren Bereiche, die lange von Wasser, aber nur kurz von Luft umspült werden. So entstehen für die verschiedenen abbauenden Bakterien verschiedene ökologische Nischen, was weitgehend natür­ lichen Ökosystemen mit hohen Abbauleistungen entspricht.

Schließlich sei noch erwähnt, daß bei dem Gebrauch der Erfindung als Aquarienfilter der Wasserstand je nach dem Volumenverhältnis Filter : Aquarium im Aquarium mehr oder weniger schwankt. Dies führt zu einer Zerstörung der häufig auftretenden Kamhaut an der Wasseroberfläche, die den Gasaustausch mit der Atmosphäre behindert. Außerdem reagieren die meisten Aquarienpflanzen äußerst positiv auf einen schwankenden Wasserstand.

Gegenüber den bekannten Filteranlagen hat die Erfin­ dung insbesonders bei einem Einsatz als Aquarienfilter folgende Vorteile:

• + Der Energiebedarf ist bei der zu erreichenden Rei­ nigungsleistung äußerst gering. Es wird nur eine Umwälzpumpe benötigt.
• + Bei sehr einfach auszuführenden Reinigungsarbeiten bleibt die Vorrichtung an ihrem Platz. Keine Schlauch- oder Rohrverbindungen müssen gelöst werden.
• + Durch die periodischen Wasserstandsschwankungen kann das Bakterienträgermaterial nicht verstopfen, da Schwebstoffe immer wieder aufgeschwemmt werden, bis sie sich im Sammelraum ablagern.
• + Die Erfindung funktioniert äußerst einfach und ist mangels belasteter beweglicher Teile praktisch war­ tungs- und verschleißfrei.
• + Durch den zusätzlichen Notüberlauf (7) wird der Wasserkreislauf nicht unterbrochen, wenn die Regel­ einrichtung einmal blockiert sein sollte.
• + Die Anschaffungskosten sind aufgrund der konstruk­ tiven Einfachheit und leichten Bauart vergleichs­ weise niedrig.
• + Der Wasserstand schwankt zum Vorteil für die Aqua­ rienpflanzen auch im Aquarium.
• + Der schwankende Wasserstand im Behälter (10) führt zu verschiedenen ökologischen Nischen für die abbau­ enden Bakterien, was zu höchsten Reinigungseffekten führt.
• + Die Erfindung kann als Filter benutzt werden, bei dem, neben dem aeroben Abbau, parallel ein anaerober Nitratabbau erreicht wird, wenn die Abflußöffnung (4) höher gesetzt wird, oder wenn der Raum mit dem Bak­ terienträgermaterial (14) durch eine vertikale Trennwand teilweise vom Wasserkreislauf getrennt wird, wobei der untere Teil oder der getrennte Teil des Bakterienträgermaterials ständig von sauerstoff­ armem Wasser umgeben bleibt.
• + Die Erfindung kann als Langsamfilter betrieben wer­ den und läßt konstruktionsgemäß für den Bedarfsfall den Anschluß eines Ausströmers für Druckluft unter der Siebplatte (18) zu (Gegenstrom).
• + Es können unterschiedliche Bakterienträgermateria­ lien in freier Kombination in leicht herausnehmba­ ren Körben (21) eingebracht werden.
• + Die Amplitude der Wasserstandsschwankungen im Filter­ gehäuse kann dem Bedarf angepaßt werden.
• + Die Zeit des Aufenthaltes des zu reinigenden Wassers im Behälter (10) kann dem Bedarf angepaßt werden.
• + Die Erfindung kann ohne den Zusatzschwimmer (1) bei einem bestimmten einstellbaren Unterdruck unter der Ablauföffnung (4) und dem niedrigen Wasserstand (13) durch sich einstellende, ständige, kurzhubige Auf- und Abbewegung des Schließschwimmers (2) zur Erzeu­ gung von Wellenbewegungen im Aquarium genutzt werden, wobei die Filtereinheit als Rieselfilter (Beregnung des über dem Wasserspiegel stehenden Filtermaterials) betrieben wird.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur periodischen Regelung von Flüssig­ keitsständen, insbesondere für den Gebrauch zum biologi­ schen Schadstoffabbau in Kläranlagen und Aquarien, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus einem Behälter (10) oder aus einem von festem Material umge­ benen Raum mit einer Zulauf- (8) und einer Ablauflei­ tung (15) besteht, der einen Schließschwimmer oder eine Kombination von Schwimmern (1, 2) enthält, welcher mit einer Ablauföffnung (4) eine Ventileinheit bildet, wel­ che bei vorbestimmtem niedrigen Flüssigkeitsstand (13) geschlossen und bei vorbestimmtem höchsten Flüssig­ keitsstand (11, 12) geöffnet wird, wobei der Behälter (10) oder der Raum so unterteilt sein kann, daß ein Teil seines Volumens von einem Material (14) eingenommen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beaufschlagte Flüssigkeit verunreinigtes Wasser ist, daß das Füllmaterial Bakterienträgermaterial (14) sein kann, das mit diesem Wasser beaufschlagt wird und periodisch abwechselnd von diesem Wasser und von Gas umgeben ist, wobei das Gas atmosphärische Luft sein kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsstand in einem Behälter (10) durch die Schwimmer (1, 2) geregelt wird, die sich dadurch aus­ zeichnen, daß sie über einen Faden oder anderweitig, direkt oder indirekt, so miteinander gekoppelt sind, daß sie sich einander annähern und entfernen können.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Schließschwimmer (2) durch einen wirk­ samen Unterdruck so lange eine Ablauföffnung (4) ge­ schlossen hält, bis der ansteigende Flüssigkeitsspiegel einen Überlauf (6) erreicht und durch diesen Überlauf (6) die Flüssigkeit durch besondere Formgebung des Über­ laufs so der Ablauföffnung (4) zugeführt wird, daß der wirksame Unterdruck so weit aufgehoben wird, daß der Auf­ trieb des Schließschwimmers (2) ausreicht, um die Ab­ lauföffnung (4) zu öffnen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der unter Anspruch 4 geschilderte Schließ­ schwimmer (2) so mit einem Zusatzschwimmer (1) gekoppelt ist, daß der Zusatzschwimmer (1) in seiner Bewegungs­ freiheit beschränkt ist und bei einem bestimmten Flüs­ sigkeitsstand durch seinen Auftrieb zusätzlich zum Auf­ trieb des Schließschwimmers (2) den wirksamen Unter­ druck unter der Ablauföffnung (4) überwindet, wodurch der Schließschwimmer (2) die Ablauföffnung (4) freigibt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 4 und 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der wirksame Unterdruck unter der Ab­ lauföffnung (4), der den Schließschwimmer (2) in seiner Schließposition hält, durch einen Durchflußregler (5) variiert werden kann.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Behälter (10) unter dem mit Filterma­ terial bestückten Raum (14) eine Schlammsammelkammer (17) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (10) einen Notüberlauf (7) aufweist.