DE3873511T2 - Abwasserbehandlungsanlage. - Google Patents

Description

• Vorliegende Erfindung betrifft Abwasserbehandlungsanlagen und, insbesondere aber nicht ausschließlich, Abwasserbehandlungsanlagen, die zum unterirdischen Einbau und entweder für ein einzelstehendes Wohnhaus oder für eine kleine Gemeinde von Wohnhäusern als Ersatz für eine Senkgrube oder ein Faulbecken geeignet sind, wo kein öffentliches Kanalisationssystem besteht.
• Eine Senkgrube ist allgemein unbefriedigend, und deren Verwendung führt zu verschiedenen Problemen und Nachteilen, einschließlich einer Tendenz zur Bildung von Gerüchen und zur Umweltverschmutzung beim Überlaufen, und die Notwendigkeit regelmäßiger Entleerung (z. B. mit einem Straßenfahrzeug). Ein Faulbecken kann Verschmutzung verursachen, wenn es in einem Gebiet mit ungeeigneten Bodenbedingungen eingebaut wird. Die Einwohner in Gegenden ohne öffentliche Ranalisation benötigen eine verbesserte Form von Abwasserbehandlungsgeräten. Vorliegende Erfindung zeigt einen Weg zur Deckung dieses Bedarfs.
• US-A-3126333 beschreibt eine Abwasserbehandlungsanlage, worin ein Filterbett in einem flüssigkeitshaltigen Behälter angeordnet ist und Luftströme von Zeit zu Zeit dazu verwendet werden, das Flüssigkeitsniveau in dem Filtergehäuse zu senken, das Filter rückzuspülen und die vorhandenen aeroben Bakterien zu aktivieren. Ein Auslaß aus dem Filter wird durch ein schwenkbares, von den Luftströmen betätigtes Ventil geschlossen.
• Erfindungsgemäß ist eine Abwasserbehandlungsanlage, bestehend aus einem flüssiges Abwasser bis zu einem normalen Oberflächenniveau und darüber Luft enthaltenden Behälter, einem Abwassereinlaß in den Behälter, einem Auslaß daraus für behandeltes Abwasser, einem ortsfesten Biomasseträgermittel innerhalb des Behälters und Vorrichtungen zur periodischen Einführung von Luft in den Behälter, um besagtes Oberflächenniveau innerhalb des Behälters zu heben und zu senken, damit die Biomasse auf dem Trägermittel abwechselnd mit der Flüssigkeit und mit Luft in Berührung kommt, dadurch gekennzeichnet, daß das Biomasseträgermittel über dem normalen Oberflächenniveau angeordnet ist, wo es von der Flüssigkeit benetzt wird, wenn das Flüssigkeitsniveau über das normale Oberflächenniveau ansteigt.
• Wünschenswerterweise besteht die Vorrichtung zum periodischen Heben und Senken des Oberflächenniveaus innerhalb des Behälters aus einem umgekehrten Kasten, dem Druckluft zuführbar ist, wobei der Kasten ein weiteres Biomasseträgermittel enthält, das mit Luft in Berührung kommt, wenn das Biomasseträgermittel mit Flüssigkeit in Berührung kommt, und umgekehrt.
• In einer erfindungsgemäßen Anlage werden Schadstoffe im behandelten Abwasser in die vom Trägermittel getragene Biomasse absorbiert und dann oxidiert, um die Schadstoffe zu harmlosen Substanzen und Pflanzennährstoffen zu reduzieren.
• Die Anlage läßt sich in Primär-, Haupt- und Endkammer unterteilen, wobei sich in der Endkammer ansammelnder Humusschlamm für weitere Oxidation zurückgeführt werden kann, so daß während Zeiten geringer Zufuhr an frischen Schadstoffen eine endogene Atmung der gesamten Biomasse stattfindet, wodurch die Gesamtschlammerzeugung verringert wird.
• Die Vermischung unbehandelten und behandelten Abwassers in dem Behälter und die Zurückführung von Endablauf schafft geeignete Bedingungen für die sich langsamer vermehrenden nitrifizierenden Bakterien, da die Konzentration der Sauerstoff bedürfenden kohlenstoffhaltigen Bakterien auf ein Niveau reduziert ist, das unter dem liegt, wo letztere vorherrschen.
• Das Biomasseträgermittel besteht vorzugsweise aus einer Mehrzahl aufrecht stehender oder geneigter Kontaktplatten welliger oder warziger Form oder mit sonstigen erhabenen Oberflächen. Die Platten sind zweckmäßigerweise so angeordnet, daß sie eine Vielzahl aufrechter oder geneigter Kanäle durch abwechselnde Umkehrung der Platten oder eine andere Anordnung bilden, wodurch sichergestellt ist, daß sich die Platten nur an hohen Stellen berühren. Solche Kontaktplatten werden vorzugsweise aus Polypropylen oder irgendeinem anderen geeigneten Material hergestellt, in die gewünschte Gestalt vakuumgeformt oder gepreßt, so daß sie beim Zusammenfügen ein Netzwerk genügender Festigkeit bilden, um den durch den Durchfluß der Flüssigkeit durch die Struktur und das Gewicht der an den Platten haftenden Biomasse verursachten Kräften zu widerstehen. Andere Biomasseträgermittel könnten aus statistisch oder regulär angeordneten Polymerfasern oder -strängen mit einem Durchmesser zwischen 1 und 1000 Mikron und geeigneter Abstützung in bis zu 20 mm dicken Schichten gebildet sein, mit mehr als 90 Vol.-% Hohlräumen zwischen den Fasern. Die Schichten sollten im wesentlichen senkrecht angeordnet sein, um Ablauf zu ermöglichen.
• Das Volumen innerhalb eines in dem Behälter vorgesehenen umgekehrten Kastens bildet für gewisse Zeiträume während des Betriebs der Anlage eine sauerstofffreie Zone, so daß Denitrifizierung stattfinden kann. Wegen der sich bildenden Stickstoffblasen an die Oberfläche aufsteigender Schlamm wird durch die Wirkung des Hebens und Senkens der Flüssigkeitsoberfläche durch das Biomasseträgermittel hindurch aufgebrochen. Diese Flüssigkeitsbewegung fördert auch die Ausflockung der Biomasseteilchen, so daß sie sich leichter von der Flüssigkeit trennen lassen.
• Während der Zeit, wenn das Flüssigkeitsniveau nach Durchfluß zwischen den Kontaktplatten des Biomasseträgermittels erhöht ist, kann ein Teil der vermischten, behandelten Abwasserflüssigkeiten mit verringerten Schadstoffmengen und ausgeflockten feinen Feststoffen in eine Endkammer überlaufen, die vorzugsweise einen Korb aus statistisch oder regulär angeordneten groben Fasern oder Strängen mit einem Durchmesser zwischen 100 Mikron und 1 mm oder statistische oder reguläre Oberflächen mit mehr als 90 Vol.-% Hohlräumen dazwischen enthält. Die Flüssigkeiten gelangen durch diesen Korb nach oben, und die geklärte Flüssigkeit erreicht den Auslaß. Mit dem Abfall des Flüssigkeitsniveaus in der Hauptkammer des Behälters (z. B. wenn ein Gebläsemotor ausgeschaltet wird) wird der in der Endkammer angesammelte Schlamm zusammen mit Flüssigkeit durch ein mit einem Rückschlagventil, vorzugsweise einem flachgelegten Rohr oder einer sonstigen Rückschlagvorrichtung, versehenes Rohr, das nicht leicht verstopft, in den Hauptteil des Behälters zurückgesaugt.
• Eine erfindungsgemäße Abwasserbehandlungsanlage bietet verschiedene Vorteile:
• A. Sie ist für ein einzelstehendes Haus geeignet, läßt sich aber auch zur Behandlung größerer Abwasservolumen von größeren Quellen verwenden.
• B. Sie enthält keine elektromechanischen Teile innerhalb des unterirdischen Behälters, was einen wichtigen Vorteil darstellt, falls am Aufstellungsort der Anlage Oberschwemmungen vorkommen können.
• C. Das Abwasser wird nicht für lange Zeit vor der Behandlung gelagert, was die Möglichkeit der Entwicklung von Faulwasser und somit Gerüchen verringert.
• D. Sie kann leicht mit Reservegeräten ausgerüstet werden, um kontinuierlichen Betrieb zu gewährleisten.
• E. Das Abwasser wird im wesentlichen nach dem fixierten Filmverfahren mit statischen biologischen Kontaktflächen behandelt.
• F. Die Behandlung verläuft auch gemäß der Oxidation der suspendierten Biomasse unter Verbrauch von während des Ablaufs der Flüssigkeiten von den Biomasseträgerflächen gelösten Sauerstoffs.
• G. Das Heben und Senken des Oberflächenniveaus in dem Behälter garantiert regelmäßige Vermischung des einlaufenden Abwassers mit behandeltem Abwasser und Biomasse, so daß während sämtlicher Abwasserbehandlungsstadien aerobe Bedingungen innerhalb des Behälters vorherrschen.
• Zum besseren Verständnis des Betriebs der Erfindung sei nun eine bevorzugte Form der erfindungsgemäßen Abwasserbehandlungsanlage anhand eines Beispiels mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Übersicht als Vertikalschnitt durch die Abwasseranlage,
• Fig. 2 eine schematische Aufsicht der in Fig. 1 abgebildeten Anlage auf der Höhe des Auslasses,
• Fig. 3 eine Teilschnittansicht in vergrößertem Maßstab durch eine bevorzugte Form der Biomasseträgermittel zur Verwendung in der Anlage nach Fig. 1 und
• Fig. 4 eine Teilschnittansicht, ebenfalls in vergrößertem Maßstab, eines Ausflockungsmediums zur Verwendung in der Anlage nach Fig. 1.
• Gemäß Fig. 1 ist die dargestellte Abwasserbehandlungsanlage in einem Behälter 1 untergebracht, der eine beliebige Gestalt aufweisen kann, zum Beispiel mit kreisförmigem, quadratischem oder (wie gezeigt) rechteckigem Grundriß. Der Behälter 1 ist so in einer Grube 4 eingebaut, daß sich seine Oberkante 1a unterhalb der Bodenhöhe 5 befindet, gerade so weit, daß ein Behälterdeckel 7 mit genügend Erde bedeckt werden kann, damit Gras oder sonstige leichte Pflanzenbedeckung wachsen kann. Der Deckel 7 ist auf dem Rand 1a abgestützt, so daß die Behälterwände 6 sein Gewicht tragen, und besitzt Öffnungen 8, die so angeordnet sind, daß Inspektion und Wartung durchführbar sind. Der Behälter wird im Boden durch untere Flanschen 9 festgehalten, die bei Vernässung des die Grube umgebenden Bodens in der Lage sind, den Auftriebskräften zu widerstehen. Ferner sind die Flanschen 9 wie gezeigt mittels den Behälter umgebenden Betons weiter gesichert, und dies ist wünschenswert, wenn andersartiges geeignetes Auffüllungsmaterial für diesen Zweck nicht verfügbar ist.
• Abwasser 30 läuft über ein Einlaßrohr 2 in die Anlage und wird durch ein Leitblech 26 nach unten in eine Primärkammer 19 abgelenkt. Das normale Wasserniveau in der Anlage ist bei 17 zu sehen, wobei dieses Niveau gilt, wenn ein elektrisch betriebenes Gebläse 11 nicht läuft.
• Einlaufendes Abwasser 30 vermischt sich mit teilweise behandeltem Abwasser und Biomasse in der Kammer 19 unter Bildung einer Mischflüssigkeit 15, welche durch ein Sieb 10 in eine Hauptkammer der Anlage weiterfließt. Das Sieb hält Feststoffe mit einem kleinsten Durchmesser von 10 mm oder größer in der Kammer 19 zurück, und dieses Sieb kann aus zur Bildung eines Netzes oder Maschenwerks gelegten Polymersträngen hergestellt sein.
• Mischflüssigkeit 15 am Niveau 17 füllt ferner einen umgekehrten Kasten 13, der die Kontaktmedien 14 aus Biomasseträgermittel enthält. Wenn das Gebläse 11 läuft, wird Luft zur Verdrängung der Flüssigkeit 15 aus dem umgekehrten Kasten 13 durch ein Rohr 12 nach unten geblasen. Diese Verdrängung läßt das Oberflächenniveau der Flüssigkeit im Behälter über das Niveau 17 ansteigen, wodurch die Flüssigkeit 15 durch die Kontaktmedien 18 und 20 in weiteres Biomasseträgermittel ansteigt und die Flüssigkeit 15 teilweise dazu zwingt, unter Verdünnung des einlaufenden Abwassers 30 durch das Sieb 10 rückzuspülen. Die Wirkung des ansteigenden Flüssigkeitsniveaus bricht alle größeren schwimmenden oder Schlammfeststoffe auf, wobei feinere Teilchen durch die Turbulenz der Flüssigkeitsströmung über die Oberflächen der Kontaktmedien 18 und 20 ausgeflockt werden. Das Gebläse 11 wird mittels eines von einer Zeituhr regulierten Schalters betrieben, der in genügend häufigen Abständen den Gebläsemotor 11a mit elektrischem Strom versorgt, so daß die Anlage zur Oxidation der Schadstoffe mit einem Oxidationspotential in der Mischflüssigkeit befriedigend laufen kann.
• Während die Mischflüssigkeiten 15 über die Oberflächen der Kontaktmedien 18 und 20 sowie 14 laufen, setzt sich Biomasse darauf ab, welche an der Medienoberfläche anhaftet und Schadstoffe aus dem Abwasser adsorbiert. Wenn das Flüssigkeitsniveau das obere Ende einer Trennwand 21 erreicht, läuft es in eine Endzone 24 der Anlage über und wird zum Boden dieser Zone hin abgelenkt, von wo es zu einem Niveau 33 durch eine Nachklärungsstufe 32 aufsteigt, wo ein ungeordnetes Maschenwerk aus Polymerfasern 34a zusammen mit einer Stützplattenkonstruktion 34b ein Ausflockungsmedium 34 schafft, wo Ausflockung und Klärung stattfinden können, bevor der Endablauf zu eine Auslaß 3 gelangt. Der Gebläsemotor 11a wird ausgeschaltet, und die im umgekehrten Kasten 13 enthaltene Luft wird vom ansteigenden Flüssigkeitsniveau durch das Rohr 12 zurück nach oben verdrängt. Dabei werden die auf den Kontaktoberflächen 14 adsorbierten Schadstoffe durch die Biomasse während deren Aussetzung an der Luft oxidiert, wobei die von dieser Biomasse und Oberflächenspannung der Medien zurückgehalten Flüssigkeit mit Sauerstoff gesättigt wird.
• Wenn das Flüssigkeitsniveau zurück auf das Niveau 17 fällt, sind die Kontaktmedien 18 und 20 der Luft ausgesetzt, und die Biomasse und das umgebende, an der Medienoberfläche haftende Wasser absorbieren Sauerstoff aus der Luft, der von der Biomasse zur Oxidation der Schadstoffe verwendet wird. Von den Medienoberflächen abrutschende Biomasse bildet einen "Belebtschlamm", der im Wasser gelösten Sauerstoff zur Oxidation von Schadstoffen benutzt. Fakultative Bakterien, die chemisch in Nitrat gebundenen Sauerstoff verwerten, werden unter den auf den Medien 14 im umgekehrten Kasten 13 herrschenden, sauerstofffreien Bedingungen auftreten. Dadurch kann eine Reduktion des gesamten Nitratstickstoffs sowie Oxidation aller vorhandenen kohlenstoffhaltigen Schadstoffe ablaufen.
• Wenn das Flüssigkeitsniveau zum Niveau 17 zurückkehrt, werden Schlamm und Flüssigkeiten in der Endzone 24 über ein Siphonrohr 22, das mit einem durch eine Länge flachgelegten Schlauchs gebildeten Rückschlagventil 23 endet, zurückgesaugt. Das Ventil 23 liegt innerhalb des Gebiets zwischen dem Sieb 10 und dem umgekehrten Kasten 13. Diese Siphonwirkung sorgt für die Entfernung überschüssigen Schlammes aus der Endzone 24 unter Vermischung des Schlamms und behandelten Abwassers mit einlaufendem Abwasser mit Biomasse, wobei das Abwasser verdünnt und chemisch gebundener Sauerstoff aus Nitrat verfügbar gemacht wird, so daß eine Denitrifizierung vor sich gehen kann.
• Wenn die Schwebstoffkonzentration zunimmt, sammelt sich Schlamm im Bereich unterhalb des umgekehrten Kastens 13 an. Grobe, biologisch nicht abbaubare Gegenstände wie Gummilatex, Polymere, siliconisierte Zellulose, Kunstfasern usw. sammeln sich im Bereich 19 vor dem Sieb 10. Der Überschuß an Schlamm und biologisch nicht abbaubares Material läßt sich mittels Absaugung in einen Tankwagen entfernen, was während Wartungszeiten durch die Öffnungen 8 erfolgt.
• Die geregelten Ablaufperioden aus dem Auslaß 3 und das Flüssigkeitsvolumen unter dem Einlaßniveau, wenn der Gebläsemotor 11a abgeschaltet ist, ermöglichen es der Anlage, Zuflußspitzen zu bewältigen. Die Anlage wird normalerweise ein Abwasser liefern, das zum Abfluß in einen Vorfluter geeignet ist, solange genügend Verdünnungswasser zur Verfügung steht (z. B. gemäß den Empfehlungen der britischen Royal Commission) oder sonst auf den Boden, ferner unter der Voraussetzung, daß die Menge und Stärke des einlauf enden Abwassers innerhalb der normalen auslegungsgemäßen Betriebsbedingungen liegen, daß keine ungünstigen Wirkungen von Bioziden vorliegen und die Biomasse innerhalb der Anlage sich voll aufgebaut hat.
• Fig. 3 zeigt ein typisches Maschenwerk aus Flächen 26 zur Bildung der Kontaktmedien 14, 18 und/oder 20, wobei solche Flächen beispielsweise aus geformten Platten aus einem leichten Kunststoff (wie Polypropylen) gebildet sind, die in einem dichtgepackten Stapel angeordnet sind, so daß sich enge Kanäle zwischen den Platten bilden, welche es der Flüssigkeit gestatten, auf die Flächen auf- und frei von diesen abzulaufen, wenn sich das Niveau über und unter das Niveau 17 bewegt.
• Fig. 4 zeigt einen vergrößerten Querschnitt eines typischen, in der Endzone 24 zu verwendenden Ausflockungsmediums 34. Die Fasern 34a dienen zur Störung jeder Stromlinienströmung, die sonst zwischen den Platten 34b auftreten könnte.

Claims (10)

1. Abwasserbehandlungsanlage, bestehend aus einem flüssiges Abwasser bis zu einem normalen Oberflächenniveau (17) und darüber Luft enthaltenden Behälter (1), einem Abwassereinlaß (2) in den Behälter, einem Auslaß (3) daraus für behandeltes Abwasser, einem ortsfesten Biomasseträgermittel innerhalb des Behälters und Vorrichtungen (11a, 13) zur periodischen Einführung von Luft in den Behälter, um besagtes Oberflächenniveau innerhalb des Behälters zu heben und zu senken, damit die Biomasse auf dem Trägermittel (14) abwechselnd mit der Flüssigkeit und mit Luft in Berührung kommt, dadurch gekennzeichnet, daß das Biomasseträgermittel (18, 20) über dem normalen Oberflächenniveau (17) angeordnet ist, wo es von der Flüssigkeit benetzt wird, wenn das Flüssigkeitsniveau über das normale Oberflächenniveau (17) ansteigt.

2. Anlage nach Anspruch 1, worin die Vorrichtung zum periodischen Heben und Senken des Oberflächenniveaus innerhalb des Behälters aus einem umgekehrten Kasten (13) besteht, dem Druckluft (über 12) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kasten (13) ein weiteres Biomasseträgermittel (14) enthält, das mit Luft in Berührung kommt, wenn das Biomasseträgermittel (18, 20) mit Flüssigkeit in Berührung kommt, und umgekehrt.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Biomasseträgermittel (14, 18, 20) im Behälter mehrere Kanäle begrenzt, durch welche die Flüssigkeit bei ansteigendem Oberflächenniveau in eine Richtung und bei absinkendem Oberflächenniveau in der entgegengesetzten Richtung strömen kann.

4. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Primärkammer (19) nächst dem Einlaß (2) und vor einer besagtes Biomasseträgermittel (14, 20) enthaltenden Hauptkammer der Anlage sowie eine Endzone (24) nächst dem Auslaß (3) und nach der Hauptkammer angeordnet sind.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kammer ein getrenntes Biomasseträgermittel (20: 18: 32) über dem normalen Flüssigkeitsniveau (17) enthält.

6. Anlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Primärkammer (19) und der Hauptkammer der Anlage ein Sieb (10) angeordnet ist, das Feststoffe über einer gewissen Größe abfiltriert und verhindert, daß diese in die Hauptkammer fließen.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die periodischen Wechsel im Oberflächenniveau innerhalb des Behälters regelmäßige Rückspülung des Siebs (10) bewirken.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Endzone (24) von der Hauptkammer her nur füllt, wenn das Oberflächenniveau seine größte Sollhöhe innerhalb des Behälters erreicht oder übersteigt.

9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Endzone (24) eine zur Hauptkammer zurückführende Rückströmleitung (22) und dieser zugeordnete Ventileinrichtungen (23) zur Verhinderung einer Flüssigkeitsströmung aus der Hauptkammer durch die Leitung zur Endzone enthält.

10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Endzone (24) ferner Mittel (32) zur Auflösung von Stromlinienfluß enthält.