DE4102781A1 - Verfahren zur umruestung einer kleinklaeranlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umrüstung einer Kleinkläranlage nach dem Belebungsverfahren. Eine solche Anlage zur biologischen Abwasserreinigung nach dem Be­ lebungsverfahren in Ein- oder Mehrbehälterausführung ist zum Beispiel aus der Firmenschrift PUTOX-Belebungsanlage, ausgegeben auf der "IFAT 1984" bekannt.

Wie auch andere bekannte Kläranlagen, die nach dem Bele­ bungsverfahren arbeiten, weist die in der Firmenschrift erwähnte Belebungsanlage mindestens je ein Vorklär-, Be­ lebungs- und Nachklärbecken auf.

Dabei erfolgt die mechanische Reinigung des Abwassers im Vorklärbecken. Anschließend wird im Belebungsbecken das vorgeklärte Abwasser durch Einblasen von Luft mit dem belebten Schlamm vermischt. Die Luftzufuhr erfolgt über ein Belüftungsrohr mit einer singulären Düse, die üblicherweise etwa in der Mitte des Belebungsbeckens ange­ ordnet ist. Im Nachklärbecken erfolgt die Trennung des gereinigten Abwassers vom belebten Schlamm durch Sedimen­ tation. Der aus der Nachklärung abgezogene Schlamm wird - zumindest teilweise - als sogenannter Rücklaufschlamm in das Belebungsbecken zurückgeführt.

Dabei stellt die Kombination von belüftetem Reaktionsraum (Belebungsbecken), nachgeschaltetem Sedimentationsbecken (Nachklärbecken) und Rückführung der sedimentierten Biomasse (Rücklaufschlamm) die Grundlage jedes Belebungsverfahrens dar. Die Abtrennung und Rückführung der Biomasse ermöglicht eine hohe Biomassenkonzentration im Belebungsbecken, die Voraussetzung für das Funktionieren einer derartigen Ab­ wasserreinigung ist.

Die im PUTOX-Firmenprospekt beschriebene Belebungsanlage soll für 4 bis 1500 Einwohnergleichwerte (EGW) verwendbar sein. Aus diesen Zahlen ergibt sich, daß die Verwendung als Kleinkläranlage (bis 50 EGW) allenfalls am Rande vorge­ sehen ist.

Tatsächlich bereitet die Verwendung bekannter Belebungsan­ lagen in der genannten gattungsgemäßen Art als Kleinklär­ anlage auch deshalb Schwierigkeiten, weil bei derartigen Kleinkläranlagen fast immer eine unregelmäßige Zulauf­ charakteristik des Abwassers herrscht. Hierdurch kann die zur Aufrechterhaltung der biologischen Prozesse not­ wendige Rückführung des Schlamms nicht immer sichergestellt werden. Das Belebungsverfahren hängt aber ganz entscheidend von der Bereitstellung einer ausreichenden Menge an Biomasse im Nachklärbecken ab. Steht diese nicht zur Verfügung, bricht die Biologie innerhalb des dargestellten "Kreis­ systemes" zusammen und ein Neuanfahren der Anlage wird notwendig. Bei Verwendung derartiger Belebungsanlagen für höhere Abwasserbelastungen treten die dargestellten Probleme zurück, weil dann regelmäßig eine gewisse Grund­ auslastung der Anlage gegeben ist, die sicherstellt, daß ständig Biomasse im Nachklärbecken anfällt und - gegebenen­ falls vollständig - in das Belebungsbecken zurückgeführt werden kann.

Daneben sind Festbettanlagen bekannt, die mit Tauch- oder Tropfkörpern im Reaktionsbecken bestückt sind. Während beim Tauchkörper die Belüftung durch von unten eingedüste Luft erreicht wird, erfolgt eine Luftzufuhr beim Tropf­ körper dadurch, daß mittels eines Sprenglers auf die Ober­ fläche des Tropfkörpers versprühtes Wasser auf seinem Weg Luftsauerstoff aufnimmt und in das Reaktionsbecken führt.

In beiden Fällen werden Aufwuchsflächen bereitgestellt, auf denen die Organismen haften (Bildung eines sogenannten biologischen Rasens). Dabei wird kontinuierlich ein Teil des biologischen Rasens durch den Abwasserstrom von den Unterlagen abgelöst und ausgespült, so daß die Hohlräume innerhalb des Festbettes nicht mit Biomasse verstopfen. Das gereinigte Abwasser enthält beim Verlassen des Reaktions­ beckens demnach sehr viel weniger Biomasse, die in einem Nachklärbecken durch Sedimentation abgetrennt wird.

Das Nachklärbecken dient beim Festbettverfahren in erster Linie der Nachreinigung des biologisch behandelten Abwassers und hat nicht die wichtige funktionelle Aufgabe im Ver­ fahrensablauf wie beim dargestellten Belebungsverfahren.

Eine Unterbrechung der Nährstoffzufuhr, wie sie - wie dargestellt - bei Kleinkläranlagen üblich ist, wirkt sich zunächst nicht negativ bei einer Festkörperanlage aus, weil sich die Biozönose innerhalb des Reaktionsbeckens entsprechend den Milieubedingungen differenzieren kann.

Auch bei überproportionaler Nährstoffzufuhr entstehen üblicherweise keine Probleme. Es erfolgt vielmehr automatisch ein Ablösen eines Teiles des Biomassen-Belages, der dann im Nachklärbecken durch Sedimentation abgetrennt wird.

Insgesamt ergibt sich, daß der in der Nachklärkammer an­ fallende Schlamm volumenmäßig erheblich gegenüber der Schlammenge aus der Nachklärkammer einer nach dem Belebungs­ verfahren arbeitenden Kläranlage reduziert ist. Je nach Menge der Abwasserzufuhr und deren Nährstoffkonzentration beträgt die Schlammenge nur noch 1/60 gegenüber dem be­ kannten Belebungsverfahren.

Obwohl die vorstehend beschriebenen Kläranlagen zum Teil seit Jahrzehnten Stand der Technik sind, wurde jetzt völlig überraschend gefunden, daß sich eine bekannte Kläranlage, die nach dem Belebungsverfahren arbeitet, trotz ihrer grundsätzlich unterschiedlichen Verfahrenstechnik, aber auch deutlich unterschiedlichen konstruktiven Gestaltung mit Hilfe relativ einfacher Maßnahmen in eine sehr viel effektivere und unempfindlichere Kläranlage, die nach dem Festkörperverfahren arbeitet, umbauen läßt.

Auch wenn die einzelnen Bestandteile einer Belebungsanlage (insbesondere Vorklär-, Belebungs- und Nachklärbecken) zum Teil völlig andere Funktionen zu erfüllen haben als bei einer Festbettanlage, so läßt sich ihre Aufgabe und Funktion innerhalb einer Festbettanlage doch mit relativ wenigen einfachen konstruktiven Maßnahmen erreichen.

Dabei hat die Erfindung erkannt, daß vor allem drei wesent­ liche Umgestaltungen zum Umbau einer Belebungsanlage zu einer Festbettanlage notwendig sind, nämlich:

• - die bei der Belebungsanlage vom Nachklärbecken zum Reaktionsbecken (Belebungsbecken) führende Leitung für den Rücklaufschlamm muß stillgelegt werden, da beim Festbettverfahren keine Schlammrückführung er­ folgt. Die Leitung wird durch eine Leitung vom Nach­ klärbecken zum Vorklärbecken oder einem anderen Se­ dimentationsbecken oder Depot für die Biomasse geführt. Zur konstruktiven Lösung stehen dem Fachmann zahlreiche Möglichkeiten zur Verfügung. Im einfachsten Fall wird die Leitung unmittelbar vor dem Eintritt in das Reaktionsbecken durchgetrennt, gegebenenfalls verlängert und in das Vorklärbecken umgelenkt und dort festgelegt. Gleichzeitig wird der ursprüngliche Anschlußbereich der Leitung am Reaktionsbecken ver­ schlossen.
  Selbstverständlich kann auch eine neue Leitung verlegt werden. Vorzugsweise besitzt diese dann einen geringeren Rohrquerschnitt, weil - wie dargestellt - die Menge des anfallenden Sedimentationsschlammes bei einer Kläranlage mit sessiler Biologie sehr viel geringer ist als bei einer Belebungsschlamm-Anlage.
• - Als weitere Maßnahme ist eine möglichst vollflächige Bodenbelüftung im Reaktionsbecken sicherzustellen. Üblicherweise erfolgt die Luftzufuhr bei Belebungs­ anlagen über ein Belüftungsrohr, das etwa in der Mitte des Reaktionsbeckens endet und die Luft wird entweder direkt oder über entsprechende Düsen in das Abwasser geführt. Eine solche Belüftung ist jedoch für eine Festbett-Anlage völlig unzureichend. Das Belüftungsrohr kann jedoch zur Luftzuführung benutzt werden. Es wird zu diesem Zweck so verlegt (verlän­ gert) daß das luftaustrittsseitige Ende unmittelbar oberhalb des Bodens des Reaktionsbeckens angeordnet ist. An dieses Ende werden dann entsprechende Be­ lüftungselemente angeschlossen, die in einer mehr oder weniger horizontalen Ebene oberhalb des Bodens verlaufen. Diese Belüftungselemente sind vorzugsweise so angeordnet, daß eine Belüftung über den gesamten Querschnitt- des Reaktionsbeckens ermöglicht wird.
• - Schließlich ist als dritte Maßnahme der Einbau eines Festbettes im Reaktionsbecken beziehungsweise das Einbringen einer Schüttung dort zum Aufwuchs sessiler Mikroorganismen notwendig.

Grundsätzlich reichen die beschriebenen drei Maßnahmen aus, um von einer Belebungsanlage zu einer Festkörper­ anlage zu gelangen. Die entsprechenden Arbeiten sind an jeder vorhandenen Kleinkläranlage ohne weiteres durchführbar, unabhängig davon, ob diese ein- oder mehrstufig ausgelegt ist, das heißt, unabhängig davon, ob die vorhandene Bele­ bungsanlage ein oder mehrere Vorklärbecken, ein oder mehrere Reaktionsbecken und/oder ein oder mehrere Nachklärbecken aufweist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Umrüstung einer Klein­ kläranlage nach dem Belebungsverfahren in eine Festbett-An­ lage ist in seiner allgemeinsten Ausführungsform durch die Merkmale des Patentanspruches 1 charakterisiert. Vor­ teilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschreiben die Unteransprüche.

Danach ist unter anderem vorgesehen, an das austritts­ seitige Ende des Belüftungsrohres ein Luftverteilerrohr anzuschließen, von dem aus sich beidseitig (also in einer horizontalen Ebene) eine Vielzahl von Belüftungselementen erstrecken. Auf diese Weise wird die Luft über das Luftver­ teilerrohr in die Belüftungselemente geführt, die statistisch über den Querschnitt des Reaktionsbeckens verteilt ange­ ordnet werden können, um so eine quasi totale Belüftung des Abwassers von unten sicherzustellen.

Dabei ist es besonders bevorzugt, das Belüftungsrohr an der Wand des Belüftungsraumes (Reaktionsbeckens) bis un­ mittelbar vor den Boden des Reaktionsbeckens zu verlegen, wo es auch sicher an der Wand befestigt werden kann. Dabei geht die Erfindung von der Überlegung aus, daß Belüftungs­ rohre bekannter Belebungsanlagen von oben in das Reaktions­ becken einmünden. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, durch den Boden hindurch das Belüftungsrohr vor­ zusehen. In diesem Fall könnte es auch mittig durch den Boden geführt und mit einer Vielzahl von Luftverteiler­ rohren und/oder Belüftungselementen bestückt werden.

Weiterhin ist es vorteilhaft, oberhalb der Belüftungs­ elemente einen Auflagerost für das Festbett oder die Schüt­ tung anzuordnen. Dabei kann der Rost nach unten abstehende Beine aufweisen, die zwischen den Belüftungselementen auf dem Boden des Belüftungsraumes aufstehen. Der oder die Festbettkörper werden dann auf den Rost aufgesetzt und gegebenenfalls - zur Vermeidung des Aufschwimmens - zusätzlich befestigt, zum Beispiel über Niederhalter oder wandseitige Verankerungselemente.

Der/die Festbettkörper können konventionelle Festbett­ körper sein. Diese bestehen zum Beispiel aus UV-stabi­ lisiertem Polypropylen, das in Form von Netzrohren, Profil­ platten, Kugelkörpern oder dergleichen konfektioniert ist. Auf jeden Fall wird eine hohe Durchströmbarkeit und die Bereitstellung großer Aufwuchsflächen für die Mikroorga­ nismen gefordert.

Ebenso ist es aber auch möglich, ein organisches oder anorganisches Schüttgut in den Belüftungsraum einzubringen. Dabei kann die Schüttung in einem luft- und wasserdurch­ lässigen Behälter, zum Beispiel einem Korb, konfektioniert werden, der von oben in das Reaktionsbecken eingesetzt wird. Der Behälter kann dort entweder auf den genannten Rost aufgesetzt werden; es ist aber auch möglich, ihn zum Beispiel an der Wand oder von oben aufzuhängen.

Selbstverständlich können auch hier mehrere derartiger Behälter innerhalb eines Beckens angeordnet werden.

Die Schüttung wird in der Regel 50 bis 100 Vol. -% des Volumens des Reaktionsbeckens ausfüllen, wobei das Volumen des Reaktionsbeckens als das mit dem Abwasser gefüllte Volumen definiert wird.

Das Schüttgut selbst kann zum Beispiel in Kugeln, Prismen, Würfeln, Stäben oder dergleichen konfektioniert sein. Diese geometrischen Körper ermöglichen einerseits relativ dichte Packungen und damit hohe Oberflächen, ermöglichen aber andererseits auch einen freien Luft- und Wasserdurch­ gang.

Das Schüttgut kann aus Kunststoffkörpern, aber auch aus anorganischen Materialien, wie gebranntem Ton, Calcium­ carbonat, Tonmineralen und/oder deren Mischungen bestehen. Auch hier kann der Fachmann auf bekannte Schuttgüter zurück­ greifen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spieles näher beschrieben, wobei

Fig. 1 eine konventionelle Belebungsanlage

Fig. 2 eine daraus durch Umbau gebildete Festkörperanlage jeweils im Längsschnitt, und

Fig. 3 die Anlage nach Fig. 2 in einer Aufsicht zeigen.

Dabei sind die Darstellungen zugunsten einer besseren Übersichtlichkeit stark schematisiert.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Kläranlage handelt es sich um eine Belebungsanlage der Bauart "Merseburg". Dabei wird das zu reinigende Abwasser über eine (nicht darge­ stellte) Abwasser-Hebeanlage zunächst in ein Vorklärbecken (ebenfalls nicht dargestellt) gepumpt. Das Vorklärbecken wird von einem sogenannten Emscherbrunnen gebildet. Von hier aus gelangt das vorgeklärte Abwasser in ein mit dem Bezugszeichen 10 dargestelltes Belebungsbecken, dessen Querschnitt - wie dargestellt - am Boden 12 größer ist als am oberen Ende im Bereich des Abwasserspiegels 14.

Ausgehend von einem außen am Belebungsbecken 10 befestigten Gebläse 16 verläuft eine Rohrleitung 18, die etwa in der Mitte des Belebungsbeckens 10 endet und dort bei 20 ver­ zweigt und mit mehreren Schaumstoffbelüftern 22 konfektio­ niert ist. Auf diese Weise wird über die Belüfter 22 Luft in das Abwasser innerhalb des Belebungsbeckens 10 einge­ führt.

Über eine Überlaufkante 24 fließt der mit Hilfe der Belüf­ tung belebte Schlamm über eine durch eine Wand abgetrennte Entgasungszone 28 in ein Nachklärbecken 26. Dort sedimen­ tiert die Biomasse, wobei die Oberfläche des sedimentierten Schlamms mit 30 gekennzeichnet ist. Mit Hilfe einer Druck­ luftpumpe 32 wird der Schlamm über eine Rohrleitung 34 abgesaugt und über die Rohrleitung 36 zumindest teilweise wieder in das Belebungsbecken 10 zurückgeführt. Etwaig anfallender Überschußschlamm wird über die Leitung 38 weggeführt und deponiert.

Das gereinigte Abwasser, das oberhalb der Linie 30 auf dem Schlamm aufsteht, wird hinter einer eingebauten Tauch­ wand 40 über eine Ablaufrinne 42 in einen (nicht darge­ stellten) Vorfluter weggeführt.

Die beschriebene - bekannte - Belebungsanlage steht hier stellvertretend für andere Bauformen von Belebungsanlagen, die sich jedoch im wesentlichen nur bezüglich ihrer geo­ metrischen Gestaltung unterscheiden und in ihrem Verfahrens­ ablauf der beschriebenen Ausführungsform entsprechen.

Um diese Belebungsanlage nun zu einer Festkörperanlage umzubauen, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, wird wie folgt vorgegangen:
Die Rohrleitung 36 wird bei 50 abgeschnitten und mit Hilfe eines Verlängerungsstücks 36′ am Belebungsbecken 10, das nachstehend Belüftungsraum genannt wird, vorbei und in die Vorklärung (nicht dargestellt) geführt (Pfeil 52). Das verbleibende Reststück der Rohrleitung 36 wird ver­ worfen.

Als nächstes wird die Rohrleitung 18 bei 52 durchtrennt, das abgetrennte Rohrleitungsstück mit den Schaumstoffbe­ lüftern 22 entfernt und ein Verlängerungsstück 18′ ange­ schlossen, das durch den Belüftungsraum 10′ hindurch bis kurz vor dessen Boden 12 verläuft.

Am freien Ende der Rohrleitung 18′ verzweigt sich die Rohrleitung und geht über in zwei Luftverteilerrohre 56, die sich - beabstandet zueinander - parallel zum Boden 12 durch den Belüftungsraum 10′ in Richtung auf das Nach­ klärbecken 26 erstrecken und kurz vor der in Fig. 2 linken Seitenwand des Nachklärbeckens 26 enden. Die Luftverteiler­ rohre 56 sind beidseitig mit Durchbrechungen ausgebildet an die sich Belüftungselemente 58 anschließen, die zuge­ führte Luft nach oben abgeben.

Fig. 3 zeigt die Anordnung der Luftverteilerrohre 56 und Belüftungselemente 58. Dabei ist zu erkennen, daß an jedem Luftverteilerrohr 56 auf jeder Seite 6 Belüftungs­ elemente 58 angeschlossen sind, so daß die Belüftungsein­ richtung hier insgesamt 24 Belüftungselemente 58 umfaßt, die statistisch verteilt unmittelbar oberhalb des Bodens 12 in einer horizontalen Ebene angeordnet sind und dafür sorgen, daß das Abwasser gleichmäßig und über den gesamten Querschnitt des Belüftungsraums 10′ von unten mit Luft begast wird.

Die Luftverteilerrohre 56 und die Belüftungselemente 58 sind bodenseitig befestigt, um ein Aufschwimmen zu ver­ hindern.

Fig. 2 läßt weiter erkennen, daß zwischen den Belüftungs­ elementen 58 Beine 60 mehrerer Tragroste 62 auf dem Boden 12 aufstehen, die eine Auflagefläche 64 bilden, auf die ein Festbettkörper 66 aufgesetzt wird. Der Festbettkörper 66 besteht hier aus einer Vielzahl von miteinander verbun­ denen rohrförmigen Körpern, wobei jeder rohrförmige Körper eine netzartige Struktur aufweist und in vertikaler Richtung angeordnet ist. Auf diese Weise wird ein Festbettkörper zur Verfügung gestellt, der sowohl von Wasser wie auch von Luft gut durchströmbar ist und eine große Oberfläche als Aufwuchsfläche für den biologischen Rasen zur Verfügung stellt. Der Festbettkörper 66 wird über Niederhalter 68 auf dem Tragrost 62 festgehalten.

Mit diesen einfachen Maßnahmen ist es also möglich, eine nach dem Belebungsverfahren arbeitende Kleinkläranlage zu einer sehr viel effizienteren Festkörperanlage mit sessiler Biologie umzurüsten. Obwohl beide Anlagen auf völlig unterschiedlichen biologischen Prinzipien beruhen und einen völlig unterschiedlichen Verfahrensablauf umfassen, bedarf es nur der genannten geringfügigen Umbaumaßnahmen, um das gewünschte Ziel zu erreichen.

Im übrigen bleibt die bekannte Anlage unverändert, das heißt, auch bei der umgebauten Festkörperanlage läuft das Abwasser über die Überlaufkante 24 in das Nachklär­ becken beziehungsweise das geklärte Abwasser über die Ablaufrinne 42 zum Vorfluter.

Claims (13)

1. Verfahren zur Umrüstung einer Kleinkläranlage nach dem Belebungsverfahren mit mindestens je einem

• a) Vorklärbecken
• b) über ein Belüftungsrohr (18) belüftbaren, als Belebungsbecken (10) dienenden Belüftungsraum sowie
• c) einem Nachklärbecken (26),

bei der Vorklärbecken, Belebungsbecken (10) und Nach­ klärbecken (26) im strömungstechnischen Sinne für das Abwasser hintereinander geschaltet und untereinander verbunden sind, sowie

• d) einer Leitung (36) zur zumindest teilweisen Rück­ führung der im Nachklärbecken (26) sedimentierten Biomasse in das Belebungsbecken (10),

dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (36) entlang ihres Weges unterbrochen und in das Vorklärbecken oder ein separates Sedimen­ tationsbecken oder Depot geführt, das Belüftungsrohr (18) bis auf den Boden (12) des Belüftungsraums (10′) verlängert und an auf dem Boden (12) verlaufende Belüf­ tungselemente (58) angeschlossen sowie mindestens ein Festbettkörper (66) oder eine Schüttung zum Aufwuchs sessiler Mikroorganismen oberhalb der Belüftungsele­ mente (58) im Belüftungsraum (10′) angeordnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (36) durch eine Leitung (36′) mit ge­ ringerem Querschnitt ersetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Belüftungsrohr (18, 18′) in mindestens ein Luftverteilerrohr (56) einmündet, von dem aus sich eine Vielzahl von Belüftungselementen (58) erstrecken.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Belüftungsrohr (18′) an der Wand des Belüftungs­ raumes (10′) bis unmittelbar vor den Boden (12) des Belüftungsraumes (10′) verlegt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Belüftungselemente (58) ein Auflage­ rost (62) für das/die Festbettkörper (66) angeordnet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auflagerost (62) eingesetzt wird, der zwischen den Belüftungselementen (58) auf dem Boden (12) des Belüftungsraums (10′) aufsteht.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Festhalten des Festbettkörpers (66) Niederhalter (68) oberhalb des Festbettkörpers (66) angeordnet werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Festbettkörper (66) zwischen den Belüftungs­ elementen (58) auf dem Boden (12) oder über entspre­ chende Anker in der Wand des Belüftungsraums (10′) festgelegt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Schüttung ein organisches oder anorganisches Schüttgut in den Belüftungsraum (10′) eingebracht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttung in mindestens einem luft- und wasser­ durchlässigen Behälter konfektioniert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter im Belüftungsraum aufgehängt wird.