DE4121412C2 - Verfahren zur Erhöhung der Reinigungsleistung von Kleinkläranlagen mit mehreren Reinigungskammern sowie Kläranlage zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Reini­ gungsleistung von Kleinkläranlagen mit mehreren Reinigungs­ kammern sowie eine Kläranlage zur Durchführung des Verfah­ rens.

Es ist bekannt, Wasser mittels Kleinkläranlagen zu reinigen. So bestehen Kleinkläranlagen nach DIN 4261 Teil 1 aus mehre­ ren Kammern, durch die das Abwasser in Reihenschaltung ge­ führt wird. Das Abwasser tritt dann aus der letzten Kammer aus und verrieselt im Untergrund. Bei diesen bekannten Klein­ kläranlagen besteht der Nachteil, daß in vielen Fällen die Reinigungsleistung nicht ausreichend ist. Um zu verhindern, daß nicht ausreichend gereinigtes Abwasser in die Untergrund­ verrieselung gelangt, muß in solchen Fällen eine biologische Stufe zwischengeschaltet werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Kläranlage zur Durchführung des Verfahrens aufzuzeigen, durch das auf einfache Weise die Reinigungsleistung von Kleinkläranlagen erhöht werden kann.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe bezüglich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich der Kläranlage durch die kennzeichnenden Merk­ male des Anspruchs 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin­ dung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Die gem. der Erfindung einzusetzenden Tropfkörper ermöglichen eine leichte Bauweise aus Kunststoff und sind korrosionsbeständig und wasserdicht. Da eine überirdische In­ stallation möglich ist, sind keine Erdbewegungen erforder­ lich. Bei der einfachen Installation braucht der Betrieb der Kleinkläranlagen nicht unterbrochen zu werden. Da der Tropf­ körper isoliert ist und zwangsbelüftet wird, treten keine Ge­ ruchsbelastungen auf, so daß eine Installation in der Nähe von Wohngebäuden möglich ist. Die Beschickungspumpe für den Tropfkörper kann in der Kleinkläranlage so angeordnet wer­ den, daß deren Funktion nicht beeinträchtigt wird. Für das Tropfkörperbett des Tropfkörpers finden Füllkörper mit einer sehr hohen spezifischen Oberfläche und einem großen Hohlraum­ anteil Anwendung, damit eine maximale Fläche für einen Bio­ film oder Biorasen vorhanden ist. Durch die Betriebsweise der Beschickungspumpe wird eine hohe Rücklaufströmung möglich, so daß eine Verstopfung bzw. Verschlammung des Tropfkörpers nicht eintritt. Wegen der geringen Anzahl mechanisch bewegter Teile sind die Betriebs- und Wartungskosten gering. Durch die Modulbauweise des Tropfkörpers kann die entsprechende Klein­ kläranlage je nach baulicher Situation leicht angepaßt wer­ den. Von Vorteil ist es, daß Nitrifikation und Denitrifikati­ on bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zwangsweise erfolgen und durch dieses somit eine maximale Umweltentlastung ein­ tritt. Für größere und/oder hochbelastete Kläranlagen ist es möglich, mehrere Tropfkörper als Erweiterungsbausätze zu in­ stallieren. Vorzugsweise werden die Tropfkörper hierbei parallel geschaltet. Um eine Störung im Winterbetrieb zu ver­ hindern, ist es möglich, die Tropfkörper in einer Kompostier­ anlage anzuordnen und über eine Zusatzheizung zu temperieren.

Die Erfindung wird nachstehend am Beispiel der in den Zeich­ nungen schematisch dargestellten Kleinkläranlage näher erläu­ tert. Es zeigt

Fig. 1 eine mögliche Schaltung einer Kleinkläranlage nach der Erfindung in einem Blockschaltbild,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Erweiterung der Anzahl zugeschalteter Tropfkörper,

Fig. 3 einen Tropfkörper in einer Seitenansicht im Schnitt,

Fig. 4 die Anordnung der Beschickungspumpe für den Ab­ wasserrücklauf in einer schematischen Seitenan­ sicht im Schnitt.

Die Kleinkläranlage 1 besteht aus einer Kläranlage 2, die nach DIN 4261 Teil 1 z. B. drei hintereinander geschaltete Reinigungskammern 3, 4, 5 aufweisen kann. Die letzte Reini­ gungskammer 5 ist mittels eines Ablaufes 21 mit einem Sicker­ wasserverteiler 7 verbunden, an dem Drainrohre 20 für eine Untergrundverrieselung von gereinigtem Abwasser angeschlossen sind.

Die Reinigungskammer 5 ist mittels einer Rücklaufleitung 9 mit der ersten Reinigungskammer 3 der Kläranlage 2 verbunden. In der Reinigungskammer 5 ist eine Beschickungspumpe 8 vorge­ sehen, deren Druckstutzen mit der Rücklaufleitung 9 verbunden ist. Wie in Fig. 4 näher dargestellt, ist die Beschickungs­ pumpe 8 unterhalb des Ablaufes 21 aber oberhalb einer Durch­ brechung 22 angeordnet, die die Reinigungskammer 5 mit der Reinigungskammer 4 verbindet. In der Rücklaufleitung 9 ist ein Abzweig 14 vorgesehen, an dem ein Tropfkörper 10 ange­ schlossen ist. Der Tropfkörperablauf 11 ist über eine Rück­ laufleitung 12 mit der ersten Reinigungskammer 3 und über ei­ ne Rücklaufleitung 13 mit der mittleren Reinigungskammer 4 verbunden. Zwischen dem Abzweig 14 und der ersten Reinigungs­ kammer 3 ist in der Rücklaufleitung 9 ein Regulierventil 15 angeordnet, das zur Mengenregulierung des Rücklaufwassers dient. In dem Leitungsabschnitt zwischen dem Abzweig 14 und der Reinigungskammer 5 ist ein weiterer Abzweig 34 in der Rücklaufleitung 9 ausgebildet, an dem eine Anschlußleitung für eine Pflanzenkläranlage oder ein Biotop 17 angeschlossen ist. In der Anschlußleitung 16 ist ein Ventil 18 vorgesehen, das mittels eines in der Reinigungskammer 5 befindlichen Schwimmerschalters 19 betätigbar ist (Fig. 1). Die Pflanzen­ kläranlage oder das Biotop 17 mit zugehöriger Anschlußleitung 16 mit Ventil 18 und Schwimmerschalter 19 ist optional und hat keinen Einfluß auf die Funktion der Kleinkläranlage 1. Es kann daher auch auf die Nachschaltung einer Pflanzenkläranla­ ge oder eines Biotops 17 und damit der Anordnung eines Ab­ zweigs 34 verzichtet werden. Zur Durchführung des Verfahrens wesentliche Anlagenteile sind die Beschickungspumpe 8, die Rücklaufleitungen 9, 11, 13 und der Tropfkörper 10. Die Rück­ laufleitung 12 dient nur der Anlagenoptimierung und ist für die Funktion der Kleinkläranlage 1 nicht notwendig.

Die in Fig. 1 dargestellte Kleinkläranlage 1 kann auch mit mehreren Tropfkörpern 10, 10a, 10b versehen werden, wie es in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. Vorzugsweise werden diese Tropfkörper 10, 10a, 10b parallel geschaltet und von der ge­ meinsamen Beschickungspumpe 8 mit Rücklaufwasser beauf­ schlagt. Die Tropfkörperabläufe 11, 11a, 11b sind zu einem gemeinsamen Tropfkörperablauf 23 verbunden, der mit den be­ reits genannten Rücklaufleitungen 12, 13 in Verbindung steht.

Fig. 3 zeigt den schematischen Aufbau eines Tropfkörpers 10. Der Tropfkörper 10 besteht aus einem Tropfkörperbehälter 24 mit einem Abwasserzulaufstutzen 25 und einem Abwasserablauf­ stutzen 26. In dem Tropfkörperbehälter 24 ist ein Tropfkör­ perbett 27 ausgebildet, an dessen Oberseite ein Abwasserzu­ laufverteiler 28 angeordnet ist. Der Abwasserzulaufverteiler 28 ist als Drehsprenger 29 ausgebildet. Über dem Tropfkörper­ bett 27 ist ein Ventilator 30 mit Heizregister vorge­ sehen, durch den auf dem Tropfkörperbett 27 sich ausbildender Bio­ film oder Biorasen mit Sauerstoff beaufschlagt wird. Vorzugs­ weise wird das Tropfkörperbett 27 aus Kunststoffkörpern 31 mit hoher spezifischer Oberfläche und einem großen Hohlrauman­ teil gebildet.

Am Boden des Tropfkörperbettes 27 ist ein Sammler 33 angeord­ net, der mit dem Abwasserablaufstutzen 26 verbunden ist und in dessen Gehäusemantel Durchbrechungen 36 ausgebildet sind.

Das mit der Kleinkläranlage 1 durchzuführende Verfahren wird nachstehend erläutert. Mittels der als Tauchpumpe ausgebilde­ ten Beschickungspumpe 8 wird der letzten Reinigungskammer 5 der Kläranlage 2, die als Vorklärbecken oder Dreikammerklär­ grube ausgebildet sein kann, vorgereinigtes Abwasser entnom­ men und zur Beschickung dem Tropfkörper 10 zugeführt. Der Hauptablaufstrom des Tropfkörpers 10 wird der Reinigungskam­ mer 4 zugeführt. Ein weiterer Teil des Tropfkörperablauf­ stroms wird der Reinigungskammer 3 zugeführt, damit Schlamm­ flocken aus der Spülung des Tropfkörpers 10 zur Sedimentation beitragen können.

Über das Ventil 18 kann mittels der Beschickungspumpe 8 das sonst in die Untergrundverrieselung über den Sickerwasserver­ teiler 7 gelangende gereinigte Abwasser über eine Pflanzen­ kläranlage oder ein Biotop 17 einer weiteren Reinigung zuge­ führt werden. Das hier gereinigte Abwasser kann je nach Qualität für bestimmte Zwecke eingesetzt werden.

Durch die Zufuhr von Tropfkörperablaufwasser in die Reini­ gungskammer 4 werden aerobe Betriebsbedingungen erzielt, so daß eine biologische Belebung in dieser Reinigungskammer 4 stattfindet.

In der ersten Reinigungskammer 3 sind anaerobe Verhältnisse vorherrschend, so daß in dieser Stufe der Abwasserreinigung NH₄⁺ entsteht. Durch den zugeschalteten Tropfkörper 10 er­ folgt eine aerobe Einflußnahme in der Reinigungskammer 4, so daß NH₄⁺ in NO₃⁻ umgesetzt wird. Der über das Regulierventil 15 geführte Teilstrom des vorgereinigten Abwassers aus der Reinigungskammer 5 bewirkt in der Reinigungskammer 3 Denitrifikation, also daß NO₃⁻ in N₂ umgesetzt werden kann.

Für das Tropfkörperbett 27 werden Kunststoffkörper 31 verwen­ det, die z. B. eine spezifische Oberfläche von 230 m² je m³ verfügen. Auf diesen Kunststoffkörpern 31 wächst in Abhängig­ keit vom Nährstoffangebot, d. h. der Schmutzfracht des rück­ geführten vorgereinigten Wassers ein Biofilm bzw. biologi­ scher Rasen, der für den Abbau der Verunreinigungen im Abwasser sorgt. Die Beschickungspumpe 8 wird vorzugsweise zeitgesteuert und fördert ständig Abwasser über den Tropfkör­ per 10, damit dieser zum Abbau von Schmutzanteilen des Ab­ wassers ständig in Betrieb ist. Eine derartige Betriebsweise macht die Kleinkläranlage 1 weniger anfällig für Stoß- und Ruhezeiten. Da die Beschickungspumpe 8 ein Vielfaches des an­ fallenden Abwassers fördert, ist das Rücklaufverhältnis sehr hoch. Durch den hohen Hohlraumanteil im Tropfkörperbett 27 und das hohe Rücklaufverhältnis wird eine hohe Spülkraft er­ zielt. Dies bewirkt, daß der überkeimende Teil des auf den Kunststoffkörpern 31 haftenden Biofilms bzw. Biorasens abge­ löst und ausgespült wird, mit der Folge, daß der Tropfkörper 10 nicht verstopfen kann. Um den gewünschten aeroben biologi­ schen Abbau durchführen zu können, ist mittels eines Ventila­ tors 30 mit einem Heizregister am Tropfkörper 10 eine Zwangs­ belüftung von oben nach unten durch das Tropfkörperbett 27 vorgesehen. Das Heizregister ist als Lufterhitzer ausgebil­ det. Hierdurch kann die sauerstoffhaltige Zuluft bei Außen­ temperaturen, die eine biologische Aktivität stören, über ein z. B. elektrisches Heizregister thermostatisch gesteuert er­ wärmt werden. Dieses Heizregister erhöht zwar die Betriebsko­ sten, ermöglicht dafür aber den Einsatz bei tieferen Außen­ temperaturen. Das Heizregister sollte deshalb auch nur bei langen Frostperioden zugeschaltet werden und wenn betriebsbe­ dingte Spitzlasten in diesem Zeitraum anfallen. Hierdurch kann der für den biologischen Abbau erforderliche Sauerstoff dem Tropfkörperbett 27 zugeführt werden. Der am Boden 32 des Tropfkörperbettes 27 befindliche Sammler 33 sammelt das im Tropfkörperbett 27 gereinigte Abwasser, welches über den Ab­ wasserablaufstutzen 26 abgeführt werden kann. Um auch im Win­ terbetrieb eine hohe Reinigungsleistung erzielen zu können, ist es möglich, den Tropfkörper 10 frostgeschützt in einen Komposter einzubauen.

Die Beschickungspumpe 8 muß in der Reinigungskammer 5 so an­ geordnet werden, daß die Funktion der Vorklärung nicht beein­ trächtigt wird. Insbesondere muß sichergestellt sein, daß an­ fallender Schwimmschlamm nicht über die Beschickungspumpe 8 ausgetragen wird. Hierzu ist eine Niveausteuerung der Be­ schickungspumpe 8 vorgesehen. Die "Aus"-Position ist als Trockenlaufschutz ausgebildet und stellt die Position dar, bei der der Reinigungskammer 5 kein Wasser entnommen werden kann. Diese "AUS"-Position befindet sich in einer Höhe ober­ halb der Durchbrechung 22 in der Trennwand 35 zur vorge­ schalteten Reinigungskammer 4, die sicherstellt, daß kein Schwimmschlamm in weitere Reinigungskammern gelangen kann. Die Einschaltposition "EIN" befindet sich unterhalb des Über­ laufniveaus des Ablaufes 21 aber oberhalb der "AUS"-Position. Hierdurch kann auch kein Schwimmschlamm in den Überlauf gera­ ten. An dem Ablauf 21 ist kammerinnenseitig ein vertikaler Rohrstutzen 36 ausgebildet, dessen untere Eintrittsöffnung sich in der Ebene der Oberkante der Durchbrechung 22 befin­ det.

Claims (21)

1. Verfahren zur Erhöhung der Reinigungsleistung von Klein­ kläranlagen mit mehreren Reinigungskammern, dadurch ge­ kennzeichnet, daß aus der letzten Reinigungskammer der Kläranlage ein Teilstrom vorgereinigten Abwassers abge­ führt und in zwei weitere Teilströme aufgeteilt wird, von denen der eine mindestens einem Tropfkörper und der andere der ersten Reinigungskammer der Kläranlage zuge­ führt wird, wobei das aus dem mindestens einen Tropfkör­ per austretende Abwasser des einen Teilstromes in die vor der letzten Reinigungskammer angeordneten Reini­ gungskammern der Kläranlage eingebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Reinigungskammer der Kläranlage Nitrate denitrifiziert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Tropfkörperbett des Tropfkörpers ein Biofilm ge­ bildet und durch Zwangsbelüftung mit Sauerstoff versorgt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterschreitung einer vorgegebenen Lufttemperatur die durch das Tropfkörperbett zu führende Luft vorge­ wärmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das biologisch belebte Ablaufwasser aus dem Tropfkörper in der ersten Reinigungskammer der Kläranlage Grobstoffe im Abwasser fällt und in der folgenden Reinigungskammer eine aerobe Reinigungsstufe bildet.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß von dem aus der letzten Reinigungskammer der Kläran­ lage abgeführten Teilstrom gereinigten Abwassers ein Teilstrom über eine Pflanzenkläranlage oder ein Biotop führbar ist.

7. Kleinkläranlage mit mehreren Reinigungskammern zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß in der letzten Reinigungskam­ mer (5) eine Beschickungspumpe (8) angeordnet ist, die mittels einer Rücklaufleitung (9) mit der ersten Reini­ gungskammer (3) verbunden ist, und daß an die Rücklau­ fleitung (9) mindestens ein Tropfkörper (10) angeschlos­ sen ist, dessen Tropfkörperablauf (11; 23) mittels weiterer Rücklaufleitungen (12, 13) mit der ersten Rei­ nigungskammer (3) und einer dieser nachgeschalteten Rei­ nigungskammer (4) verbunden ist.

8. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rücklaufleitung (9) zwischen dem tropfkörper­ seitigen Abzweig (14) und der ersten Reinigungskammer (3) ein Regulierventil (15) angeordnet ist.

9. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an die Rücklaufleitung (9) eine Anschlußleitung (16) einer Pflanzenkläranlage (17) angeordnet ist.

10. Kleinkläranlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Anschlußleitung (16) ein Ventil (18) angeord­ net ist, das mittels eines in der letzten Reinigungskam­ mer (5) befindlichen Schwimmschalters (19) betätigbar ist.

11. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickungspumpe (8) in der letzten Reinigungs­ kammer (5) unterhalb des Ablaufs (21) aber oberhalb der die Reinigungskammer (5) mit der vorangehenden Reini­ gungskammer (4) verbindenden Durchbrechung (22) angeord­ net ist.

12. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an die Rücklaufleitung (9) mehrere Tropfkörper (10, 10a) parallel zueinander anschließbar sind.

13. Kleinkläranlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die mindestens zwei Tropfkörper (10, 10a) ab­ laufseitig mit einem gemeinsamen Tropfkörperablauf (23) verbunden sind.

14. Kleinkläranlage nach Anspruch 7 und 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Tropfkörper (10, 10a) aus einem Tropf­ körperbehälter (24) mit einem Abwasserzulaufstutzen (25) und einem Abwasserablaufstutzen (26) bestehen, in dem ein Tropfkörperbett (27) mit hoher spezifischer Oberflä­ che angeordnet ist, an dessen Oberseite ein Abwasserzu­ laufverteiler (28) angeordnet ist.

15. Kleinkläranlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß der Abwasserzulaufverteiler (28) als Drehspren­ ger (29) ausgebildet ist.

16. Kleinkläranlage nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß über dem Tropfkörperbett (27) ein Ventila­ tor (30) angeordnet ist.

17. Kleinkläranlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß im Luftführungskanal des Ventilators (30) ein Lufterhitzer angeordnet ist.

18. Kleinkläranlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß das Tropfkörperbett (27) aus Kunststoffkörpern (38) mit hoher spezifischer Oberfläche und einem großen Hohlraumanteil besteht, auf denen ein Biofilm ausgebil­ det ist.

19. Kleinkläranlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich­ net, daß auf den Kunststoffkörpern (31) ein biologischer Rasen ausbildbar ist.

20. Kleinkläranlage nach Anspruch 14 bis 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am Boden (32) des Tropfkörperbettes (27) ein Sammler (33) angeordnet ist, der mit dem Abwasserab­ laufstutzen (26) verbunden ist.

21. Kleinkläranlage nach Anspruch 14 bis 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Tropfkörper (10, 10a) in einem Kompo­ ster angeordnet ist.