DE4237424C2 - Tropfkörperkläranlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Tropfkörperkläranlage mit jeweils zumindest einem Vorklärbecken, einem mit Tropf­ körpergestein gefüllten Tropfkörperbecken und einem Nach­ klärbecken, sowie mit entsprechenden Leitungen zum Zuleiten, Überleiten und Ableiten von Flüssigkeit.

Aus dem Stand der Technik sind Tropfkörperkläranlagen be­ kannt, bei welchen das Abwasser zunächst einer Vorklärung, beispielsweise in einem Dreikammer-Vorklärbecken unterworfen wird. Das vorgeklärte Abwasser wird anschließend in ein Tropfkörperbecken geleitet, wobei es durch eine oben lie­ gende Leitung frei strömend überläuft und vom Auslaß dieser Leitung auf eine Prallplatte auftrifft. Durch diese Prall­ platte wird das vorgeklärte Abwasser verteilt und läuft über das Tropfkörpergestein des Tropfkörperbeckens. Es ist auch möglich, die Verteilung auf dem Tropfkörper über eine Tropf­ rinne vorzunehmen. Die Reinigung des Abwassers in dem Tropf­ körperbecken erfolgt mittels eines Mikroorganismenrasens, welcher sich im Laufe der Zeit auf dem Tropfkörpergestein bildet. Nachdem das Abwasser durch das Tropfkörperbecken durchgelaufen ist, wird es einem Nachklärbecken zugeleitet, in welchem eine Nachklärung stattfindet, bevor das somit ge­ klärte Abwasser aus der Kläranlage ausgeleitet wird.

Tropfkörperkläranlagen der beschriebenen Art eignen sich beispielsweise für Wohnhäuser, Gaststätten und ähnliches, wobei derartige Kläranlagen in ihren Kapazitäten entspre­ chend anpaßbar sind.

Da eine Tropfkörperkläranlage funktionssicher arbeiten muß und da insbesondere sichergestellt sein muß, daß das vorgeklärte Abwasser im Bereich des Tropfkörpergesteins und in dem Nachklärbecken ausreichend geklärt wird, müssen bei derartigen Anlagen Maßnahmen getroffen werden, um bei zu großen oder zu kleinen Abwassermengen die Kläranlage funktionsfähig zu halten.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, sämtliche aus dem Tropfkörpergestein austretende Flüssigkeit direkt umzupum­ pen, beispielsweise in das Vorklärbecken oder mittels eines Sprühsterns nochmals über das Tropfkörpergestein zu vertei­ len. Diese Vorgehensweisen sind hinsichtlich der Wirkung der Kläranlage jedoch nicht vorteilhaft, da die Kläranlage in ihren einzelnen Bereichen nicht oder nur mit Einschränkungen mit einem guten Wirkungsgrad arbeitet.

Die DE-PS 28 43 677 beschreibt eine biologische Kleinkläranlage, bei welcher ungeklärtes Abwasser über einen Zulauf und unter Zwischenschaltung eines Fettabscheiders einem Pufferbecken zugeleitet wird. Aus dem Pufferbecken erfolgt mittels einer kontinuierlich arbeitenden Pumpe eine Zuleitung von Abwasser zu einem Tropfkörper. Das aus der Tropfkörperanlage austretende Wasser wird einem Nachklärbecken zugeleitet. Um bei der kontinuierlich arbeitenden Pumpe ein leersaugendes Pufferbecken zu vermeiden, wird nötigenfalls Abwasser aus dem Nachklärbecken in das Pufferbecken zurückgepumpt. Als nachteilig bei dieser Vorgehensweise erweist es sich, daß die Nachklärung in dem Nachklärbecken durch das unregelmäßige Rückpumpen von Abwasser beeinträchtigt wird. Es kann hierbei insbesondere vorkommen, daß der sich in dem Nachklärbecken bildende Belebtschlamm in den Rücklauf zu dem Pufferbecken gelangt und diesen verstopft. Weiterhin kann es vorkommen, daß dieser Schlamm über das Pufferbecken auch in die Pumpe gelangt und diese sowie den nachfolgenden Tropfkörper beeinträchtigt.

Die DE-AS 18 13 992 betrifft eine Vorrichtung zur biologischen Reinigung von Abwasser mittels Tropfkörper. Hierbei wird mittels diskontinuierlich arbeitender Pumpen Abwasser aus einem Sammelschacht Tropfkörpern zugeführt. Das von diesen austretende Wasser gelangt in eine Nachkläreinrichtung. Von dieser aus kann, falls erforderlich, ein Teil des in der Nachklärung befindlichen Abwassers in den Sammelschacht zurückgepumpt werden. Auch hierbei ergeben sich die Probleme hinsichtlich des Schlammgehalts des Abwassers und der Störung des Nachklärprozesses.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tropfkörperkläranlage der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, betriebsicherer Wirkungsweise eine zuverlässige Klärung des Abwassers auch bei unterschiedlichen Mengen an zugeführtem Abwasser ermöglicht und bei welcher insbesondere Beeinträchtigungen der Vorklärung, des Rückführvorganges sowie der Zuleitung des Abwassers zu dem Tropfkörper durch Belebtschlamm aus dem Nachklärbecken vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Die erfindungsgemäße Tropfkörperkläranlage zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus. Sie eignet sich insbesondere für Wohnhäuser, Gaststätten und Objekte mit unregelmäßigem Abwasser-Zufluß. Durch die Zwischenspeiche­ rung des aus dem Tropfkörper austretenden Wassers in dem Speicherraum ist es möglich, dieses Wasser in optimal gesteuerter Weise umzupumpen, sei es in das Nachklärbecken, in das Vorklärbecken oder in das Tropfkörperbecken. Unregel­ mäßige Zuflußmengen haben somit keinen Einfluß auf das Nachklärbecken, da diese zusätzlichen Flüssigkeitsmengen in dem Speicherraum gepuffert werden können. Da erfindungsgemäß die Flüssigkeit in das Vorklärbecken und/oder das Tropfkör­ perbecken rückführbar ist, kann die Betriebsweise der Klär­ anlage in optimaler Weise ausgestaltet werden, beispiels­ weise um stets eine ausreichende Beaufschlagung des Tropf­ körpers mit Flüssigkeit zu gewährleisten.

Besonders günstig ist es, wenn die Rückführung der Flüssig­ keit in das Vorklärbecken und/oder das Tropfkörperbecken mittels einer ersten Pumpe erfolgt. Diese Pumpe braucht so­ mit nur dann in Betrieb genommen zu werden, wenn eine Rück­ führung der Flüssigkeit aktuell erforderlich ist. Die Pumpe und die zugehörigen Ventileinrichtungen sind so ausgebildet, daß das ankommende Abwasser zunächst, nachdem es in dem Speicherraum aufgefangen wurde, gemäß klärtechnischer Be­ rechnungen dem Tropfkörper zugeführt wird. Erst ab einem Mindestwasserstand im Speicherraum wird das Abwasser mittels einer weiteren Pumpe in das Nachklärbecken gepumpt. Das Rückführen der Flüssigkeit in das Vorklärbecken und das Tropfkörperbecken erfolgt bevorzugterweise so, daß eine Hälfte der durch die erste Pumpe gepumpten Flüssigkeit dem Vorklärbecken und die andere Hälfte dem Tropfkörperbecken zugeführt wird. Es ist somit sichergestellt, daß ein plötzlich anfallendes, größeres Abwasservolumen in sicherer Weise in dem Speicherraum gepuffert werden kann. Eine unerwünschte Beaufschlagung des Nachklärbeckens durch ein zu großes Flüssigkeitsvolumen wird somit ausgeschlossen.

Günstig ist es, wenn die Rückführung des Wassers aus dem Speicherraum in die zweite Kammer einer Dreikammer-Vorklär­ einrichtung erfolgt.

Die Verteilung des rückgeführten Wassers aus dem Speicher­ raum über dem Tropfkörper erfolgt bevorzugterweise mittels eines Sprühtellers. Gegenüber den bekannten Tropfrinnen ergibt sich der Vorteil, daß eine ausreichende und betriebs­ sichere Verteilung der Flüssigkeit auf dem Tropfkörper er­ folgt. Verstopfungen der Ablauföffnungen sind bei Verwendung eines Sprühtellers nicht zu befürchten, weiterhin entfallen die aus dem Stand der Technik bekannten regelmäßigen Reini­ gungen der Tropfrinne, ebenso wie die sonst anfallenden Justierarbeiten. Weiterhin wird eine ausreichende Menge an Luftsauerstoff eingetragen, was bei Verwendung einer Tropf­ rinne nicht der Fall ist. Es ergibt sich somit, insbesondere durch die Aufteilung der rückgeführten Wassermenge, eine sehr effektive und wirkungsvolle Benetzung des Tropfkörpers bei gutem Sauerstoffeintrag, so daß auch in belastungsarmen Zeiträumen eine ausreichende Versorgung des Mikroorganismen­ rasens mit Nährstoffen gewährleistet ist.

Da die Reinigungsleistung des Tropfkörpers, wie erwähnt, auf einem Mikroorganismenrasen beruht, kann es vorkommen, daß dieser Rasen im Laufe der Zeit zu dick wird und sich von den Tropfkörpersteinen löst. Es wird somit zusammen mit der sich noch zusätzlich im Speicherraum bildenden Bakterienmasse ein Schlamm gebildet, welcher sich bei den vorbekannten Kläran­ lagen an den am weitesten von den jeweiligen Pumpen entfern­ ten Stellen absetzt. Dieser Schlamm ist nur sehr schwer und mit großem Aufwand zu entfernen und führt weiterhin dazu, daß das Volumen des jeweiligen Beckens verringert wird. Er­ findungsgemäß ist deshalb zur Verbesserung der Betriebssi­ cherheit und zur Erhöhung des Wirkungsgrades vorgesehen, daß im Bereich der Druckleitung der zweiten und/oder der ersten Pumpe, durch welche zyklisch Flüssigkeit von dem Speicher­ raum in das Nachklärbecken gepumpt wird, zumindest eine Auslaßöffnung vorgesehen ist, so daß die von der Pumpe geförderte Flüssigkeit zum Teil durch diese Auslaßöffnung austritt und eine Verwirbelung in dem Speicherraum hervorruft. Durch diese Verwirbelung wird der Schlamm aufgewirbelt, es wird ein ungestörtes Absetzen des Schlammes verhindert. Somit wird stets eine vorgegebene Schlammenge bei jeder Betätigung der Pumpe entfernt. Die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile können vollständig vermieden werden.

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Ablauflei­ tung im Nachklärbecken ein Tauchrohr umfaßt, dessen Endbe­ reich zur Verhinderung des Schlammeintritts abgewinkelt ist, beispielsweise um 90 Grad zur Vertikalen. Es wird somit ver­ hindert, daß der durch biologische Vorgänge in der Nachklä­ rung aufsteigende Belebtschlamm aus dem Nachklärbecken abgeführt wird. Hierdurch ergibt sich eine wesentliche Verbesserung der Ablaufwerte.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, daß in dem Nachklärbecken eine dritte Pumpe angeordnet ist, welche als Schlammpumpe wirkt und mit der Rücklaufleitung in Verbindung steht. In festgelegten Zeitabständen, beispielsweise ein- oder zweimal täglich wird diese Pumpe in Betrieb genommen, um den Schlamm aus dem Bodenbereich des Nachklärbeckens in das Vorklärbecken zu­ rückzupumpen. Hierdurch wird die Betriebssicherheit und die Effektivität der Kläranlage wesentlich erhöht.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Verwendung dreier Pum­ pen ergibt sich der besondere Vorteil, daß die einzelnen Pumpen, bezogen auf die jeweiligen Verfahrensschritte nur dann in Betrieb gesetzt werden müssen, wenn dies unbedingt erforderlich ist. Die Pumpe 3 (Schlammpumpe) wird nur in Betrieb gesetzt, wenn ein Abpumpen von Schlamm aus dem Nachklärbecken erforderlich ist. Die Pumpe 1, welche Flüs­ sigkeit zu dem Sprühteller und in das Vorklärbecken umpumpt, wird in regelmäßigen Zeitabständen gemäß klärtechnischer Berechnung in Betrieb genommen, wenn durch eine plötzliche Erhöhung oder Verminderung der zugeführten Abwassermenge ein derartiges Umpumpen erforderlich ist. Die Pumpe 2, welche Flüssigkeit aus dem Speicherraum in das Nachklärbecken pumpt, wird nur dann eingeschaltet, wenn ein ausreichender Wasserstand in dem Speicherraum erreicht ist. Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Pumpanlagen ergeben sich somit Einsparungen bei der benötigten Strommen­ ge von bis zu 40 Prozent. Weiterhin sind erfindungsgemäß die drei Pumpen untereinander mittels geeigneter Ventileinrich­ tungen umschaltbar, so daß beim Ausfall einer Pumpe ein problemloser Weiterbetrieb der Kläranlage möglich ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Seiten-Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Tropfkör­ perkläranlage,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die in Fig. 1 gezeigten Anlage,

Fig. 3 eine Seitenansicht, ebenfalls in schematischer Dar­ stellung, eines weiteren Ausführungsbeispiels einer größeren erfindungsgemäßen Tropfkörperkläranlage,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die in Fig. 3 gezeigten Anlage,

Fig. 5 eine vergrößerte Teildarstellung des Ablaufrohrs des Nachklärbeckens,

Fig. 6 eine schematische Detailansicht der Ausgestaltung des oberen Bereichs des Tropfkörperbeckens mit Sprühteller,

Fig. 7 eine Teil-Draufsicht auf die in Fig. 6 gezeigte An­ ordnung,

Fig. 8 eine schematische Teilansicht der zweiten Pumpe sowie der ihr zugeordneten Druckleitung,

Fig. 9 eine schematische Draufsicht eines Ausgestaltungs­ beispiels des erfindungsgemäßen Speicherraums, mit Darstellung der aus der Druckleitung 15 austretenden Flüssigkeitsströme,

Fig. 10 eine Teil-Seitenansicht, ähnlich Fig. 6, des oberen Bereichs des Tropfkörperbeckens gemäß der Ausgestal­ tung von Fig. 3, und

Fig. 11 eine Draufsicht auf die in Fig. 10 gezeigte Anord­ nung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein kleineres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Tropfkörperkläranlage. Diese umfaßt ein Vorklärbecken 1, welches drei Kammern umfaßt und mit einer ersten Leitung 5 zum Zuführen von Abwasser versehen ist. Über eine zweite Leitung 6 wird das Abwasser aus der dritten Kammer des Vorklärbeckens 1 auf eine Prallplatte 18 geleitet und entsprechend über Tropfkörpersteinen 2 eines Tropfkörperbeckens 3 verteilt. Am Boden des Tropfkörper­ beckens 3 ist ein Rost 19 vorgesehen, durch welchen das Wasser in einen Speicherraum 9 fließen kann. In diesem wird das Wasser zwischengespeichert. In dem Speicherraum 9 befin­ det sich eine erste Pumpe 11, welche mit einer Rückführlei­ tung 8 in Verbindung steht. Diese verzweigt sich, wie insbe­ sondere aus Fig. 2 und 4 ersichtlich ist, so daß ein Teil der durch die Pumpe 11 geförderten Flüssigkeitsmenge über eine Rücklaufleitung 10 einem Sprühteller 12 zugeführt wird. Mittels des Sprühtellers 12 wird, wie in den Fig. 6, 7 und 10, 11 dargestellt, die Flüssigkeit in dem Tropfkörper­ becken 3 gleichmäßig über die Tropfkörpersteine 2 verteilt. Die Rohrleitung und die Pumpe sind so ausgebildet, daß im wesentlichen eine Hälfte der durch die Pumpe 11 geförderten Flüssigkeitsmenge dem Sprühteller 12 zugeleitet wird, wäh­ rend die andere Hälfte der Flüssigkeitsmenge über die Rückführleitung 8 in die zweite Kammer des Vorklärbeckens 1 rückgeleitet wird. Die aus dem Tropfkörper 2 austretende Flüssigkeit wird somit in dem Speicherraum 9 aufgefangen und entweder dem Tropfkörperbecken 3 oder dem Vorklärbecken 1 rückgeführt. Erst ab einem vorgegebenen Mindestflüssig­ keitsstand im Speicherraum 9 wird die Flüssigkeit mittels einer zweiten Pumpe 13 in ein Nachklärbecken 4 überführt gemäß klärtechnischer Berechnung. Es wird somit verhindert, daß bei einem plötzlichen Anstieg der Abwassermenge eine zu schnelle Durchströmung des Nachklärbeckens 4 und damit eine unzureichende Nachklärung erfolgt.

In dem Nachklärbecken 4 ist eine Ablaufleitung 7 angeordnet, welche, wie in Fig. 5 gezeigt, mit einem Tauchrohr 17 ver­ sehen ist, dessen unterster Bereich um 90 Grad abgewinkelt ist, um ein Eintreten von Belebtschlamm zu vermeiden.

Weiterhin ist in dem Nachklärbecken 4 eine dritte Pumpe 14 angeordnet, deren Auslaß mit der Rückführleitung 8 bezie­ hungsweise Rücklaufleitung 10 verbunden ist. Hierdurch kann der sich in dem Nachklärbecken 4 angesammelte Schlamm zyklisch rückgepumpt werden.

Um ein Absetzen von Schlamm in dem Speicherraum 9 zu vermei­ den, weist die Druckleitung 15 der zweiten Pumpe 13 mehrere Auslaßöffnungen 16 auf, durch welche, wie in den Fig. 8 und 9 dargestellt, einzelne Fluidströme austreten, welche zu einer Verwirbelung des Schlamms in dem Speicherraum 9 führen. In gleicher Weise kann die Druckleitung der ersten Pumpe 11 mit derartigen Auslaßöffnungen versehen sein.

Die Fig. 3 und 4 zeigen in einer Seitenansicht ein größeres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Tropfkörperkläran­ lage, welche sich von dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 darin unterscheidet, daß jeweils separate Behälter für die einzelnen Kammern des Vorklärbeckens, des Tropfkörperbeckens und des Speicherraums, beziehungsweise des Nachklärbeckens vorgesehen sind. Somit ergibt sich eine größere Kapazität.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbei­ spiele beschränkt, vielmehr ergeben sich für den Fachmann im Rahmen der Erfindung vielfältige Abwandlungs- und Modifika­ tionsmöglichkeiten.

Claims (14)

1. Tropfkörperkläranlage mit jeweils zumindest einem Vor­ klärbecken (1), einem mit Tropfkörpergestein (2) gefüll­ ten Tropfkörperbecken (3) und einem Nachklärbecken (4), mit einer ersten Zuleitung (5) zur Zuführung von Abwas­ ser zu dem Vorklärbecken (1), mit einer zweiten Leitung (6), zur Zuführung von Flüssigkeit vom Vorklärbecken (1) in das Tropfkörperbecken (3), mit einer Ablaufleitung (7) aus dem Nachklärbecken (4), mit einer Rückführlei­ tung (8) vom Auslaßbereich des Tropfkörperbeckens (3) zu dem Vorklärbecken (1) und mit einer Pumpeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß dem Tropfkörperbecken (3) ein Speicherraum (9) nachgeordnet ist, aus welchem Flüssigkeit über die Rückführleitung (8) dem Vorklärbecken (1) und/oder über eine Rücklaufleitung (10) dem Tropfkörperbecken (3) zuleitbar ist.

2. Kläranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit mittels einer ersten, in dem Speicher­ raum (9) angeordneten Pumpe (11) dem Vorklärbecken (1) und/oder dem Tropfkörperbecken (3) zuführbar ist.

3. Kläranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, im wesentlichen 1/2 der Flüssigkeit dem Vorklärbe­ cken (1) und 1/2 der Flüssigkeit dem Tropfkörperbecken (3) zuführbar sind.

4. Kläranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß am Endbereich der Rücklaufleitung (10) zu dem Tropfkörperbecken (3) ein Sprühteller (12) ange­ ordnet ist.

5. Kläranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in dem Speicherraum (9) eine zweite Pumpe (13) zur Überleitung von Flüssigkeit in das Nach­ klärbecken (4) angeordnet ist.

6. Kläranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in dem Nachklärbecken (4) zur Abpum­ pung von Schlamm eine dritte Pumpe (14), welche mit der Rückführleitung (8) verbunden ist, angeordnet ist.

7. Kläranlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß im Bereich der Druckleitung (15) der ersten Pumpe (11) und/oder der zweiten Pumpe (13) zur Spülung zumindest eine Auslaßöffnung (16) vorgesehen ist.

8. Kläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Auslaßöffnungen (16) im unteren Bereich der Druckleitung (15) angeordnet sind.

9. Kläranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ablaufleitung (7) im Nachklär­ becken (4) ein Tauchrohr (17) umfaßt, dessen Einlauf­ bereich zur Verhinderung des Schlammeintritts zur Verti­ kalen abgewinkelt ist.

10. Kläranlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaufbereich um 90 Grad abgewinkelt ist.

11. Kläranlage nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen (11, 13, 14) über eine Ventileinrichtung wahlweise funktionsmäßig gegeneinander tauschbar sind.

12. Verfahren zum Betreiben einer Tropfkörperkläranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Tropfkörperge­ stein (2) austretende Flüssigkeit in dem Speicherraum (9) aufgefangen und periodisch zu einem Teil dem Tropf­ körperbecken (3) zugeführt wird und daß erst ab einem vorgegebenen Mindestflüssigkeitsstand im Speicherraum (9) Flüssigkeit aus diesem periodisch in das Nachklärbecken (4) übergeleitet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 1/2 der Flüssigkeit aus dem Speicherraum (9) dem Vorklärbecken (1) und etwa 1/2 der Flüssigkeit dem Tropfkörperbecken (3) zugeleitet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeich­ net, daß mittels der dritten Pumpe (14) in zyklischen Abständen Schlamm aus dem Nachklärbecken (4) über die Rückführleitung (8) in das Vorklärbecken (1) gepumpt wird.