DE4302321C1 - Becken zur Elimination von Schwebeteilchen aus Abwässern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Becken zur Elimination von Schwebeteilchen, insbesondere Phoshat-haltigen Schwebeteilchen aus Abwässern.

Ein derartiges Becken ist Bestandteil einer Kläranlage.

Kläranlagen zur Behandlung häuslicher, kommunaler und industrieller Abwässer sind seit langem bekannt. Die meisten Kläranlagen sind fest installiert, und das Abwasser durch­ läuft in der Regel zunächst eine Vorklärung, danach eine biologische Behandlungsstufe und anschließend eine Nach­ klärung. Die Nachklärung dient einerseits der Sedimentation des im Verfahren befindlichen biologischen Schlamms; die Nachklärstufe wird aber auch zur Nachfällung von im Abwasser befindlichen Phosphaten genutzt. Dabei erfolgt die P-Fällung durch Zugabe eines Fällungsmittels in den Ablauf des Nach­ klärbeckens. Dafiir ist ein zusätzliches Reaktionsbecken und Nachklärbecken erforderlich. Bei der Nachfällung werden auch feinste Belebtschlammflocken und andere Suspensa aus dem bio­ logisch gereinigten Abwasser miterfaßt, so daß die P-Konzen­ tration auf Werte unter 1 mg/l vermindert werden kann.

Soweit vorstehend von einer biologischen Behandlung des Ab­ wassers gesprochen wurde, kann diese auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Die bekanntesten Verfahren sind das Belebtschlamm- und das Festkörperverfahren.

Wie dargestellt ist bei bekannten Kläranlagen nachteilig, daß für die Phosphat-Elimination eine getrennte Fällungs­ stufe mit entsprechenden Becken notwendig ist.

Ziel der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad von Kläranlagen zu verbessern und insbesondere die Elimination von Schwebe­ teilchen im Abwasser zu optimieren.

Dabei geht die Erfindung von folgender Überlegung aus: eine Gruppe von Bakterien ist in der Lage, durch "erhöhte Phosphataufnahme" auch ohne vorherigen Phosphatmangel Phosphatspeicher anzulegen. Insoweit gliedert sich der Phosphatgehalt des Abwassers in zwei getrennt zu betrachtende Phosphatquellen auf. Ein Teil des Phosphates ist im Über­ schußschlamm der biologischen Reinigungsstufe enthalten und kann über das Nachklärbecken entfernt werden. Ein weiterer Phosphatanteil, nämlich der aus der "Energiereserve" der Bakterien (Mikroorganismen) kann jedoch nicht auf diese Weise sedimentiert werden, da er als kleinste Phosphatteil­ chen in Schwebeform vorliegt. Daneben liegen auch andere Teilchen als Suspensa im Abwasser vor.

Dabei schlägt die Erfindung in ihrer allgemeinsten Ausfüh­ rungsform ein Becken zur Elimination von Schwebeteilchen aus Abwässern mit folgenden Merkmalen vor:

• - Bodenseitig ist mindestens ein für das Abwasser durch­ lässiges Filterelement angeordnet. Das Abwasser wird also durch das Filterelement geleitet, wobei sich auch die ge­ nannten (phosphathaltigen) Schwebeteilchen im Filter ab­ setzen.
• - Von der Unterseite des Filterelementes verlaufen ein oder mehrere Belüftungselemente. Die Belüftungselemente dienen dazu, das Filterelement - entgegen der Strömungsrichtung des Abwassers - mit Luft zu beaufschlagen. Der Begriff "Luft" schließt dabei auch Gase, wie Sauerstoff, ein.
• - Jedes Belüftungselement weist eine Abflußleitung für das durch das Filterelement strömende Abwasser auf. Mit anderen Worten: das durch das Filterelement geströmte und gereinigte Abwasser wird unterhalb des Filterelementes im Belüftungselement gesammelt und weggeführt.
• - In jedem Belüftungselement ist ein Ventil angeordnet, das den Ablauf des Abwassers stoppt oder freigibt.
• - Ferner ist eine Luftzuführleitung in das Belüftungselement vorgesehen.
• - Die Luft-Zuführleitung ist so angeschlossen, daß die Luft in das Belüftungselement und weiter durch das Filterele­ ment strömt, sobald das Abwasserventil geschlossen ist. Daraus folgt, daß alternierend das Belüftungselement zur Aufnahme und Wegführung des durch das Filterelement ge­ geströmten Abwassers beziehungsweise zur Rückspülung des Filterelementes mit Hilfe der dem Belüftungselement zuge­ führten Luft dient.
• - Oberhalb des Filterelementes ist eine Einrichtung zur Weg­ führung sedimentierter und/oder auf dem Filterelement ab­ gelagerter Feststoffteilchen angeordnet. Diese Einrichtung führt also den auf dem Filterelement abgelagerten Sedimen­ tationsschlamm weg. Es dient aber auch gleichzeitig dazu, die nach "Rückspülung" des Filterelementes mit Luft aus dem Filterelement ausgetragenen , gegebenenfalls agglomerierten Teilchen aus dem Becken zu entfernen.

Aus Vorstehendem folgt, daß ein zusätzliches Reaktionsbecken zur Phosphatfällung entfallen kann. Vielmehr kann das Nach­ klärbecken (Sedimentationsbecken) gleichzeitig zur Phosphat- Elimination sowie Elimination weiterer Schwebeteilchen genutzt werden. Der besondere Vorteil liegt darin, daß auch in Schwebeform vorliegende Phosphatteilchen durch die erfindungsgemäß vorgesehene Filtrierung aus dem Abwasser entfernt werden können.

Durch die Integration des Filterelementes/der Belüftungs­ elemente in das Becken kann bei geringem konstruktiven Auf­ wand ein überdurchschnittlicher Reinigungseffekt des Ab­ wassers erreicht werden.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Be­ lüftungselemente die gesamte Unterseite des Filterelementes abdecken. Je nach Größe der Kläranlage und damit des Nach- Klärbeckens kann das Filterelement einteilig oder aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein. Insbesondere kera­ mische Filterelemente, wie sie als solche bekannt sind, lassen sich vorteilhaft verwenden.

Je nach Größe der so gebildeten Filterfläche werden dann eine oder mehrere Belüfter direkt an die Unterseite des Filterelementes angeschlossen, damit das durch das Filter­ element strömende Abwasser vollständig in den Belüftungs­ elementen aufgefangen werden kann. Die Belüftungselemente können zum Beispiel trichterförmig gestaltete Metallteile sein, die einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen, wobei benachbarte Elemente dicht aneinanderliegen. Die Befestigung im Filterelement kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Zum Beispiel können die Belüfter in entsprechenden Nuten des Filterelementes eingeklebt oder eingemörtelt werden. Aber auch eine lösbare Befestigung der Belüfter am Filterelement liegt im Rahmen der Erfindung. Ebenso können die Belüfter an dem in diesem Abschnitt wasserdurchlässigen Boden des Beckens befestigt werden.

Aufgrund der vorbeschriebenen "trichterförmigen" Konfigura­ tion der Belüftungselemente ergibt sich bereits die Geometrie für die Abflußleitung, die im einfachsten Fall vertikal nach unten wegführt. Dabei können verschiedene Abflußleitungen verschiedener Belüfter auch in eine gemeinsame Rohrleitung einmünden.

Um nun alternierend zwischen der Ablauffunktion und Belüf­ tungsfunktion umschalten zu können, sind entsprechend Ven­ tileinrichtungen notwendig. Im einfachsten Fall mündet ge­ trennt zur Abflußleitung eine Luftzuführleitung in das Be­ lüftungselement. In diesem Fall sind beide Leitungen mit Ventilen ausgerüstet, die wechselweise geöffnet oder ge­ schlossen werden.

Nach einer konstruktiv besonders einfachen Ausführungsform ist vorgesehen, das Ventil als Drei-Wege-Ventil zu gestalten, wobei die Luftzuführleitung im Ventilbereich in die Abfluß­ leitung einmündet. In diesem Fall verläuft die Luftzuführ­ leitung zum Beispiel horizontal und mündet senkrecht in die (vertikal verlaufende) Abflußleitung.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, einzelne Belüfter mit Luft zu beaufschlagen und andere zur Abwasser-Wegführung zu nutzen.

Die Einrichtung zur Wegführung des Abwasserschlamms kann beispielsweise ein sogenannter Bandräumer sein. Hierbei handelt es sich um eine Einrichtung mit zwei randseitig über Walzen umlaufenden Bändern, zwischen denen einseitig verti­ kal nach unten freihängende Bänder angeordnet sind, die auf der Oberfläche des Filterelementes schleifen und dabei die dort abgelagerten Feststoffteilchen mitnehmen.

Um eine sichere Wegführung der Feststoffteilchen mit der Einrichtung zu gewährleisten, sieht eine weitere Ausführungs­ form der Erfindung vor, daß die Einrichtung das Filterele­ ment seitlich überragt und unterhalb des überkragenden Ab­ schnittes der Einrichtung eine Entnahmeeinrichtung für die Feststoffteilchen (einschließlich des Sedimentationschlamms) angeordnet ist. Dabei kann das Becken in diesem Bereich bei­ spielsweise trichterförmig nach unten sich verjüngend ausge­ bildet sein und am tiefsten Punkt eine Entnahmeöffnung auf­ weisen, über die die Feststoffteilchen abgesaugt werden.

Das vorstehend beschriebene Becken kann darüber hinaus zur Erfüllung weiterer Funktionen dienen. In diesem Sinne schlägt eine Ausbildung der Erfindung vor, das Becken mit einem Festbett oder einer Festbettschüttung zu konfektionieren.

Mit anderen Worten: In dem oberhalb des Filterelementes be­ findlichen Abwasservolumen werden ein oder mehrere Festbett­ körper oder eine Schüttung auf an sich bekannte Art und Weise angeordnet.

In diesem Fall wird aus dem Nachklärbecken eine autarke bio­ logische Kläranlage mit integrierter Nachklärung.

Der auf dem Festbett gebildete biologische Rasen und der daraus resultierende Überschußschlamm werden - wie vor­ stehend beschrieben - zum Beispiel über den Bandräumer nach Sedimentation weggeführt. Im übrigen wird das Abwasser durch den Filter nachgereinigt, wie ebenfalls vorstehend beschrie­ ben. Durch die anschließende Belüftung findet nicht nur eine Rückspülung (Reinigung) des Filterelementes statt; vielmehr wird gleichzeitig Sauerstoff in das im Becken befindliche Abwasser eingebracht.

Durch das intermittierende Belüften läßt sich gleichzeitig eine Nitrifikation/Denitrifikation ausführen. Der zur Nitri­ fikation erforderliche Sauerstoffbedarf wird durch die Be­ lüfter (beim Rückspülen der Filter) in das Abwasser geführt. Im Gegensatz zur Oxidation reduzierter N-Verbindungen bei der Nitrifikation erfolgt bei der Denitrifikation eine Reduktion oxidierter N-Verbindungen (Nitrat, Nitrid) zum elementaren Stickstoff (N₂).

Die Denitrifikation, also die Nitrat-Atmung der Mikroorga­ nismen, kann in den Belüftungspausen erfolgen.

Gleichzeitig mit der Denitrifikation findet erfindungsgemäß die Filtration statt. Mit anderen Worten: in der Belüftungs­ pause wird das Abwasser nachgeklärt und simultan denitri­ fiziert.

Es ist offensichtlich, daß auf diese Weise eine kompakte Abwasserreinigungsanlage mit integrierter Filtration während der Nachklärung zur Verfügung gestellt werden kann, die gegenüber bekannten Kläranlagen nicht nur konstruktiv sehr viel einfacher ist, sondern sehr viel weniger Platz einnimmt und wesentliche Preisvorteile bietet. Auch der Betrieb der Anlage ist einfacher, weil eine Druckerhöhungsanlage, wie sie im Stand der Technik notwendig ist, um das Abwasser in das Nachklärbecken zu überführen, entfallen kann. Vielmehr durchströmt das Abwasser das Filterelement ausschließlich aufgrund des hydrostatischen Drucks.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merk­ malen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungs­ unterlagen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spieles näher erläutert, wobei die einzige Figur - in stark schematisierter Darstellung - einen Schnitt durch ein erfin­ dungsgemäßes Becken zeigt.

Dabei beschreibt das Bezugszeichen 10 das Becken insgesamt, das einen Boden 10a und vier Seitenwände 10b besitzt. Über Anker 12 ist mittig im Becken 10 ein Festbett 14 wandseitig befestigt.

Auf dem in der Figur rechten Abschnitt des Bodens 10a liegt ein keramisches Filterelement 16 auf. Im Bereich des Filters 16 ist der Boden 10a mit Durchbrechungen ausgebildet. In dem, nicht vom Filter 16 abgedeckten Bereich ist der Boden 10a trichterförmig nach unten verlängert gestaltet und an den trichterförmigen Abschnitt 18 schließt sich eine Abfluß­ leitung 20 an. Auf der Unterseite des durchbrochenen Ab­ schnitts des Bodens 10a (also in dem Bereich unterhalb des Filters 16) sind eine Vielzahl von Belüftungselementen 22 angeordnet. Jedes Belüftungselement 22 weist in seinem oberen Abschnitt eine Trichterform auf, wobei der Trichter mit seinem oberen Ende am Boden 10a befestigt ist und an den trichterförmigen Abschnitt schließt sich nach unten eine Abwasserleitung 24 an.

Wie der Figur zu entnehmen ist, mündet in die Abwasserlei­ tung 24 jeweils eine Rohrleitung 26 ein und im Kreuzungs­ bereich von Abwasserleitung 24 und Rohrleitung 26 ist jeweils ein Drei-Wege-Ventil 28 angeordnet.

Oberhalb des Filterelementes 16 und oberhalb des trichter­ förmigen Abschnitts 18 ist ein wandseitig befestigter Band­ räumer 30 angeordnet, dessen Bänder etwa parallel zum Filter 16 verlaufen.

Schließlich ist der Zeichnung noch eine Abwasser-Zuführlei­ tung 32 zu entnehmen, über die das zu behandelnde Abwasser in das Becken 10 geführt wird, wobei der Wasserspiegel hier mit der strichpunktierten Linie 34 gekennzeichnet ist.

Die Arbeitsweise und Funktion des Beckens 10 ist in der vor­ stehenden Beschreibung ausführlich dargestellt, so daß auf die dortigen Erläuterungen Bezug genommen wird.

Zur Klarstellung soll lediglich ergänzt werden, daß das Abwasser über den Filter 16, durch den Boden 10a und die Belüftungselemente 22 schließlich in die Abwasserleitungen 24 gelangt und dort weggeführt wird.

Nach einer gewissen Filterzeit werden die Drei-Wege-Ventile 28 so umgeschaltet, daß der Weg der Abwasserleitung 24 ver­ sperrt ist und über die Rohrleitungen 26 Luft über den oberen Teil der Abwasserleitungen 24 und die Belüftungsele­ mente 22 - entgegen zur ursprünglichen Abwasserströmung - durch die Filter 16 in das Becken 10 geführt werden kann.

Auf diese Art und Weise wird einerseits Sauerstoff in das im Becken 10 befindliche Abwasser gebracht; gleichzeitig dient diese Maßnahme der Rückspülung der Filter 16, wobei frei­ werdende Feststoffteilchen über den Bandräumer 30, zusammen mit sedimentiertem biologischem Schlamm seitlich weggeführt und schließlich über den trichterförmigen Abschnitt 18 und die Schlammleitung 20 ausgebracht wird.

Claims (9)

1. Becken zur Elimination von Schwebeteilchen aus Abwässern mit folgenden Merkmalen:

• 1.1 bodenseitig ist mindestens ein für das Abwasser durchlässiges Filterelement (16) angeordnet,
• 1.2 von der Unterseite des Filterelementes (16) verlaufen ein oder mehrere Belüftungselemente (22),
• 1.3 die Belüftungselemente (22) weisen eine Abflußleitung (24) für das durch das Filterelement (16) strömende Abwasser auf,
• 1.4 die Belüftungselemente (22) sind mit einem Ventil (28) ausgerüstet, das den Ablauf des Abwassers stoppt oder freigibt,
• 1.5 eine Luft-Zuführleitung (26) führt in das (die) Belüftungselement(e) (22),
• 1.6 die Luft-Zuführleitung (26) ist so angeschlossen, daß die Luft in das Belüftungselement (22) und weiter durch das Filterelement (16) strömt, sobald das (die) Ventil(e) (28) für den Abfluß des Abwassers geschlossen ist (sind),
• 1.7 oberhalb des Filterelementes (16) ist eine Einrichtung zur Wegführung sedimentierter und/oder auf dem Filterelement (16) abgelagerter Feststoffteilchen angeordnet.

2. Becken nach Anspruch 1, bei dem die Belüftungselemente (22) die genannte Unterseite des Filterelementes (16) vollständig abdecken.

3. Becken nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Boden (10a) des Beckens (10) Durchbrechungen aufweist und die Be­ lüftungselemente (22) am Boden (10a) befestigt sind.

4. Becken nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Filterelement (16) ein keramisches Filterelement ist.

5. Becken nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Ventil (28) ein Drei-Wege-Ventil ist und die Luftzu­ führleitung (26) im Ventilbereich in die Abflußleitung (24) einmündet.

6. Becken nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Einrichtung (30) zur Wegführung von Feststoffteilchen ein Bandräumer ist.

7. Becken nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Einrichtung (30) das Filterelement (16) seitlich über­ ragt und unterhalb des überkragenden Abschnitts der Ein­ richtung (30) eine Entnahmeeinrichtung (18, 20) für den Sedimentationsschlamm und/oder weitere Feststoffteilchen angeordnet ist.

8. Becken nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einem integrierten Festbett (14) oder einer Festbettschüttung oberhalb des Filterelementes (16) beziehungsweise der Einrichtung (30).

9. Becken nach Anspruch 8, bei dem das Festbett (14) wand­ seitig im Becken (10) befestigt ist.