DE4305511C1 - Vorrichtung zur biologisch-mechanischen Abwasseraufbereitung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur biologisch-mechanischen Aufbereitung von mit Schmutz- und Schadstoffen belasteten Abwässern, die aus einem mit einer Einströmöffnung versehenen Behälter, einem bürstenförmigen Reinigungselement, welches in den Behälter eingesetzt ist und dessen Borsten mit einem Biofilm versehen sind, und einer Einrichtung zum Entfernen eines Teils des Biofilmzu­ wachses, so daß ein Rest des Biofilms auf dem bürsten­ förmigen Reinigungselement erhalten bleibt, besteht.

Abwässer, insbesondere Regenabläufe aus städtischen oder industriellen Regionen sind häufig stark verschmutzt und weisen insbesondere Schadstoffe wie Schwermetalle, Phosphor, Stickstoff usw. auf. Zur Reinigung solch bela­ steter Gewässer war es bisher üblich, die Abwässer in spezielle Klärbecken zu leiten, in denen dann eine Sedi­ mentation der Schadstoffe erfolgte. Der Wirkungsgrad solcher Becken ist abhängig von der Intensität des Abwasserzulaufs und von der Absetzdauer in den Becken. Nachteilig bei dieser Lösung ist die für eine effiziente Sedimentation erforderliche großflächige Dimensionierung der Klärbecken. Weiterhin müssen die Becken in regel­ mäßigen Zeitabständen entleert werden, wobei während dieser Reinigungszeiten der Klärbetrieb unterbrochen ist. Schließlich hat diese Art der Abwasserreinigung den Nachteil, daß der erzielbare Abscheidungsgrad insbesondere für Stoffe wie Phosphor oder Stickstoff sehr gering ist.

Eine erste Lösung zur Vermeidung dieser Nachteile ist in der EP-A-0 381 305 offenbart. Darin wird ein Verfahren zum Abscheiden von Schmutz- und Schadstoffen aus Abwässern, die in Becken oder Behälter eingeleitet werden, vorge­ schlagen. In die Becken oder Behälter werden Einbauele­ mente eingesetzt, die als Bürsten, Stäbe, Netze, Bänder und dergleichen ausgebildet sein können und die mit einem Biofilm versehen sind. An den Einbauelementen setzen sich einerseits Stoffe ab, die den Aufwuchs des Biofilms begün­ stigen und andererseits wird die Strömung derart verändert, daß die Sedimentation von sedimentierbaren Stoffen verbessert wird. In vorgegebenen zeitlichen Abständen wird der Biofilmzuwachs mittels Abstreif- oder Abschabvorrichtungen mechanisch derart entfernt, daß ein Rest der Biomasse auf den Einbauelementen verbleibt, so daß sich dort erneut Aufwuchsorganismen bilden können.

Nachteilig bei dieser Lösung ist die Tatsache, daß die Einbauelemente stationär in die Becken oder Behälter ein­ gebracht werden, so daß das zu reinigende Abwasser durch entsprechende Hilfsmittel um die Einbauelemente herum­ zirkuliert werden muß. Dies erfordert einen erhöhten kon­ struktiven Aufwand. Weiterhin müssen auch hier die Behälter von Zeit zu Zeit entleert werden, wodurch es zu einer Unterbrechung des Klärbetriebs kommt. Schließlich ist für die Betreibung der Anlage immer die Verwendung von Fremdleistung erforderlich.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine weitgehend wartungsfreie Vor­ richtung zur biologisch-mechanischen Abwasseraufbereitung zu schaffen, bei der eine Abwasserreinigung in kompakten unabhängigen Modulen ohne jeglichen Fremdleistungsbedarf erfolgt. Weiterhin soll durch eine selbsttätige Schlammabscheidung eine Entsorgung im Betriebszustand möglich sein.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale im kennzeich­ nenden Teil des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausge­ staltungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche offenbart.

Erfindungsgemäß durchläuft das zu reinigende Abwasser das Reinigungselement in dessen Längsrichtung, wodurch die Kontaktzeit zwischen dem Wasser und den mit einem Biofilm überzogenen Borsten der Reinigungsbürste erhöht und damit der Abscheidungsgrad verbessert wird. Das Abstreifen des Biofilmzuwachses erfolgt durch eine Abstreifvorrichtung, die in die Bürste eingeschwenkt wird. Um ein gleichmäßiges Abstreifen an allen Punkten der Bürste zu erzielen ist es notwendig, daß die Bürste im Gehäuse gedreht wird. Diese Drehung kann erfindungsgemäß ohne Zufuhr von Fremdenergie erreicht werden. Dazu wird die kinetische Energie des den Behälter durchströmenden Wassers genutzt, indem das Wasser ein an der Ausströmseite des Behälters befindliches Schaufelrad antreibt, welches mit der Bürste drehfest verbunden ist. Vorzugsweise erfolgt diese Verbindung über eine parallel zur Durchströmrichtung des Abwassers ausge­ richtete gemeinsame Drehachse. Dadurch ist die Vorrichtung unabhängig davon einsetzbar, ob eine Fremdenergiequelle vorhanden oder nutzbar ist. Aufgrund der automatischen Verfahrenstechnik ist für den Betrieb der Vorrichtung kein Personalaufwand notwendig. Durch die Verwendung eines separaten Schlammspeichers ist eine Entsorgung im Betriebszustand der Vorrichtung möglich, so daß auf eine zeitweilige Trockenlegung der Anlage verzichtet werden kann, wodurch die wasserabhängigen Biokulturen erhalten werden können und die Installation einer Ausweichvor­ richtung überflüssig wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die Bürste aus weichen, flexiblen Borsten, welche sich senkrecht zur Durchströmrichtung des Abwassers von dem Drehzapfen der Bürste zur Wand des Behälters hin er­ strecken. Vorzugsweise haben die Borsten das spezifische Gewicht von Wasser. Weiterhin ist es von Vorteil, daß der Durchmesser der Bürste dem Innendurchmesser des Behälters entspricht. All diese Ausgestaltungsmöglichkeiten tragen dazu bei, daß der biologische Abscheidungsgrad erhöht wird, indem die Kontaktflächen zwischen dem zu reinigenden Wasser und den Borsten so groß wie möglich gehalten werden.

Durch die Verwendung von Bürsten mit unterschiedlicher Dichte und Struktur kann weiterhin auf spezielle Anfor­ derungen bei der Abwasserreinigung reagiert werden.

Vorzugsweise besteht der Behälter aus schadstoffresisten­ tem, transparentem Kunststoff. Durch die damit verbundene Lichtdurchlässigkeit der Behälterwand wird aufgrund von Tageslichteinwirkung eine Biofilmzuwachsbeschleunigung erreicht. Dadurch wird der Abscheidungsgrad der Nähr- und Schadstoffe zusätzlich begünstigt.

Schließlich kann durch die stufenlose Verstellbarkeit der Anstellwinkel der Schaufeln des Schaufelrads Einfluß auf die Drehgeschwindigkeit der Bürste und damit auf die Durchströmgeschwindigkeit des Abwassers genommen werden. Dadurch ist es zusätzlich möglich, eine Optimierung des Abscheidgrades zu erzielen.

Sind die Schaufeln bspw. derart angestellt, daß das Abström-Schaufelrad geschlossen ist, erfolgt keine Ab­ strömung des Wassers und damit keine Drehung der Bürste. Ein solcher Zustand ist insbesondere dann von Vorteil, wenn aufgrund mangelnder Niederschläge keine ausreichende Menge an Abwasser zur Verfügung steht. In diesem Fall ist das in dem Behälter befindliche Abwasser ein stehendes Gewässer. Trotz der fehlenden Wasserströmung kann es jedoch nicht zu einem unkontrollierten Biofilmzuwachs auf den Bürstenborsten kommen, da die Biokulturen wegen des fehlenden Nährstoffangebots nicht wachsen werden.

Weiterhin ist bei der Erfindung von Vorteil, daß die Auf­ bereitungsvorrichtung in Form von beweglichen, unab­ hängigen Modulen ausgebildet ist. Dadurch ist im Vergleich zur sonst üblichen Betonbauweise eine Festinstallation der Vorrichtung nicht notwendig. Es kann somit eine schnelle Montage und Demontage sowie Umsetzung der Anlage erfolgen, sofern dies aufgrund äußerer Bedingungen notwendig wird. Da alle Module baugleich ausgebildet sind, können mehrere Module durch Steckverbindungen matrixförmig untereinander verbunden werden. Durch Parallelschaltung der Module kann die Anlage im Bedarfsfall problemlos erweitert werden. Dies kann bspw. dann von Interesse sein, wenn die Menge an zu reinigenden Abwässern plötzlich stark zu- oder abnimmt.

Darüberhinaus kann durch die Hintereinanderschaltung einzelner Module eine Wasseraufbereitung in mehreren Stufen erfolgen. Bei stark verschmutztem Wasser kann bspw. eine Vorreinigung in einer ersten Stufe vorgenommen werden. Durch eine entsprechende Anstellung der Schaufeln am Schaufelrad kann für die Vorstufe eine relativ schnelle Bürstendrehung eingestellt werden. Auf diese Weise können in der ersten Stufe bereits grobe Verunreinigungen aus dem Wasser ausgefiltert werden. In den nachfolgenden Aufberei­ tungsstufen wird die Bürstendrehgeschwindigkeit immer weiter reduziert, damit sich eine entsprechende Sedimenta­ tionsschicht auf den mit dem Biofilm überzogenen Borsten bilden kann.

Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglich­ keiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammen­ fassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische, teilgeschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Wassereintrittsseite der Vorrichtung nach Fig. 1; und

Fig. 3 eine Draufsicht in Richtung A auf die Wasseraus­ trittsseite der Vorrichtung nach Fig. 1.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 besteht die erfindungsgemäße Vor­ richtung aus einem Behälter 1, einem bürstenförmigen Rei­ nigungselement 2, einem mit Schaufeln 4 versehenen Abström-Schaufelrad 3, einem Schlammspeicher 5 sowie Ein­ richtungen zum Abstreifen des Biofilmzuwachses von der Bürste 2.

Das zu reinigende Abwasser tritt durch eine Eintritts­ öffnung 7 in den rohrförmigen Behälter 1 ein. In der Ein­ trittsöffnung 7 ist über Streben 16, die mit der Behälter­ wand verbunden sind, im Zentrum der Eintrittsöffnung 7 ein Lager 8 angeordnet, das zur Aufnahme eines ersten Trag­ zapfens 9 der Reinigungsbürste 2 dient. Ausströmseitig ist der Behälter mit gleichmäßig über den Umfang verteilten Austrittsöffnungen 10 versehen, durch welche das Wasser nach Durchlaufen der Bürste 2 austritt. Den Abschluß des Behälters 1 bildet ausströmseitig ein abnehmbarer Deckel 11 mit einem Lager 8′ , das zur Aufnahme eines zweiten Tragzapfens 9 der Reinigungsbürste 2 dient. Der Behälter 1 umschließt damit die in den Lagern 8, 8′ drehbar gelagerte biologisch-mechanische Reinigungsbürste 2. Die Bürste 2 sowie alle Bauteile der Vorrichtung sind aus schadstoff­ resistentem und transparentem Kunststoff gefertigt, wobei die Borsten der Bürste für einen optimalen Organismenbe­ wuchs chemisch vorbehandelt worden sind. Die Borsten der Bürste 2 dienen als Trägereinheit für die Aufwuchsorga­ nismen (Biofilm), die aus vergesellschafteten autotrophen und heterotrophen Organismen gebildet werden.

Nach Eintritt in den Behälter 1 durchströmt das zu reini­ gende Abwasser die Bürste 2. Der auf den Bürstenborsten befindliche Biofilm tritt mit dem Abwasser in Kontakt, wodurch ein Sedimentationsvorgang ausgelöst wird. Nach einiger Zeit bildet sich auf dem Biofilm der Borsten eine Sedimentationsschicht, die aus den abgeschiedenen Schad­ stoffen besteht. Das gereinigte Wasser tritt nach Ver­ lassen der Bürste 2 aus den Austrittsöffnungen 10 in der Behälterwand aus. Nachfolgend wird es in ein mit Schaufeln 4 bestücktes Abström-Schaufelrad 3 eingeleitet. Dieses Schaufelrad 3 bildet mit der Bürste 2 über eine gemeinsame Drehachse D eine drehfeste Verbindung. Zu diesem Zweck wird das Schaufelrad 3 auf den Endbereich 9′ des Bürsten­ zapfens 9, welcher über den Deckel 11 und das Lager 8′ hinausragt, aufgesteckt.

Die kinetische Energie infolge der Wasserabströmung über das mit der Bürstenachse in festem Verbund stehende Schaufelrad 3 bewirkt eine Rotationsbewegung der Bürste 2, wobei die Rotationsgeschwindigkeit durch Änderung des Anstellwinkels der Schaufeln 4 variiert werden kann. Dadurch kann die Kontaktintensität zwischen den Borsten­ oberflächen und dem zu reinigenden Abwasser reguliert werden, wodurch der sich bildende Biofilmzuwachs optimal gesteuert werden kann. Durch die Drehung der Bürste 2 wird weiterhin erreicht, daß das Abstreifen des Biofilm­ zuwachses gleichmäßig über den gesamten Bereich der Bürste 2 erfolgen kann. Die Drehung der Bürste erfolgt vorzugs­ weise sehr langsam, bspw. mit einer Umdrehungsgeschwindig­ keit von einer Umdrehung pro 24 Stunden.

Dazu sind mechanisch wirksame Abstreifeinrichtungen 6 in gegenläufiger Anordnung zur Bürstendrehrichtung vorge­ sehen. Die Abstreifeinrichtungen 6 bestehen aus dem eigentlichen Abstreifelement 12, das über Verbindungs­ glieder 13 mit Gegengewichten 14 drehbar um eine Drehachse M angeordnet ist. Beim Abstreifvorgang wird das Abstreif­ element 12 durch Anstellung mittels der Gegengewichte 14 in die Bürste 2 eingeschwenkt, so daß der sich biologisch bildende Biofilmzuwachs aus den Borsten herausgedrückt und in den Schlammspeicher geleitet wird.

Die Entsorgung des Schlammspeichers 5 erfolgt über ein Verbundschlauchsystem 15 zu einem zentralen Schlammsammler (nicht dargestellt), der durch ein konventionelles Ent­ sorgungsfahrzeug entleert werden muß.

Schließlich weist die Aufbereitungsvorrichtung noch eine Schottwand 17 auf, welche den Schmutzwasserbereich vom Bereich des gereinigten Wassers trennt. Die Schottwand 17 verhindert, daß ungereinigtes Abwasser außerhalb vom Behälter 1 vorbeiströmen und damit eine Reinigung durch die Bürste 2 umgehen kann. Das gesamte Abwasser muß daher seinen Weg durch den Behälter 1 nehmen.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur biologisch-mechanischen Aufbereitung von mit Schmutz- und Schadstoffen belasteten Abwässern, bestehend aus einem mit einer Einströmöffnung (7) ver­ sehenen Behälter (1), einem bürstenförmigen Reinigungsele­ ment (2), welches in den Behälter (1) eingesetzt ist und dessen Borsten mit einem Biofilm versehen sind und einer Einrichtung (6) zum Entfernen eines Teils des Biofilmzu­ wachses, so daß ein Rest des Biofilms auf dem bürsten­ förmigen Reinigungselement (2) erhalten bleibt, dadurch gekennzeichnet,
daß das bürstenförmige Reinigungselement (2) in seiner Längsausrichtung parallel zur Durchströmrichtung des Ab­ wassers angeordnet ist,
daß an der Wasseraustrittsseite des Behälters (1) ein mit Schaufeln (4) versehenes Abström-Schaufelrad (3) vorge­ sehen ist, über welches der Wasseraustritt erfolgt,
daß das bürstenförmige Reinigungselement (2) und das Abström-Schaufelrad (3) eine drehfeste Verbindung bilden und über am Abwassereintritt und -austritt befindliche Lager (8, 8′) drehbar im Behälter (1) angeordnet sind, und
daß am Behälter (1) ein separater, den entfernten Biofilm­ zuwachs aufnehmender Schlammspeicher (5) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bürstenförmige Reinigungselement (2) aus weichen, flexiblen Borsten besteht, welche sich senkrecht zur Durchströmrichtung des Abwassers von dem Drehzapfen (9) der Bürste (2) zur Wand des Behälters (1) hin erstrecken.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Borsten das spezifische Gewicht von Wasser aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des bürstenförmigen Reinigungselements (2) dem Innendurchmesser des Behälters (1) entspricht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) aus schadstoffresistentem Kunststoff besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anstellwinkel der Schaufeln (4) stufenlos verstellbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (6) zum Entfernen des Biofilmzuwachses aus einem Abstreifelement (12) besteht, welches über Verbin­ dungsglieder (13) mit Gegengewichten (14) drehbar um eine Drehachse (M) und in das bürstenförmige Reinigungsele­ ment (2) hinein einschwenkbar angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drehfeste Verbindung zwischen dem bürstenförmigen Reinigungselement (2) und dem Abström-Schaufelrad (3) über eine parallel zur Durchströmrichtung des Abwassers ausge­ richtete gemeinsame Drehachse (D) gebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung als bewegliches, unab­ hängiges Modul ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Module durch Steckverbindungen matrixförmig untereinander verbunden sind.