DE4409216A1 - Kläranlage insbesodere Kleinkläranlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Kläranlagen und hier insbesondere Kleinkläranlagen sowie die Umrüstung bereits bestehender Kläranlagen zu vollbiologischen Abwasser­ reinigungssystemen, ohne die vorhandene Bausubstanz wesentlich zu verändern.

Moderne Kläranlagen und hier auch Kleinkläranlagen, die für etwa 100 bis 350 Einwohnerwerte ausgerüstet sind, sollten vollbiologische Abwasserreinigungs­ systeme sein, worunter solche Systeme verstanden werden, die zumindest eine 90%ige Kohlenstoffoxydation herbeiführen.

Es gibt aber immer noch Tausende von Kläranlagen unterschiedlicher Größe, die diese Forderung nicht erfüllen. Beispielsweise existieren zur Zeit in Mecklenburg Vorpommern noch etwa 1000 Kleinkläranlagen, die in den meisten Fällen die Funktion einer zentralen Entsorgung für das angeschlossene Dorf wahrzunehmen haben. In der Regel handelt es sich um nur mechanisch arbeitende Anlagen, die daher sehr schnell kapazitätsüberfordert und daher hygienisch und ökologisch be­ denklich sind. Es besteht daher noch ein Bedürfnis nach Möglichkeiten für Neu- oder Umbau von Kläranlagen und insbesondere Kleinkläranlagen, wobei die Um­ rüstung bei bereits vorhandenen Systemen so erfolgen soll, das die vorhandene Bausubstanz nicht wesentlich verändert werden muß. Des weiteren sollen aber Kläranlagen, d. h. insbesondere die Belüftung, geräusch- und aerosolarm arbeiten, so daß auch der Einsatz unmittelbar neben vorhandener Bebauung und insbe­ sondere Wohnbebauung erfolgen kann.

Die bisher angebotenen Systeme beanspruchen aber in der Regel zusätzlich um­ bauten Raum, was häufig die Aufstellung von Kontainern neben der Anlage erfor­ derlich macht und fast alle üblichen Systeme arbeiten vorrangig mit Druckbelüf­ tung. Lärmschutzmaßnahmen sind in allen diesen Fällen dann unumgänglich. Au­ ßerdem sind die Beschaffungskosten und die Aufwendungen für Betrieb und Wartung relativ hoch, während andererseits im Sauerstoffeintrag bei Druckbelüf­ tung nur eine geringe Effektivität festzustellen ist, wenn die Wassertiefe bereits vorhandener Anlagen unter 3 Meter beträgt.

Erfindungsgemäß werden nun Kläranlagen und insbesondere Kleinkläranlagen mit den Merkmalen des Anspruches 1 vorgeschlagen.

Kläranlagen der in Anspruch 1 beschriebenen Art können in unterschiedlichen Größen gebaut werden und sind insbesondere für Anlagen mit einer biologischen Klärkapazität von etwa 100 bis 500 Einwohnerwerte vorgesehen. Sie können als solche neu gebaut oder, sie können überall dort eingesetzt werden, wo bereits von der Kapazität und von der Klärleistung nicht zureichende Anlagen bestehen, vorausgesetzt, daß die Nutzwassertiefe mindestens 1,4 Meter und der Durchmesser mindestens 9,0 Meter betragen oder bei geringerer Tiefe ein hinreichendes Wasservolumen gegeben ist. Die Anlagen lassen sich rasch de­ montieren und ermöglichen die Wiederverwendung der Ausrüstung an anderer Stelle. Die spezifischen Investitionskosten liegen deutlich niedriger als bei ver­ gleichbaren alternativen Anlagen, die mit Druck- oder Stabwalzenbelüftung arbei­ ten. Auch andere alternative Verfahren, welche die Nutzung sessiler, auf Träger­ material angesiedelter Biomasse zum Ziel haben, sind in der Einrichtung und der Wartung aufwendiger, da erhebliche Einbauten für die Festbettkörper erforderlich sind.

Die erfindungsgemäßen Kläranlagen gleichen den bisher bekannten Anlagen inso­ fern, als sie über eine Vorrichtung für die Rechengut- und Sandzurückhaltung, eine oder mehrere belüftete Kammern und eine Vorrichtung zur Nachklärung sowie eine Sammelvorrichtung für Überflußschlamm verfügen. Erfindungsgemäß ist aber die Rechengut- und Sandzurückhaltung so ausgestaltet, daß entweder ein separater Behälter in die belüftete Kammer eingesetzt wird, der diesem Zweck dient, oder in dem ein Teil der ersten durchflossenen Kammer als Absiebebehälter ausgestaltet wird. Die Vorrichtung für die Rechengut- und Sandzurückhaltung weist eine Lochblechwand als Übergang zur Kammer auf, und ist zusätzlich mit einer davor­ stehenden Tauchwand versehen. Die Tauchwand gewährleistet die Rechengutzu­ rückhaltung und außerdem einen relativ langen Fließweg. Die Vorteile dieser im freien Gefälle durchflossenen Absiebeeinrichtung sind erheblich geringere Kosten gegenüber marktüblichen Siebanlagen, da sie keinen Strom benötigen und außer­ dem ein relativ großes Stapelvolumen haben, so das im begrenzten Umfang die Möglichkeit besteht, gelegentlich Überschußschlamm zwischenzuspeichern.

Das aus dieser Vorstufe austretende Abwasser wird dann in die belüftete oder in die belüfteten Kammern als Bio-Reaktoren eingeführt. Zur Belüftung werden Schraubenbelüfter eingesetzt, die etwa 50 cm unter dem Betriebswasserspiegel arbeiten. Bei diesen Schraubenbelüftern wird die angesaugte Luft unmittelbar an den Austrittsöffnungen in der Stirnseite der Schrauben in ein fein- bis mittel­ blasiges Luft-Wassergemisch umgesetzt. Selbst bei relativ kleiner Motorenstärke werden Strahltiefen bis 4,0 Meter mit diesem Belüfter problemlos erreicht. Bei Anlagen der Größenordnung zwischen etwa 100 bis 500 Einwohnerwerten werden vorzugsweise 3 bis 4 Belüfter eingesetzt, die jedoch durch Intervallschaltungen energiesparsam betrieben werden können. Bei hinreichendem Reaktorvolumen kann die biologische Abwasserbehandlung bis zur Stufe der Nitrifikation/Denitrifikation durchgeführt werden.

Um Wartungsmaßnahmen am Belüftungssystem ohne Außerbetriebnahme der Anlage oder Einstieg in diese durchführen zu können, werden die Belüfter mit einer zweiteiligen Halterung versehen, die es im Zusammenwirken mit einer An­ schlag- und Steckplatte erlaubt, daß ohne Bergen des Belüfters eine horizontale und vertikale Verstellung des Strahles möglich ist.

Die weitere Behandlung der Abwässer erfolgt dann in der Vorrichtung zur Nach­ klärung, die entweder als separates Behältnis in einer belüfteten Kammer einge­ setzt werden kann oder die eine eigene Kammer bildet, wenn dies mit einfachen baulichen Maßnahmen ermöglicht werden kann. Die Nachklärung dient der Ent­ fernung des in den biologischen Verfahrensabschnitten neu gebildeten Schlamms und ist anerkanntermaßen die Schwachstelle aller bisher bekannten Verfahren. Das Funktionsprinzip der erfindungsgemäß eingesetzten Nachklärung entspricht dem sogenannten Dortmundbrunnen, bei dem das Wasser im Zentralrohr als Ein­ trittspunkt die Anlage vertikal durchströmt. Neu und überraschend wirksam ist die Art des Beschickens dieser Vorrichtung, denn erfindungsgemäß wird auf das übliche Beschicken in freiem Durchfluß verzichtet, sondern der Arbeitswasser­ spiegel der Nachklärungsvorrichtung liegt höher als der Arbeitsspiegel der belüf­ teten Kammer, so das der Zufluß durch Pumpen mit angepaßtem Leistungsbereich geregelt werden kann. Durch Abwassertauchpumpen, für die als Pumpenvorlage die belüftete Kammer selbst eingesetzt werden kann, ist eine gleichmäßige Be­ schickung der Nachklärung während 24 Stunden möglich. Außerdem läßt sich da­ durch eine viel gleichmäßigere Verweildauer des Abwassers und damit günstigere Bedingungen für das Abbauverhalten erreichen und zudem können die belüfteten Kammern als Pufferbecken bei Maximalzufluß oder Frachtstößen wirken.

Da die Abwassertauchpumpen direkt in die belüfteten Kammern gehängt werden können, lassen sich zudem die finanziellen Aufwendungen auf ein Minimum re­ duzieren. Die Pumpen können entweder wasserstandsabhängig oder in Kenntnis der Tagesganglinie zeitabhängig geschaltet werden.

Insbesondere unter dem Gesichtspunkt der Nitrifikation/Denitrifikation, die gleichmäßige Verweilzeiten der täglichen Stickstofffracht erfordert, hat dieser ver­ fahrenstechnische Schritt für Klärwerke aller Größenordnungen erhebliche Bedeu­ tung, da damit eine Verkleinerung der Nachklärung und somit erhebliche Investi­ tionseinsparungen möglich sind.

Wenn Bio-Reaktoren in der Abwasserreinigung mit Gehalten über 3,5 g/l Trocken­ substanz (TS) gefahren werden, setzen vor allem bei fein- und mittelblasiger Belüf­ tung Flotationserscheinungen aufgrund der gebildeten Biomasse ein. Diese Er­ scheinung ist auch bei den erfindungsgemäß eingesetzten Schraubenbelüftern festzustellen. In Abhängigkeit von der Betriebszeit und dem TS-Gehalt bilden sich auf der Wasseroberfläche Flotationsschlammschichten in der Stärke von bis zu 50 cm und mehr, wobei deren Trockensubstanzgehalt zwischen 40 und 50 g/l liegen kann. Wenn man die Schwimmschlammschicht kontinuierlich von der Oberfläche der belüfteten Kammern abziehen kann, sind immense Einsparungen im Bereich des Schlammtransportes und seiner Behandlung zu erzielen. Bei Anlagen mit Außenring, der als Umlaufbecken genutzt wird, läßt sich in einfacher Weise die Schwimmschlammschicht dadurch erheblich reduzieren, daß vor dem üblichen Sammelschacht eine im spitzen Winkel zur Fließrichtung eingesetzte Tauchwand, die etwa 30 cm unterhalb des Arbeitswasserspiegels reicht, eingesetzt wird, wobei diese den flotierten Schlamm staut und ihn in die Öffnung des Sammelschachtes einleitet. Die Unterkante der Öffnung des Sammelschachtes sollte daher nur wenige Zentimeter und vorzugsweise nicht mehr als 3-5 cm über dem Wasserspiegel hinausragen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert:
Die Zeichnung zeigt einen systematischen Querschnitt durch eine erfindungsge­ mäße Anlage mit Außenring, die als Umlaufbecken betrieben wird.

Die Kläranlage 1 verfügt über 3 Lüftungskammern (11, 12, 13), wobei die Kammer 11 als Außenring ausgebildet ist. Ein Teil der die Kammern abgrenzenden Wände ist in an sich bekannter Weise durchlässig gestaltet. Das Abwasser tritt in die Vor­ richtung zur Rückhaltung von Sand- und Rechengut (2) ein, wobei diese durch eine Lochblechwand (3) mit einer davorstehenden Tauchwand (4) von der an­ schließenden belüfteten Kammer getrennt ist. Das Rechengut und der Sand sammeln sich im Bereich der Vorrichtung (2) und können in üblicher Weise aus­ geräumt werden. Das Abwasser tritt dann in den belüfteten Bereich (11) ein und wird durch diesen und den beiden anderen Belüftungsbereichen weitergeleitet. Die Belüftung erfolgt durch Schraubenbelüfter (21, 22, 23). Das Abwasser wird dann über Tauchpumpen der Nachklärungseinrichtung (5) zugeführt, deren Arbeitswasserspiegel höher als der Arbeitswasserspiegel der belüfteten Kammern (11, 12 und 13) liegt. Die Nachklärungsvorrichtung verfügt über eine höhenver­ stellbare Ablaufrinne, die mit einem Ablauf- bzw. Fallrohr 6 verbunden ist. Des weiteren ist ein Notüberlauf 8 vorgesehen.

Das Abwasser tritt durch das Zentralrohr 9 in die Vorrichtung ein und wird dabei so geführt, daß die Eintrittsrichtung in Richtung der Wasseroberfläche gerichtet ist, so das turbulente Strömungen vermieden werden. Der in der Nachklärung an­ fallende Schlamm wird regelmäßig über einen zeitabhängig gesteuerten Elektro­ schieber 7 entnommen und in die erste belüftete Kammer zurückgeführt.

Vorzugsweise ist die Ablaufrinne an ihrer Unterseite mit einer kreisförmigen Leitwand aus Weichgummi versehen, um eine gleichmäßige Kantenbelastung und eine laminare Strömung zu ermöglichen.

Wenn in den belüfteten Kammern Abwässer mit einem hohen Gehalt an Trocken­ substanz von über 3,5 g/l behandelt werden, entstehen vor allem bei fein- und mittelblasiger Belüftung Flotationserscheinungen durch die sich entwickelnde Biomasse. Um diese Schwimmschlammschicht kontinuierlich von der Oberfläche abzuziehen, wird in der Kammer 11 in der Nähe der Öffnung des Sammelschachtes 14 eine Tauchwand 10 mit ungefähr 50 cm Gesamthöhe einge­ setzt, die etwa 30 cm unterhalb des Arbeitswasserspiegels eintaucht. An dieser Tauchwand staut sich der flotierte Schlamm und wird aufgrund des spitzen Winkels der Tauchwand in die Öffnung des nebenan geordneten Sammelschachtes überführt. Daher soll die Öffnung nur wenige Zentimeter über dem Arbeitswasserspiegel liegen, vorzugsweise etwa 3-5 cm, um eine möglichst vollständige Säuberung möglich zu machen.

Die erfindungsgemäßen Kläranlagen weisen beträchtliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf, denn sie sind hervorragend wirksam, aber trotzdem kosten­ günstig und eignen sich insbesondere dazu, in bereits vorhandene rein mecha­ nisch arbeitende Anlagen eingebaut zu werden. Dadurch, daß die Vorrichtung zum Sammeln von Rechengut bzw. Sand und die Vorrichtung zur Nachklärung als separate Behältnisse eingesetzt werden können, ist auch die Dauer des Umbaus solcher Anlagen auf 1 oder höchstens 2 Tage verkürzt. Ein weiterer Vor­ teil besteht in dem Verzicht auf den Einsatz größerer Energiemengen für Druck­ lufterzeugung und den Entfall sonst dadurch bedingter Lärmschutzmaßnahmen, so das auch die Betriebskosten solcher Anlagen deutlich unter denen bisher üblicher Anlagen liegen.

Claims (13)

1. Kläranlagen, insbesondere Kleinkläranlagen bestehend aus einer oder mehre­ ren Kammern, gekennzeichnet durch

• a) eine Einrichtung (2) zur Zurückhaltung von Sand und Rechengut, die über eine Lochblechwand (3) mit der oder den anschließenden Kammern (11, 12, 13) in Verbindung steht und über eine davorstehende Tauchwand (4) verfügt,
• b) eine oder mehrere mit Schraubenbelüftern (21, 22, 23) belüftete Kammern (11, 12, 13) als Bioreaktoren,
• c) eine Nachkläreinrichtung (5), die mit Pumpen beschickbar ist und deren Arbeitswasserspiegel oberhalb des Arbeitswasserspiegels der Bioreaktoren liegt und
• d) einer Vorrichtung zum Abzug und Sammeln von Überschußschlamm (14), gegebenenfalls in Verbindung mit einer Tauch- und Leitwand (10) zur Zurückhaltung von Flotationsschlamm.

2. Kläranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (2) als separates Behältnis ausgestaltet und in der Klammer (11) untergebracht ist.

3. Kläranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenbelüfter (21, 22, 23) mit einer zweiteiligen Halterung montiert sind.

4. Kläranlage nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachklä­ reinrichtung (5) als separates Behältnis ausgestaltet und in einer Kammer (13) untergebracht ist.

5. Kläranlage nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachklär­ vorrichtung (5) über ein höhenregulierbares Ablaufgerinne verfügt.

6. Kläranlage nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachklär­ anlage (5) über das Zentralrohr mit Wasseraustritt in Richtung Wasserspiegel beschickbar ist.

7. Kläranlage nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachklä­ reinrichtung (5) mit Tauchpumpen beschickbar ist.

8. Kläranlage nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Vor­ richtung zum Sammeln von Überschußschlamm (14) eine Tauch- und Leit­ wand (10) in spitzem Winkel zur Strömungsrichtung angebracht ist.

9. Kläranlage nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung der Vorrichtung (14) nur wenige Zentimeter über dem Arbeitswasserspiegel der Kammer (11) liegt.

10. Verfahren zum Klären von Abwässern, wobei diese nach Passieren einer Rechengut- und Sandzurückhaltung in eine oder mehrere belüftbare Kam­ mern geführt und dann einer Nachklärung unterzogen werden, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Arbeitswasserspiegel der Nachklärungsvorrichtung höher liegt als der Arbeitswasserspiegel der belüfteten Kammer, wobei das Abwasser aus der Kammer mittels Pumpen in die Nachklärung überführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Abwasser in die Nachklärung mittels des Zentralrohres eingebracht wird, wobei die Zufüh­ rung in Richtung Wasseroberfläche unter Vermeidung turbulenter Strömun­ gen erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Flotationsschlamm in den belüfteten Kammer mittels einer Tauch- und Leit­ wand abgetrennt und einer Sammelvorrichtung zugeführt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 10-12, dadurch gekennzeichnet, daß das Zu­ rückhalten von Sand und Rechengut und die Nachklärung in separaten Be­ hältnissen erfolgen, die in die Kammern eingesetzt werden.