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Die
Behandlung von Abwässern
wird von den meisten Gesetzgebungen zwingend gefordert. Obendrein
empfehlen die Behörden,
wie etwa die französischen "Wasserwirtschaftsämter", die Benutzung von
Verfahren, die die Einleitung der Abwässer zu immer größer werdenden
Anlagen limitieren, und die auf möglichst autonome Weise funktionieren
sowie minimales externes Eingreifen erfordern. Er ist auch wünschenswert,
Verfahren zu benutzen, die nur geringer Investitionen bedürfen. Die
vorliegende Erfindung wird allen diesen Anforderungen gerecht.
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Selbst
wenn die gegenwärtig
verfügbaren Systeme
einigen dieser Anforderungen Genüge
leisten, weisen alle unterschiedlichen Nachteile auf. Vor allem
ihre Kosten, insbesondere die Betriebskosten, machen sie ungeeignet
für die
Abwasserbehandlung in kleinen Anlagen; aus diesem Grund wird der "Markt" der Einheiten für weniger
als 1.500 oder 2.000 Einwohnerwerte von den großen Unternehmen, die in der
Abwasserbehandlung tätig
sind, vernachlässigt.
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Außerdem weisen
einige einfache Systeme, die dieser technischen Zielgruppe gerecht
werden könnten,
verschiedene Nachteile auf. Das Schlammteichverfahren zum Beispiel
erfordert größere Flächen in
der Größenordnung
von 10 bis 12 Quadratmetern pro Einwohner im Fall von städtischen
Abwässern;
der Flächenbedarf
für ein
Dorf von 500 Bewohnern beträgt
damit rund 1 Hektar. Ansonsten sind diese Systeme äußerst geruchsbelästigend
und sollten daher mit einer gewissen Distanz zum Dort installiert
werden, was eine zusätzliche
Investition im Bereich der Kanalisationen voraussetzt, deren Subventionen
sich auf weniger als die Hälfte
als für
die Anlage selbst belaufen.
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Oft
weisen auch Systeme dieser Sorte, die wie das Verfahren, das im
vorliegenden Patent beschrieben wird, auf "Filterbetten" basieren, den Hauptnachteil auf, dass
sie häufig
verstopfen, was eine mechanische Arbeit erfordert sowie den relativ häufigen Austausch
der oberflächlichen
Schichten.
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Generell
beeinträchtigen
diese Kläranlagen oft
die Landschaft, ob durch die Installation von Betonelementen oder
von elektrischen umlaufenden Maschinen oder auch von Sümpfen, die
nicht in der natürlichen örtlichen
Landschaft heimisch sind.
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Ansonsten
müssen
die Abwässer
oft einer kostspieligen Vorbehandlung unterzogen werden, bevor sie
in die Kläranlage
eingeleitet werden. Außerdem
treten am Ende des Klärprozesses
oft Klärschlämme auf,
die weiterbehandelt werden müssen, zum
Beispiel durch Entwässerung,
für die
es aber immer weniger Verwendungsmöglichkeiten und Lagerplätze gibt.
Schließlich
fordern die Hersteller von Konservengemüse vertraglich, dass die Anbauflächen niemals
mit Klärschlämmen belastet
wurden. Im Falle einer Verbrennung der Schlämme kommt zusätzlich zu
den auftretenden Kosten das Problem der schädlichen Gasemissionen wie z.B.
Dioxin.
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Zudem
werden die Anlagen durch die Verwendung mechanischer oder elektronischer
Regelvorrichtungen sehr komplex und ihre Wartungskosten damit sehr
hoch. Die Wartung sollte Fachleuten anvertraut werden und ihre Kosten
belaufen sich meistens auf 8 % bis 10 % der Investitionskosten, was
den Haushalt von kleinen Gemeinden und mittelständischen Unternehmen erheblich
belastet. Zahlreiche Gemeinden weigern sich, dass mittelständische
Unternehmen an ihre Kläranlagen
angeschlossen werden, welche dadurch dazu verpflichtet sind, die
oft in geringem Volumen anfallenden Abwässer selber zu reinigen.
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Andererseits
mangelt es den anderen Systemen oft an Anpassungsfähigkeit
angesichts eventuell auftretender, größerer Volumenvariationen des
zu behandelnden Abwassers. Das im folgenden beschriebene System
räumt alle
diese Nachteile aus dem Weg. Es ist ein natürliches System von kleiner Größe und auf
kleine Volumina zugeschnitten, aber auch einfach, anpassungsfähig und
mit geringen Wartungskosten zu betreiben. Es verstopft nicht, und da
es aerob ist, ist es auch geruchsneutral.
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Dieses
System ist eine Kläranlage
für landwirtschaftliche,
städtische
oder industrielle Abwässer,
dass die bekannten Methoden der Filter- und Makrophytenböden kombiniert.
Es beinhaltet Innovationen in der Kombination der Methoden und der
Zusätze,
so dass die hier beschriebenen Merkmale mit besonders geringen Investitions-
und Wartungskosten erreicht werden können.
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II. Das Verfahren
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Die
Grundeinheit des Systems, deren Beschreibung sich auf den Zeichnungen
1/3 (Grundriss), 2/3 (Querschnitt) und 3/3 bezieht, besteht aus einem
wasserdichten und im Boden liegenden Becken, ungefähr zwei
Mal so lang wie breit, dessen Oberfläche komplett mit einer PVC-Folie
ausgekleidet ist (15), einer senkrechten Wand (1),
die das Becken in zwei gleiche Teile (2) und (2') unterteilt,
und die jede Woche abwechselnd benutzt werden. Eine zentrale Sammelleitung
(3) erlaubt die Evakuierung des gereinigten Wassers. Das
Ganze ist mit Granulat gefüllt,
durch die die zu reinigende Flüssigkeit
senkrecht durchsickert. Eine Bewässerungsvorrichtung (5)
verteilt die Abwässer
auf der ganzen Oberfläche des
Beckens.
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Eine
Vorrichtung (6) aus rhombenförmigen PVC-Blöcken mit
Wabenstruktur, die den Boden auslegt, erfüllt zwei Funktionen. Sie sammelt
das senkrecht versickernde Wasser, und versorgt das über ihr liegende
Granulat im Austausch mit Sauerstoff. Es ist die Form der Wabenstruktur,
bekanntes und übrigens patentiertes
Hilfsmittel, die diese beiden Funktionen erfüllt. Das Wasser zirkuliert
in den Becken entsprechend den Pfeilen (F), die im halben Becken
(2) für den
senkrechten Verlauf in der Zeichnung 2/3 und für den horizontalen Verlauf
in der Zeichnung 1/3 markiert sind.
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Die
Luft zirkuliert gemäß den grauen
Pfeilen (F'), die
in den Ansichten 1/3 und 2/3 im halben Becken (2') eingezeichnet
sind; dieser Verlauf wird durch zwei senkrechte Belüftungsschächte (7)
und horizontale Absaugkanäle
(7') gewährleistet,
die im Granulat installiert sind (Querschnitt A). Auf dieser Weise
gibt es also zwei entgegengesetzte Luft- und Wasserkreisläufe (8). Der Luftkreislauf
unter der gesamten Oberfläche
des Beckens versorgt die Granulatmasse mit Sauerstoff und gewährleistet
so das Leben der aeroben Bakterien, die die Reinigung vollziehen.
Im Gegensatz zu den Sumpfsystemen ist keine Methanerzeugung in den
unteren Schichten möglich,
da der künstlich
erzeugte Boden weder hydromorph noch anaerob ist.
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Die
zu reinigenden Abwässer
werden zuerst durch einen Rechenreiniger (11) geleitet,
der eventuelle Objekte und größeres Material
(Flaschen, Kunststoffteile, Steine) zurückhält, und dann in einem Auffangbecken
(12) gesammelt. Eine Druckpumpe (16), die über einen
Schwimmer (16')
reguliert wird, verteilt die Abwässer
in Schüben
von einigen Kubikmetern durch die Bewässerungsvorrichtung (5)
auf der ganzen Oberfläche
des aktiven halben Beckens (Becken (2) auf der Zeichnung
1/3). Die Zufuhr in Form von Schüben
erzeugt eine Wasserwoge (13) auf der ganzen Oberfläche des
aktiven halben Beckens. Ein manueller Drei-Wege-Schieber (14)
leitet die Abwässer abwechselnd
auf einen der halben Becken (2) und (2').
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Die
Sickerböden
bestehen aus Sand und Kies mit von oben nach unten zunehmender Größe entsprechend
der Versickerungsrichtung. Die Art des Granulats (Größe von 0–2 bis 16–32 mm),
ihre chemische Zusammensetzung, sowie die Dicke der aufeinander
folgenden Schichten und der Größengradient
wird abhängig
von der Art des zu behandelnden Abwassers gewählt.
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Zum
Beispiel (A) für
Straßenabwasser,
das einen geringen chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) aufweist aber
reich an Ammoniak ist, wird die Mächtigkeit der Sandschicht (17)
groß gewählt sowie
die Größe der darunter
liegenden Granulate klein und aus kalkhaltigem Material. Die gesamte
Behandlung erfolgt durch eine einzige Schicht (siehe Zeichnung 3/3).
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Der
auf der Oberfläche
verteilte Sand (17, Zeichnung 3/3) weist eine Körnung von
0 bis 2 mm Durchmesser auf; er ist silikatreich, staubfrei und vorher
gewaschen, um Verstopfung und Verklumpung zu vermeiden. Das am tiefsten
liegende Granulat (18) ist kalkhaltig, um den pH-Wert in
den alkalischen Bereich zu bringen und die Nitrifizierung zu erleichtern.
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Gegebenenfalls
kann man, je nach Bedarf, das Abwasser durch zwei hintereinander
geschaltete Becken leiten. In diesem Fall ist die mittlere Korngrößenverfeilung
selbstverständlich
im ersten Becken höher
als im zweiten.
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Zum
Beispiel (B) für
Stadtabwasser, das einen CSB vom Typ Hotel aufweist, oder im Falle
von qualitativen Ausgangsmerkmalen, die höher liegen als das Übliche,
wird die Behandlung durch zwei aufeinander liegenden Schichten erfolgen,
die erste Schicht enthält
keinen Sand auf der Oberfläche,
sondern Granulate der Größe 2–6 oder
3–8 (18),
um den CSB zu regulieren ohne zu viele Schwebstoffe zurückzuhalten:
die zweite Schicht, die so genannte „Endreinigung", weist dagegen eine
mächtigere
Sandschicht und einen kleineren Gradienten der darunter liegenden
Korngrößenverfeilung
auf (siehe Zeichnung 3/3).
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Die
Oberfläche
des Beckens wird mit Schilf der Art Phragmitis australis (9)
bepflanzt, was gleichzeitig folgende Effekte hat (Zeichnung 3/3):
- – den
Effekt der Schlammentwässerung
durch Evapotranspiration,
- – den
Effekt der Ausflockung der gelösten
organischen Stoffe,
- – den
mechanische Effekt der Abflussreinigung durch die Rhizome (10).
- – den
Effekt der Sauerstoffversorgung der Mikroflora in dem Massiv.
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Dieses
Schilf (9) gewährleistet
die Sauerstoffversorgung des Abwassers auf der Oberfläche und
unter der Woge (13); dieser Sauerstoffeintrag wird durch
die abwechselnde Trockenlegung der zwei halben Becken 2 und 2' ergänzt.
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Die
in Schüben
arbeitende Druckpumpe (16) erlaubt es, die ganze Oberfläche des
Beckens gleichzeitig zu benutzen, also die für die Behandlung eines gegebenen
Volumens erforderliche Oberfläche
zu reduzieren, sowie das Wachsen des Schilfs homogen und isotrop
zu machen, was das Wachsen von Adventivpflanzen erheblich reduziert.
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Die
Bewässerung
in Schüben
durch die Pumpe (16) und mit Hilfe des Bewässerungsvorrichtungs
mit einer guten Verteilung des Abwassers vermeidet die in ähnlichen
Anlagen häufige
Bildung von Rillen und Kanälen,
die gewissen Mengen von Abwässern
erlaubt, ohne Behandlung abfließen
zu können;
das System gewährleistet
eine homogene Reinigung.
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Die
Bakterientätigkeit
und damit das Reinigungsvermögen
des Versickerungsmilieus ist vom Wassergehalt des Milieus abhängig; ein
zu trockener oder hydromorpher Boden ist den Bakterien nicht zuträglich; allein
eine mittlere Hydratation ist geeignet. Dieses wird durch die abwechselnde
Trockenlegung der zwei halben Becken (2) und (2') ermöglicht.
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Im
Gegensatz zu den anderen Systemen, die richtige Schlämme erzeugen,
die häufig
entfernt und behandelt werden müssen,
erzeugt das beschriebene System keinen Schlamm, sondern einen echten "Boden". Ein großer Teil
der organischen Stoffe wird in situ biologisch abgebaut, der unlösliche Teil,
der auf der Oberfläche
zurückbleibt,
wird durch das Schilf (9) durch Evapotranspiration entwässert, in
Humus umgesetzt und zum Teil wie in einem natürlichen Boden mineralisiert.
Der unvermeidbare organische und mineralische Rückstand, der auf der Oberfläche zurückbleibt,
muss im Schnitt nur alle 4 bis 6 Jahren entfernt werden. Ansonsten
besitzt dieser Rückstand ausgezeichnete
Qualitäten
als Bodenverbesserungsmittel und er kann leicht mit einem Bagger
und einem Anhänger
entfernt werden, da er wenig Feuchtigkeit enthält.
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Aus
sanitärer
Sicht ermöglicht
die Adsorptionsfähigkeit
der Viren durch die Granulate verbunden mit deren Inaktivierung
während
der Trockenlegungsphase und ihrer Auswaschung bei erneuter Bewässerung
eine partielle Dekontamination des Abwassers.
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Die
Kombination der Benutzung des Schilfs (9) und ihrer Rhizome
(10) oder jedem anderen adäquaten Gewächs, der alternative Betrieb
der zwei halben Becken 2 und 2' sowie die Auswahl der Granulate
entsprechend den Besonderheiten des zu behandelnden Abwassers verhindert
die Verstopfung, die der Hauptfehler der verwendeten Behandlungssysteme
dieser Kategorie ist, und es benötigt
nur ungefähr
einen Quadratmeter pro Einwohnerwert.
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Die
Verwendung des Schilfs hat auch den Vorteil, dass sich keine „Pergamentoberfläche" bilden kann, ein
häufiges
Phänomen
bei der Behandlung von Papierabwässern,
die Zellulose enthalten.
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Im
Gegensatz zu anderen Verfahren kann die Betriebsaufsicht der beschriebenen
Kläreinheit vom
bereits vor Ort tätigen
Personal der Stadtverwaltung oder des Unternehmens gewährleistet
werden. Keine technische Handhabung erfordert eine einführende Schulung;
es handelt sich dabei um die Reinigung des Rechenreinigers, den
wöchentliche
Wechsel der halben Becken sowie die Instandhaltung der Umgebung.
Die Betriebskosten betreffen ausschließlich die Stromversorgung der
Pumpe. Die alle vier bis sechs Jahre fälligen, größeren Wartungsarbeiten können von
einem örtlichen
Bauunternehmen oder einem Landwirt ausgeführt werden, der über einen Bagger
verfügt.
Die Beckenreinigung ist in weniger als einem Tag gemacht und beschränkt sich
auf ein halbes Becken, wodurch der Klärbetrieb nicht unterbrochen
werden muss.
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- 1
- Senkrechte
Wand
- 2
- Halbes
Becken
- 2'
- Halbes
Becken
- 3
- Zentrale
Sammelleitung
- 4
- Granulat
- 5
- Bewässerungsvorrichtung
- 6
- Vorrichtung
aus rhombenförmigen
PVC-Blöcken
mit Wabenstruktur
- 7
- Belüftungsschächte
- 7'
- horizontale
Absaugkanäle
- 8
- Entgegengesetzte
Luft-und Wasserkreisläufe
- 9
- Bepflanzung
mit Schilf der Art Phragmitis australis
- 10
- Rhizome
des Schilfs
- 11
- Rechenreiniger
- 12
- Auffangbecken
- 13
- Wasserwoge/Wasserschub
- 14
- Manueller
Drei-Wege-Schieber
- 15
- PVC-Auskleidung
des Beckens
- 16
- In
Schüben
arbeitende Druckpumpe
- 16'
- Schwimmer
- 17
- Sandschicht
- 18
- Granulat