WO2020035450A1 - Anlage und verfahren zum reinigen von fäkalienfreiem und tensidhaltigem haushaltsabwasser - Google Patents

Anlage und verfahren zum reinigen von fäkalienfreiem und tensidhaltigem haushaltsabwasser Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a system and a method for cleaning faecal-free and surfactant-containing household wastewater with an electrochemical treatment stage.
  • toilet waste water is out of the question for the recycling of waste water, and flushing waste water is only of limited use.
  • the shower water obtained could be cleaned and treated so that it could be used again as shower water. This would also make it possible for a relatively long time, for example 10 minutes, to be showered in a mobile home without the water being used up.
  • the present invention has as its object that the surfactants contained in faecal-free household wastewater are removed as much as possible and thus purified water is obtained which is essentially free of surfactants and which in any case does not foam when it is used for showering or washing hands.
  • the wastewater generated in a household should be recycled as well as possible in order to save water.
  • wastewater is understood to mean wastewater from various sources, also referred to as consumers.
  • the term not only includes the classic private household, but in particular also a mobile household, for example in a mobile home, caravan or on a boat or ship. Wastewater from aircraft and also from larger units such as hotels, cruise ships or entire residential complexes are also included. However, industrial wastewater, such as is produced in manufacturing companies, is excluded from the definition.
  • the wastewater to be treated is free of faeces.
  • H. Black water i.e. waste water from the toilet, is excluded. Typically, it will be waste water from the shower, the bathtub, from hand wash basins, from washing machines, i.e. gray water.
  • wastewater from sinks and dishwashers can also be purified using the present invention, so that wastewater of this type is also included in the present definition. Wastewater from different consumers is thus treated, provided it is sewage free of faeces.
  • Waste water from the shower and from the bathtub generally contains only a small amount of surfactant and also generally carries only a low amount of dirt.
  • Waste water from the sink and the dishwasher is usually very surfactant and fat-containing and usually contains quite high pollution loads.
  • Waste water from the washing machine and hand wash basin can, depending on the household concerned and the use of tensides and the dirt load to be washed off, be purified to practically pure clear water and accordingly z. B. be used as shower water or they are to be qualified as more polluted waste water and the purified clear water is z. B. only for flushing the toilet. As a result, an exact classification of a consumer's wastewater depends on the actual circumstances.
  • faecal-free and surfactant-containing household wastewater is converted into germ-free and odor-free clear water, which is largely free of washing-active substances. Since it can then be used again for showering, for example, This results in the advantage that sufficient clean water is available for each person to shower, an advantage that is particularly beneficial for mobile homes, caravans and yachts, but also in hotels and cruise ships.
  • the total amount of water to be transported is reduced by the present invention. Since a larger part of the water is in circulation and is reprocessed, both the amount of fresh water and the amount of waste water can be reduced.
  • the fresh water tank and waste water tank in mobile units can be dimensioned correspondingly smaller and / or the downtimes can be kept longer without the annoying refilling of the fresh water tank and / or emptying of the waste water tank.
  • the water in the system can be optimally used and reused. Heavily soiled and tenside-contaminated water can be used to flush the toilet, and only very little soiled and tenside-contaminated water can be used for showering, washing hands or washing up. In this way, the fresh water consumption in a household can be greatly reduced.
  • the system and the method can be operated in circulation, quasi "online", i. H. while a person is showering, his / her shower water is processed, which is then immediately returned to the shower.
  • a small amount of shower water e.g. B. with 10 liters of water
  • a basically "infinite" shower time can be provided.
  • the water is stored in a clear water tank after treatment and is then used in the next shower process.
  • the dirty water of this next shower process is collected in a dirty water container until the end of the shower process and then or at any time, e.g. B. at night, processed and returned to the clear water tank. "Infinite" shower times are of course not possible in this way.
  • the invention can also be used in stationary households, such as private households, residential complexes and hotels, and is advantageous. In many parts of the world and also in Europe, more groundwater is used than is reproduced, so it would be very desirable if wastewater was recycled in large quantities.
  • waste water from the hand wash basin, the sink and the dishwasher is more polluted and often also contains a lot more surfactant than shower or bath water and possibly washing machine waste water.
  • This wastewater is therefore kept separate and cleaned separately, because shower and bath water can be treated more easily and thus be treated to a higher purity than the wastewater from the sink, etc.
  • different wastewater originating from different consumers, can be processed Depending on their degree of soiling and their type of soiling, store them separately, clean them separately and reuse them separately, with the greatest possible flexibility.
  • more than two dirty water and / or more than two clear water tanks can also be provided.
  • there are three types of dirty water tanks one for dirty water from the showers, a second for dirty water from the sink and a third for dirty water from the hand wash basin and washing machines.
  • the waste water in the third dirty water tank dirty water from the hand wash basin
  • the clear water created after going through the cleaning stages can be led to the shower in the shower water clear water tank or in the toilet flushing water clear water tank.
  • bath and shower waste water is also collected after cleaning in a separate clear water container and, accordingly, the more polluted waste water from the sink, etc. after cleaning in another separate clear water container.
  • Water from the second clear water tank, d. H. purified shower and bath water can then be used for showering and bathing again, whereas the clear water from the first clear water tank, i.e. H. purified hand washing water, dishwashing water and dishwasher waste water, on the other hand, is preferably used for flushing the toilet.
  • the introduction of gas can, for example, with the aid of a compressor, a pump, a Stirring device or, particularly preferably with an aerator membrane, also referred to as aeration membrane, in particular with a ceramic aerator membrane. It turned out that it is particularly advantageous if the gas is as fine-bubble as possible in order to provide the largest possible surface. Fine-bubble gas bubbles generated with ceramic aerator membranes have a diameter of approx. 50-100 pm, for example.
  • a further improvement in the removal of surfactant results from the fact that, in a preferred embodiment, a calming zone or several calming zones exist within or immediately after the electrochemical treatment unit, in which the purified water can calm down to the extent that it can be discharged.
  • a calming zone or several calming zones exist within or immediately after the electrochemical treatment unit, in which the purified water can calm down to the extent that it can be discharged.
  • the calming zone is correspondingly arranged in the bottom area of the electroflotation system and separated by a bulkhead.
  • the separated, i.e. H. floated foam which is loaded with surfactants, possibly existing pollutants and dirt particles, is treated as waste water and fed to a waste water tank or discarded immediately.
  • surfactants possibly existing pollutants and dirt particles
  • the foam Before being discharged into the waste water tank, the foam can be destroyed in order to reduce the volume.
  • the foam can be destroyed, for example, by sonication, by chemical anti-foam agents, by mechanical methods, such as passing through a foam-destroying fabric or sieve, by raining or showering down with an appropriate liquid.
  • This foam destruction system is preferably installed in the overflow line.
  • pretreatment and post-treatment stages can be added, such as different filter stages.
  • both a pre-treatment by a pre-filter or coarse filter as well an aftertreatment can be carried out by a postfilter.
  • the pre-filter or coarse filter mainly filters out coarser particles
  • the post-filter is usually used to separate any fine particles that are still present. Accordingly, sand filters, microfiltration, nanofiltration, ultrafiltration and reverse osmosis are preferably used as aftertreatment filter units.
  • pre-filter and coarse filter come z. B. Sieves and fabrics into consideration.
  • the clear water generated by the method according to the invention or the system according to the invention can in one embodiment also be used to backwash the filter systems.
  • the fresh water tank i.e. H. the container in which water from municipal water supply systems is bunkered is kept relatively small.
  • a lack of water in the clear water tank can be detected by a sensor system, so that, for example via an electronic control, a subsequent washing process in the hand wash basin in the washroom can be extended until this lack of water is remedied. More waste water, and thus clear water, is deliberately produced by increasing the consumption of fresh water.
  • a gray water reservoir and the electroflotation device can be connected to one another on the bottom side according to the principle of the communicating tubes.
  • the electroflotation device and the filtration stage are connected on the surface side according to the overflow principle.
  • the polluted water flows from the dirty water tank to the cleaning system, i.e. in the pre-filter, if available, or directly in the electro flotation stage.
  • the layer thickness of the foam produced and drawn off, ie the floated can be carried out, for example, by an optical measurement, for example in the form of a light barrier or in the form of an ultrasound measurement.
  • an optical measurement for example in the form of a light barrier or in the form of an ultrasound measurement.
  • the fill level of the liquid container - dirty water container, clear water container, fresh water container, waste water container - is preferably monitored, e.g. B. via a float or another level sensor. So z. B. when a filling maximum is reached in the clear water tank for feeding into the shower, a float valve is opened by a corresponding floating float, the excess liquid either being transferred to a clear water tank, more precisely the one for flushing the toilet, or being fed to the waste water tank.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a household waste water recycling system according to the invention
  • Figure 2 shows a second embodiment of a household waste water recycling system according to the invention.
  • FIG. 1 shows a wastewater treatment system that could be implemented, for example, in a motor home or a yacht.
  • the dirty water tank 21 is supplied with waste water from a wash basin 15 and a sink 13.
  • the dirty water from both dirty water tanks 1 and 21 can be fed to a pre-filter 2.
  • the waste water from the two dirty water tanks 1 and 21 can be fed together to the prefilter 2 or can be kept separately and passed separately through the cleaning stages. Coarse dirt particles and other coarser substances in the waste water, such as e.g. B. hair separated.
  • the chemical metering unit is identified by the reference number 19.
  • the electrochemical treatment unit 3 is equipped with plate electrodes 16.
  • the plate electrodes are aligned parallel to each other.
  • gas is introduced in fine-bubble form via an aeration membrane 14.
  • ozone from an ozone ventilation 11 can be used as the gas.
  • Ozone is a strong oxidizing agent, so any germs it contains can be killed. It also z. B. oxidized iron, manganese and organic matter.
  • air can be used as the gas for introducing gas, designated by reference number 12.
  • the unit for introducing gas is arranged inside the electrochemical treatment unit 3, namely the ventilation membrane 14.
  • the air is introduced in fine bubbles.
  • Foam is produced in the electrochemical treatment unit 3, both by the electroflotation itself and by the fine gas bubbles, as indicated in FIG. 1.
  • the foam is compressed via a foam compression 17 and discharged via an overflow line 7 and fed to a waste water tank 9.
  • a calming zone 18 is also entered in FIG. 1, in which the water is collected before being discharged from the electrochemical treatment unit 3 and can calm down, so that any gas still contained escapes and foam rises.
  • the calming zone 18 is separated from the rest of the interior of the electrochemical treatment unit 3 by a bulkhead. Water therefore enters this calming zone 18 from below, very close to the bottom of the electrochemical treatment unit 3.
  • An automatic level increase 27 serves to improve the foam discharge.
  • Fine filter 4 for example a sand filter or a microfiltration unit, and an activated carbon filter 5.
  • the cleaned water is fed to one of the two clear water tanks or both, namely the clear water tank 6 or the toilet clear water tank 22.
  • the shower 25 is fed or else also a separate tap 23 of the sink 13, for example for pre-cleaning dishes.
  • Water from the toilet clear water tank 22 is supplied to the toilet flush 24 using a pressure cylinder 10.
  • the two dirty water tanks 1 and 21 and the two clear water tanks 6 and 22 can be treated separately.
  • the dirty water from the dirty shower water tank 1 can be passed through the cleaning stages and fed to the clear water tank 6 or the toilet clear water tank 22. The same applies to waste water from the second dirty water tank 22.
  • 20 fresh water can be used directly from a fresh water tank, for example also for showering or rinsing.
  • the clear water tanks 6 and 22 can be filled with fresh water from the fresh water tank 20 if necessary.
  • Filter systems can preferably be backwashed in order to remove residues adhering to the filtration process and thus to restore the filtration line.
  • a backwash line 8 is provided so that treated clear water can be used for backwashing, for example for backwashing the activated carbon filter 5.
  • fresh water from the fresh water tank 20 can also be backwashed.
  • Foam from the overflow line 7 is collected in the waste water tank 9.
  • waste water collected in the waste water tank 21, i.e. H. Sink wastewater and hand wash basin wastewater can be transferred directly to the wastewater tank 9 if, for example, temporarily heavy dirt loads are contained.
  • a shower process is in two parts. First, water is showered from the clear water tank 6, i. H. the body is moistened. After soaping, the soap is still rinsed off with water from the clear water tank 6 and finally rinsed with fresh water from the fresh water tank 22.
  • the toilet flush 24 preferably has fine nozzles. It is supplied with clear water from the toilet clear water 22 with the aid of a pressure cylinder 10, in particular with a High pressure cylinder or with a water pump.
  • the electrochemical treatment unit 3 comprises a reversible DC voltage source. This can be reversed in a time-controlled or condition-controlled manner in order to prevent hydroxides from attaching to the electrodes 16.
  • a polarity reversal also serves to ensure uniform wear of the electrodes 16, that is to say of the anodes and cathodes.
  • the electrochemical treatment unit 3 is encapsulated in the upper area, i. H. provided with a cover 26.
  • the electroflotation stage can also comprise oxidizing agents by means of which free hydrogen molecules are oxidized to water within the wastewater treatment. It is also possible to convert the hydrogen liberated to atmospheric oxygen to water via a catalytic converter, the atmospheric oxygen being ventilated, e.g. B. reaches the system via the overflow line.
  • dirty water tanks There are two dirty water tanks - a first dirty water tank 121, in which waste water from a wash basin 115 and a sink 113 is collected, and a second dirty water tank 101, also called shower dirty water tank, in which waste water from the shower 125 is collected.
  • waste water tank 109 in which the waste water to be discarded is collected, e.g. B. toilet waste water. Waste water from the first dirty water tank 121 can be cleaned as well as discarded. In the latter case, it is fed to the waste water tank 109.
  • Waste water to be cleaned e.g. B. from the second dirty water tank 101, is first passed through a coarse filter 130. Coarse contaminants such as sand or hair are removed there. It then arrives with the aid of a pump P1 in the electrochemical treatment unit 103, where the electroflotation is carried out.
  • the pump P1 is arranged in a container 131.
  • the dirty water is temporarily stored therein and from there it is pumped to the first of the two tubular electrochemical treatment units 103.
  • the container 131 has a buffer function. If the system is switched off, too much dirty water arrives or the system does not perform well enough, this buffer overflows and it goes directly into the waste water tank 109 without treatment. B. Incidents on the system can be ensured that showering can continue without interference.
  • tube assemblies are used as electrochemical treatment units 103, each of which is covered with a cover 126.
  • Tubular electrodes 116 have the advantage that they have a smaller footprint compared to plate electrodes with the same reaction area - an advantage which is v. a. in mobile homes, caravans, airplanes or yachts.
  • two tube units are connected in series.
  • the wastewater to be treated arrives in a relaxation tank 128, where relaxation flotation is carried out.
  • gas is introduced via a ventilation membrane 114.
  • both ozone can be introduced via an ozone ventilation 11 1 and air via a unit for introducing air 1 12.
  • Ozone and air can be introduced separately or in combination. Which gas is to be used depends on the wastewater to be purified and the person skilled in the art can easily determine by simple experiments.
  • Chemicals can also be metered into the flash tank using the chemical metering unit 119, if necessary.
  • the separated part of the cleaned dirty water then reaches the waste water tank 109.
  • the cleaned water which is drawn off in the lower region of the expansion tank 128, is finally led over three filter systems in the present embodiment, where the water is further purified.
  • the individual filter stages are becoming increasingly fine. First, the water cleaned in the two flotation stages passes into a pre-filter 102, then into an activated carbon filter 105 and finally into a fine filter 104.
  • the water which has been thoroughly cleaned in the two flotation stages can also be discharged by pumping it into the waste water tank 109 via a corresponding valve, in this case V2, with the aid of a pump P2.
  • the clear water that has gone through all the cleaning stages is either fed to the toilet clear water tank 122 after the last cleaning stage or is fed directly to the shower system - either by bunkering it in a clear water tank 106 or by feeding it directly to the shower 125.
  • Appropriate valves V7, V3, V4 and V5 ensure the desired supply line.
  • Water bunkered in the toilet clear water tank 122 is used to flush the toilet 124.
  • a pressure cylinder 110 is provided in mobile systems, which sprays the water in the toilet 124 in a water-saving manner.
  • a fresh water tank 120 is also provided. If there is not enough recycled clear water available or e.g. B. at the end of a shower process, the shower 125 fresh water can be supplied from the fresh water tank 120.
  • fresh water from the fresh water tank 120 or clear water from the clear water tank 106 can be used to backwash the system, in particular the three filter stages 102, 104 and 105.
  • waste water from hand wash basin 115 and sink basin 13 is stored in the waste water tank 121.
  • the clear water formed is typically stored in the toilet clear water tank 122 and used to flush the toilet 124. Waste water from the sink and hand basin may not be completely clean even after going through all the cleaning steps, making it unsuitable for showering or bathing. The same applies, for example, to waste water from the dishwasher.
  • waste water from the shower collected in the waste water tank 101. These can be cleaned up so well because they are relatively lightly soiled that they can then be used again for showering.
  • shower waste water which has passed through the system is collected in the clear water tank 106 and then returned to the shower 125 or the shower 125 is fed directly.
  • bathing water which is generally only very slightly contaminated.
  • valves and pumps are also entered in the schematic representation and are designated accordingly as P1, P2 etc. and V1, V2 etc.
  • sea or river water can be sucked in and can be led through the wastewater treatment.
  • another separate waste water tank would be provided for this.
  • Rainwater can also be treated in this way and used as process water, for example for showering or flushing the toilet.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zum Reinigen von fäkalienfreiem und tensidhaltigem Haushaltsabwasser, insbesondere Grauwasser und Küchenabwasser. Es sind eine elektrochemische Behandlungseinheit (3) und eine Vorrichtung zum Einbringen von Gas (11, 12, 14) vorgesehen. Ferner sind zumindest zwei Schmutzwasserbehälter (1, 21) vorhanden, wobei dem ersten Schmutzwasserbehälter (21) zu reinigendes Haushaltsabwasser aus zumindest einem ersten Verbraucher zugeführt wird und wobei dem zweiten Schmutzwasserbehälter (1) zu reinigendes Haushaltsabwasser aus zumindest einem zweiten Verbraucher zugeführt wird. Überdies sind zumindest zwei Klarwasserbehälter vorhanden, wobei dem ersten Klarwasserbehälter (22) das aus dem ersten Schmutzwasserbehälter stammende, gereinigte Haushaltsabwasser zugeführt wird, und wobei dem zweiten Klarwasserbehälter (6) das aus dem zweiten Schmutzwasserbehälter stammende, gereinigte Haushaltsabwasser zugeführt wird.

Description

Anlage und Verfahren zum Reinigen von fäkalienfreiem und
tensidhaltigem Haushaltsabwasser
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zum Reinigen von fäkalienfreiem und tensidhaltigem Haushaltsabwasser mit einer elektrochemischen Behandlungsstufe.
Technisches Gebiet
Es wäre bei Abwässern aus dem Haushaltsbereich generell wünschenswert, wenn es zumindest teilweise möglich wäre, das entstehende Abwasser zu recyceln, d. h. es zu reinigen und einer erneuten Verwendung zuzuführen. Besonders wichtig wäre dies jedoch für mobile Sanitäranlagen, wie beispielsweise in Wohnmobilen, Wohnwägen, auf Booten und Schiffen sowie in Flugzeugen. Bei diesen könnte die mitzuführende Frischwassermenge drastisch reduziert werden, wenn es gelänge, zumindest einen Teil der erzeugten Abwässer so aufzubereiten, dass sie zumindest in einzelnen Bereichen der Sanitäranlagen wiederverwendet werden können.
Stand der Technik
Im Stand der Technik sind hierfür diverse Ansätze bekannt. Generell ist jedoch die Auffassung vorherrschend, dass nur fäkalienfreie Abwässer mit vertretbarem Aufwand aufgereinigt werden können und damit recycelbar sind. Das sogenannte Schwarzwasser - fäkalienhaltiges Abwasser aus der Toilette - wird deshalb typischerweise als Abfall betrachtet. Ähnliches gilt in der Regel für Abwasser aus dem Spülbecken und der Spülmaschine, jedoch aus anderem Grund. Die beim Spülen anfallenden Fette bereiten häufig Probleme beim Reinigen. Das sogenannte Grauwasser jedoch, das aus Duschen, Badewannen, Handwaschbecken und Waschmaschinen stammt, wäre sowohl von der Schmutzlast her betrachtet als auch unter Berücksichtigung der Tatsache, dass solche Abwässer typischerweise weder besonders fetthaltig noch mit Bakterien oder Viren belastet sind, für das Aufbereiten und Wiederverwenden bestens geeignet. Entsprechend beschäftigen sich die nachstehend genannten Dokumente im Stand der Technik überwiegend mit Grauwasserrecycling. Diverse hintereinandergeschaltete Filterstufen werden beispielsweise genutzt in US 2017/0297939 A1 , in CN 105 421 527 A und auch in EP 2 295 649 A2. Bei Letzterer werden auch biologische Wasserreinigungsverfahren vorgeschlagen.
Die DE 10 2005 006 136 A1 offenbart ein Grauwasser-Nutzungssystem für ein Flugzeug. Im Handwaschbecken anfallendes Grauwasser wird dabei soweit aufbereitet, dass es zum Spülen der Toilette im Flugzeug genutzt werden kann. Zum Aufreinigen des Grauwassers wird eine Elektroflotationsstufe vorgeschlagen. Ein mechanisches Flotationsverfahren zum Abscheiden von Schmutzstoffen in Grauwasser schlägt die WO 2008/120963 A1 vor. Hier werden Polymere in Flockenform zudosiert und, nachdem diese mit Schmutzpartikeln vollgesaugt sind, abgezogen.
Bei der vorliegenden Erfindung stand die Entwicklung eines Recyclingsystems für Wohnmobile im Vordergrund. Der Wohnmobilmarkt hat in den vergangenen Jahren stark zugenommen. Es wird die Freiheit, die ein Wohnmobil unter diversen Aspekten bietet, von der Kundschaft geschätzt. Insbesondere erfreut auch die Freiheit dahingehend, dass das Wohnmobil unabhängig von Wohnmobilstellplätzen oder Campingplätzen auch einmal abgestellt und beispielsweise für eine Nacht übernachtet werden kann. Dafür ist es jedoch wichtig, dass ausreichend Wasser mitgeführt werden kann, um die notwendigen Verrichtungen durchzuführen, d. h. die Toilette zu benutzen, zu duschen, sich zu waschen und gegebenenfalls auch Geschirr zu spülen. Zur Verringerung des Frischwasserbedarfs und damit der mitzuführenden Menge an Frischwasser in einem Wohnmobil wäre es deshalb wünschenswert, wenn anfallendes Abwasser aufgereinigt werden könnte zur erneuten Verwendung. Wie bereits eingangs erläutert, kommen für das Recyceln von Abwässern Toilettenabwasser nicht in Frage und Spülabwässer nur bedingt in Frage. Es wäre jedoch äußerst wünschenswert, wenn beispielsweise anfallendes Duschwasser gereinigt und aufbereitet werden könnte, so dass es erneut als Duschwasser verwendet werden könnte. Dies würde außerdem es möglich machen, dass auch verhältnismäßig lange, beispielsweise auch 10 Minuten, in einem Wohnmobil geduscht werden kann, ohne dass das Wasser verbraucht ist.
Es stellte sich jedoch bei der Umsetzung der bekannten Verfahren und Anlagen heraus, dass die in Duschabwasser enthaltenen Tenside aus dem Shampoo und der zum Waschen genutzten Seife Probleme bei der Aufbereitung machen. Wird das aufgereinigte Wasser wie bei der DE 10 2005 006 136 A1 nur zum Spülen der Toilette wieder genutzt, so ist es unerheblich, ob noch Tensidreste enthalten sind und somit das Spülwasser leicht schäumt. Beim Duschen und Händewaschen wird es jedoch als unangenehm empfunden, wenn das Wasser bereits schäumend aus der Leitung kommt. Der sich Duschende hat dann den Eindruck, dass er sich mit unsauberem Wasser wäscht.
Aufgabenstellung
Infolgedessen stellt die vorliegende Erfindung sich die Aufgabe, dass auch die in fäkalienfreien Haushaltsabwässern enthaltenen Tenside möglichst weitgehend entfernt werden und somit gereinigtes Wasser erhalten wird, das im Wesentlichen tensidfrei ist und das jedenfalls nicht schäumt, wenn es zum Duschen oder Händewaschen genutzt wird. Ferner sollen die in einem Haushalt entstehenden Abwässer möglichst gut recycelt werden, um Wasser zu sparen.
Erfindungsbeschreibung
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anlage nach Patentanspruch 1 und ein Verfahren nach Patentanspruch 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Anlage und das erfindungsgemäße Verfahren sind vorgesehen zum Reinigen von fäkalienfreiem und tensidhaltigem Haushaltsabwasser. Unter dem Begriff „Haushaltsabwasser“ werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Abwässer aus diversen Quellen, auch als Verbraucher bezeichnet, verstanden. Es ist von dem Begriff nicht nur der klassische Privathaushalt umfasst, sondern insbesondere auch ein mobiler Haushalt, beispielsweise in einem Wohnmobil, Wohnwagen oder auf einem Boot bzw. Schiff. Erweitert werden davon auch Abwässer aus Flugzeugen und auch aus größeren Einheiten wie beispielsweise Hotels, Kreuzfahrtschiffen oder ganzen Wohnanlagen eingeschlossen. Ausgenommen von der Definition sind jedoch Industrieabwässer, wie sie beispielsweise in produzierenden Betrieben anfallen.
Die aufzubereitenden Abwässer sind fäkalienfrei, d. h. Schwarzwasser, also Abwasser aus der Toilette, ist ausgenommen. Typischerweise wird es sich um Abwasser aus der Dusche, der Badewanne, von Handwaschbecken, aus Waschmaschinen handeln, also Grauwasser. Es zeigte sich jedoch, dass sich auch Abwasser aus Spülen und Spülmaschinen mit der vorliegenden Erfindung aufreinigen lässt, so dass auch derartige Abwässer in der vorliegenden Definition eingeschlossen sind. Aufbereitet werden somit Abwässer unterschiedlicher Verbraucher, vorausgesetzt es handelt sich um fäkalienfreies Abwasser.
Es sei angemerkt, dass die Zuordnung eines Abwassers als so gut recyclingfähig, dass es zum Duschen oder Baden wieder genutzt werden kann, in Bezug auf manche Abwässer von den jeweiligen Gegebenheiten abhängen kann. Abwässer aus der Dusche und aus der Badewanne sind in aller Regel nur gering tensidhaltig und ebenfalls tragen sie in der Regel nur eine geringe Schmutzfracht. Abwässer aus der Spüle und der Spülmaschine sind in aller Regel stark tensid- und fetthaltig und enthalten in der Regel recht hohe Schmutzlasten. Abwässer aus Waschmaschine und Handwaschbecken können in Abhängigkeit vom betroffenen Haushalt und dem dort erfolgenden Einsatz von Tensiden sowie der abzuwaschenden Schmutzfracht mal zu praktisch reinem Klarwasser aufgereinigt und entsprechend z. B. als Duschwasser genutzt werden oder sie sind als stärker verschmutztes Abwasser zu qualifizieren und entsprechend ist das gereinigte Klarwasser z. B. nur zum Spülen der Toilette zu nutzen. Infolgedessen ist eine exakte Einordnung des Abwassers eines Verbrauchers abhängig von den tatsächlichen Gegebenheiten.
Wie eingangs erläutert, zeigte es sich, dass die Elektroflotation alleine nicht ausreichte, um in dem zu reinigenden Abwasser enthaltene Tenside zu entfernen. Nach einer Vielzahl an Versuchen stellten die Erfinder überrascht fest, dass das Einbringen eines Gases, insbesondere von Luft und/oder von Ozon und insbesondere in feinblasiger Form, in Verbindung mit der elektrochemischen Behandlung es ermöglicht, die enthaltenen Tenside so weit zu entfernen, dass das erhaltene Klarwasser weitgehend tensidfrei ist, und jedenfalls nicht schäumt, wenn es den Duschkopf oder den Wasserhahn verlässt.
Bei der Elektroflotation wird Wasser gespalten. Der dabei entstehende Sauerstoff steigt als Gasbläschen auf und reagiert mit vorhandenen Schadstoffen in der flüssigen Phase und/oder lagert sich an nicht gelöste Bestandteile wie Schmutzpartikel an. Hierdurch wird die Flotation ermöglicht. Da bereits bei der Flotation Gas im Abwasser entsteht und somit im Abwasser bereits Gas vorhanden ist, war nicht davon auszugehen, dass weiteres Einbringen von Gas eine Verbesserung der Reinigungswirkung zur Folge haben könnte. Es wäre stattdessen davon auszugehen gewesen, dass nach einer anderen Behandlungsart zu suchen ist, um Tenside vollständig zu entfernen. Überraschenderweise stellte sich jedoch heraus, dass das Einbringen von Gas, unabhängig davon ob vor, innerhalb oder nach der Elektroflotationsstufe, die Tensidabreinigung stark verbessert, so stark, dass praktisch tensidfreies Klarwasser entsteht. Weder elektrochemische Behandlung alleine noch das Einbringen von Gas und anschließende Abschöpfen des Schaumes alleine, brachten den gewünschten Erfolg.
Mit der vorliegenden Erfindung wird fäkalienfreies und tensidhaltiges Haushaltsabwasser in keim- und geruchsfreies Klarwasser, das weitestgehend frei von waschaktiven Substanzen ist, überführt. Da es anschließend beispielsweise zum Duschen wieder verwendet werden kann, ergibt sich der Vorteil, dass pro Person jeweils ausreichend sauberes Wasser zum Duschen bereitsteht, ein Vorteil der sich insbesondere bei Wohnmobilen, Wohnwagen und Yachten, aber auch in Hotels und Kreuzfahrtschiffen vorteilhaft auswirkt.
Es ist von großem Vorteil, dass durch die vorliegende Erfindung zu transportierende Gesamtwassermengen reduziert werden. Da ein größerer Teil des Wassers im Umlauf ist und wieder aufbereitet wird, können sowohl die Frischwassermenge reduziert werden als auch die Abwassermenge. Entsprechend können Frischwassertank und Abwassertank in mobilen Einheiten entsprechend kleiner dimensioniert werden und/oder die Standzeiten können länger gehalten werden, ohne lästiges Nachfüllen des Frischwassertanks und/oder Entleeren des Abwassertanks.
Durch die getrennte Führung und Speicherung von sowohl Schmutzwasser aus unterschiedlichen Quellen, d.h. von unterschiedlichen Verbrauchern stammend, als auch Klarwasser aus unterschiedlichen Quellen ist das im System befindliche Wasser optimal nutzbar und wiederverwertbar. Stark schmutz- und tensidbelastetes Wasser kann aufgereinigt zum Spülen der Toilette genutzt werden, und nur wenig schmutz- und tensidbelastetes Wasser kann aufgereinigt zum Duschen, Händewaschen oder Spülen genutzt werden. Auf diese Weise lässt sich der Frischwasserverbrauch in einem Haushalt stark reduzieren.
Die Anlage und das Verfahren können im Umlauf, quasi „online“, betrieben werden, d. h. während eine Person duscht, erfolgt die Aufbereitung seines/ihres Duschwassers, das anschließend sofort wieder der Dusche zugeführt wird. Auf diese Art und Weise kann mit einer geringen Duschwassermenge, z. B. mit 10 Liter Wasser, eine im Grunde „unendliche“ Duschzeit bereitgestellt werden.
Alternativ dazu wird das Wasser nach der Aufbereitung in einem Klarwasserbehälter gespeichert und wird dann beim nächsten Duschvorgang genutzt. Das Schmutzwasser dieses nächsten Duschvorgangs wird bis zum Abschluss desselben in einem Schmutzwasserbehälter gesammelt und anschließend oder zu einem beliebigen Zeitpunkt, z. B. nachts, aufbereitet und dem Klarwasserbehälter wieder zugeführt. „Unendliche“ Duschzeiten sind auf diese Weise natürlich nicht möglich.
Selbstverständlich ist die Erfindung auch in stationären Haushalten, wie Privathaushalten, Wohnanlagen und Hotels, einsetzbar und von Vorteil. In vielen Teilen der Erde und auch in Europa wird mehr Grundwasser verbraucht als nachgebildet wird, so dass es sehr wünschenswert wäre, wenn Abwasser in größeren Mengen recycelt wird. Erfindungsgemäß sind mindestens zwei Schmutzwasserbehälter und mindestens zwei Klarwasserbehälter vorhanden. In jedem werden Abwässer und Klarwässer gebunkert, die von unterschiedlichen Verbrauchern stammen bzw. für unterschiedliche Verbraucher bestimmt sind. In dem einen Schmutzwasserbehälter wird dabei das aus Dusche und/oder Badewanne und/oder Waschmaschine stammende Abwasser aufgefangen und im anderen Schmutzwasserbehälter das aus dem Handwaschbecken und/oder der Spüle und/oder Spülmaschine stammende Schmutzwasser. Typischerweise ist Abwasser aus dem Handwaschbecken, der Spüle und der Spülmaschine stärker verschmutzt und oft auch sehr viel stärker tensidhaltig als Dusch- oder Badewasser und ggf. Waschmaschinenabwasser. Es werden deshalb diese Abwässer getrennt gehalten und getrennt aufgereinigt, denn Dusch- und Badewasser lässt sich problemloser aufbereiten und damit zu einer höheren Reinheit aufbereiten als das Abwasser aus Spüle etc.. Mit dem vorliegenden System lassen sich unterschiedliche Abwässer, stammend von unterschiedlichen Verbrauchern, in Abhängigkeit von ihrem Verschmutzungsgrad und ihrer Verschmutzungsart, getrennt lagern, getrennt aufreinigen und getrennt erneut benutzen und das mit größtmöglicher Flexibilität.
Wenn es der Haushalt erfordert, können auch mehr als zwei Schmutzwasser- und/oder mehr als zwei Klarwassertanks vorgesehen werden. Auf großen Schiffen oder auf Campingplätzen beispielweise kann es von Vorteil sein, wenn z. B. drei Arten an Schmutzwassertanks vorhanden sind, einer für Schmutzwasser aus den Duschen, ein zweiter für Schmutzwasser aus den Spülbecken und ein dritter für Schmutzwasser aus den Handwaschbecken und Waschmaschinen. In Abhängigkeit vom Verschmutzungsgrad, z. B. der Abwässer im dritten Schmutzwasserbehälter (Schmutzwasser aus dem Handwaschbecken), kann das nach dem Durchlaufen der Reinigungsstufen entstehende Klarwasser zum Duschen in den Duschwasser- Klarwasser-Behälter oder in den Toilettenspülwasser-Klarwasser-Behälter geführt werden.
Erfindungsgemäß wird Bade- und Duschabwasser auch nach der Reinigung in einem gesonderten Klarwasserbehälter gesammelt und entsprechend das stärker verschmutzte Abwasser aus Spüle etc. nach der Reinigung in einem weiteren gesonderten Klarwasserbehälter. Wasser aus dem zweiten Klarwasserbehälter, d. h. aufgereinigtes Dusch- und Badewasser, kann dann zum erneuten Duschen und Baden verwendet werden, wohingegen das Klarwasser aus dem ersten Klarwasserbehälter, d. h. gereinigtes Händewaschwasser, Spülwasser und Geschirrspülmaschinenabwasser, dagegen bevorzugt zum Spülen der Toilette verwendet wird.
Das Einbringen von Gas kann beispielsweise mit Hilfe eines Kompressors, einer Pumpe, einem Rührorgan oder, besonders bevorzugt mit einer Belüftermembrane, auch als Belüftungsmembrane bezeichnet, insbesondere mit einer Keramikbelüftermembrane erfolgen. Es stellte sich heraus, dass es besonders vorteilhaft ist, wenn das Gas möglichst feinblasig ist, um eine möglichst große Oberfläche bereitzustellen. Mit Keramikbelüftermembranen erzeugte feinblasige Gasblasen haben beispielsweise einen Durchmesser von ca. 50 - 100 pm.
Eine weitere Verbesserung bei der Tensidentfernung ergibt sich dadurch, dass in einer bevorzugten Ausgestaltung innerhalb der elektrochemischen Behandlungseinheit oder sich unmittelbar daran anschließend eine Beruhigungszone oder mehrere Beruhigungszonen existieren, in der/denen sich das gereinigte Wasser beruhigen kann, soweit dass es ausgeleitet werden kann. Beim Beruhigen werden noch möglicherweise vorhandene Gasbläschen, sowohl aus der Elektroflotation stammend als auch eingebracht in Form von feinen Blasen, hochsteigen und so noch möglicherweise vorhandene Tenside oder Schmutzstoffe mitnehmen. Die Beruhigungszone ist entsprechend im Bodenbereich der Elektroflotationsanlage angeordnet und über ein Schott abgetrennt.
Der abgetrennte, d. h. flotierte, Schaum, der beladen ist mit Tensiden, möglicherweise vorhandenen Schadstoffen und Schmutzpartikeln, wird als Abwasser behandelt und einem Abwassertank zugeführt bzw. gleich verworfen. In einem Wohnmobil beispielsweise könnte er wie aus der Toilette stammendes Schwarzwasser behandelt werden und einem gemeinsamen Abwassertank zugeführt werden.
Das Ableiten der flotierbaren Wasserinhaltsstoffe in den Abwassertank geschieht z. B. über eine Überlaufleitung. Diese kann zugleich auch als Zwangsentlüftung dienen bzw. eine solche aufweisen, um den freiwerdenden Wasserstoff aus der Elektroflotation und den Schaum nach außen zu leiten.
Vor dem Einleiten in den Abwassertank kann der Schaum zerstört werden, um eine Volumensverminderung herbeizuführen. Das Zerstören des Schaums kann beispielsweise durch Beschallen, durch chemische Antischaummittel, durch mechanische Verfahren, wie das Hindurchleiten durch ein schaumzerstörendes Gewebe oder Sieb, durch Abregnen oder Niederduschen mit einer entsprechenden Flüssigkeit erfolgen. Diese Schaumzerstöranlage ist bevorzugt in der Überlaufleitung angebracht.
Bei der erfindungsgemäßen Anlage können noch weitere Vorbehandlungs- und Nachbehandlungsstufen hinzukommen, wie beispielsweise verschiedene Filterstufen. Typischerweise wird sowohl eine Vorbehandlung durch einen Vorfilter oder Grobfilter als auch eine Nachbehandlung durch einen Nachfilter durchgeführt werden. Der Vorfilter oder Grobfilter filtert dabei überwiegend gröbere Partikel ab, der Nachfilter dient in der Regel dazu, noch vorhandene Feinstoffe abzutrennen. Entsprechend werden bevorzugt als Nachbehandlungsfiltereinheiten Sandfilter, Mikrofiltration, Nanofiltration, Ultrafiltration und Umkehrosmose eingesetzt. Als Vorfilter und Grobfilter kommen z. B. Siebe und Gewebe in Betracht.
Das durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Anlage erzeugte Klarwasser, auch als Betriebswasser zu bezeichnen, kann in einer Ausführungsform auch zum Rückspülen der Filteranlagen verwendet werden.
Mit dem erfindungsgemäßen System, und noch mehr mit dem System in den bevorzugten Ausführungsformen kann der Frischwasserbehälter, d. h. der Behälter, in welchem aus kommunalen Wasserleitungssystemen stammendes Wasser gebunkert wird, verhältnismäßig klein gehalten werden. Der überwiegende Teil des Wasserhaushalts, beispielsweise eines Wohnmobils oder einer Yacht, kann so über recyceltes Wasser gedeckt werden. Eine der Hauptproblematiken beim Reisen mit beispielsweise einer Yacht - das rechtzeitige Einbunkern von Wasser - wird dadurch wesentlich vereinfacht. Die Yacht kann somit sehr viel länger unterwegs sein, ohne erneut Wasser zuladen zu müssen, als wenn sie kein erfindungsgemäßes Recyclingsystem an Bord hätte.
Weiterhin kann, z. B. in einem Flugzeug, ein Wassermangel im Klarwassertank über eine Sensorik detektierbar sein, so dass, beispielsweise über eine elektronische Steuerung, ein darauffolgender Waschvorgang beim Handwaschbecken im Waschraum verlängert werden kann, bis dieser Wassermangel behoben ist. Es wird sozusagen durch erhöhten Verbrauch von Frischwasser absichtlich mehr Schmutzwasser und damit Klarwasser erzeugt.
Weiterhin können eine Grauwasservorlage und die Elektroflotationseinrichtung bodenseitig nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren miteinander verbunden sein. Die Elektroflotationseinrichtung und die Filtrationsstufe sind gemäß einem Ausführungsbeispiel oberflächenseitig nach dem Überlaufprinzip verbunden. Vom Schmutzwasserbehälter fließt das verschmutzte Wasser nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren in die Reinigung, d.h. in den Vorfilter, so vorhanden, oder direkt in die Elektroflotationsstufe.
Die Schichtdicke des erzeugten und abgezogenen Schaums, d. h. das Flotierte, kann beispielsweise durch eine optische Messung, beispielsweise in Form einer Lichtschranke oder in Form einer Ultraschallmessung, erfolgen. Um zu vermeiden, dass sich auf den anodischen Platten eine Aluminium- oder Eisenhydroxidschicht anlagert, werden diese in bestimmten Zeitintervallen umgepolt.
Der Füllstand der Flüssigkeitsbehälter - Schmutzwasserbehälter, Klarwasserbehälter, Frischwasserbehälter, Abwasserbehälter - wird bevorzugt überwacht, z. B. über einen Schwimmer oder über einen anderen Füllstandssensor. So kann z. B. bei Erreichen eines Füllmaximums im Klarwassertank für das Einspeisen in die Dusche durch einen entsprechenden auftreibenden Schwimmer ein Schwimmerventil geöffnet werden, wobei die überschüssige Flüssigkeit entweder in einen Klarwassertank, genauer den für das Spülen der Toilette, überführt wird oder dem Abwasserbehälter zugeführt wird.
Figurenkurzbeschreibung
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert und beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Haushaltsabwasser- Recyclingsystems und
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Haushaltsabwasser- Recyclingsystems.
Figurenbeschreibung
Die Figur 1 zeigt ein Abwasserreinigungssystem, das beispielsweise in einem Wohnmobil oder einer Yacht realisiert werden könnte. Es sind zwei Schmutzwasserbehälter vorhanden, ein Duschschmutzwassertank 1 und ein allgemeiner Schmutzwassertank 21. In den Duschschmutzwassertank 1 gelangt Abwasser aus der Dusche 25. Dem Schmutzwassertank 21 werden Abwässer aus einem Waschbecken 15 und einem Spülbecken 13 zugeführt.
Das Schmutzwasser aus beiden Schmutzwasserbehältern 1 und 21 ist einem Vorfilter 2 zuführbar. Die Abwässer aus den beiden Schmutzwasserbehältern 1 und 21 können dabei vereinigt dem Vorfilter 2 zugeführt werden oder können getrennt gehalten werden und jeweils getrennt durch die Reinigungsstufen hindurchgeführt werden. Im Vorfilter 2 werden gröbere Schmutzpartikel und andere gröbere Substanzen im Abwasser wie z. B. Haare abgetrennt. Nachdem das Abwasser den Vorfilter 2 durchlaufen hat, wird es einer elektrochemischen Behandlungseinheit 3 zugeführt. Auf dem Weg dahin können bei Bedarf noch Chemikalien zudosiert werden, wie beispielsweise Chemikalien zur Wasseraufbereitung und Spaltmittel. Die Chemikaliendosiereinheit ist mit dem Bezugszeichen 19 kenntlich gemacht.
Die elektrochemische Behandlungseinheit 3 ist in der Ausführung der Figur 1 mit Plattenelektroden 16 ausgestattet. Die Plattenelektroden sind parallel zueinander ausgerichtet.
In der elektrochemischen Behandlungseinheit 3 wird über eine Belüftungsmembrane 14 Gas in feinblasiger Form eingebracht. Als Gas kann beispielsweise Ozon aus einer Ozonbelüftung 11 verwendet werden. Ozon ist ein starkes Oxidationsmittel, so dass möglicherweise enthaltene Keime abgetötet werden. Außerdem wird dadurch z. B. Eisen, Mangan und organische Substanz oxidiert. Alternativ dazu oder gleichzeitig kann Luft als Gas für das Einbringen von Gas verwendet werden, bezeichnet durch das Bezugszeichen 12.
Wie ersichtlich, ist in der bevorzugten Ausführungsform die Einheit zum Einbringen von Gas innerhalb der elektrochemischen Behandlungseinheit 3 angeordnet, nämlich die Belüftungsmembran 14. Es ist jedoch auch möglich, dass im Leitungssystem, das unmittelbar in die elektrochemische Behandlungseinheit hineinführt, d. h. zwischen Chemikaliendosierung 19 und elektrochemischer Behandlungseinheit 3 oder in der Zuleitung noch vor der Chemikaliendosierung 19, die Luft feinblasig eingebracht wird.
In der elektrochemischen Behandlungseinheit 3 entsteht Schaum, sowohl durch die Elektroflotation selbst als auch durch die feinen Gasblasen, wie angedeutet in Figur 1. Der Schaum wird über eine Schaumkomprimierung 17 komprimiert und über eine Überlaufleitung 7 abgeführt und einem Abwassertank 9 zugeführt.
In Figur 1 ist ebenfalls eine Beruhigungszone 18 eingetragen, in welcher das Wasser vor der Ausleitung aus der elektrochemischen Behandlungseinheit 3 gesammelt wird und sich beruhigen kann, so dass möglicherweise noch enthaltenes Gas austritt und Schaum nach oben steigt. Die Beruhigungszone 18 ist über ein Schott von dem übrigen Innenraum der elektrochemischen Behandlungseinheit 3 abgetrennt. Wasser tritt in diese Beruhigungszone 18 folglich von unten her ein, ganz in Bodennähe der elektrochemischen Behandlungseinheit 3.
Eine automatische Niveauanhebung 27 dient zur und verbessert die Schaumausschleusung.
In der elektrochemischen Behandlungseinheit gereinigtes Wasser wird abschließend einem Feinfilter 4, beispielsweise einem Sandfilter oder einer Mikrofiltrationseinheit, zugeführt und einem Aktivkohlefilter 5. Abschließend wird das gereinigte Wasser einem der beiden Klarwasserbehälter oder beiden zugeführt, nämlich dem Klarwassertank 6 oder dem Toilettenklarwassertank 22. Aus dem Klarwassertank 6 wird beispielsweise die Dusche 25 gespeist oder aber auch ein separater Wasserhahn 23 der Spüle 13, um beispielsweise Geschirr vorzureinigen. Wasser aus dem Toilettenklarwassertank 22 wird der Toilettenspülung 24 mit Hilfe eines Druckzylinders 10 zugeführt.
Es ist ersichtlich, dass die beiden Schmutzwasserbehälter 1 und 21 sowie die beiden Klarwasserbehälter 6 und 22 getrennt behandelt werden können. So kann beispielsweise das Schmutzwasser aus dem Duschschmutzwassertank 1 durch die Reinigungsstufen hindurchgeführt und dem Klarwassertank 6 oder dem Toilettenklarwassertank 22 zugeführt werden. Dasselbe trifft auf Abwasser aus dem zweiten Schmutzwassertank 22 zu.
In Bedarfsfall kann aus einem Frischwassertank 20 Frischwasser unmittelbar genutzt werden, beispielsweise auch zum Duschen oder zum Spülen. Darüber hinaus können auch die Klarwassertanks 6 und 22 im Bedarfsfall durch Frischwasser aus dem Frischwassertank 20 aufgefüllt werden.
Filteranlagen können vorzugsweise rückgespült werden, um beim Filtrationsvorgang anhaftende Rückstände abzulösen und so die Filtrationsleitung wiederherzustellen. Hierfür ist eine Rückspülleitung 8 vorgesehen, so dass aufbereitetes Klarwasser zum Rückspülen genutzt werden kann, beispielsweise zum Rückspülen des Aktivkohlefilters 5. Alternativ dazu kann auch mit Frischwasser aus dem Frischwassertank 20 rückgespült werden.
Im Abwassertank 9 wird Schaum aus der Überlaufleitung 7 gesammelt. Darüber hinaus kann auch im Schmutzwassertank 21 gesammeltes Abwasser, d. h. Spülbeckenabwasser und Handwaschbeckenabwasser, direkt in den Abwassertank 9 überführt werden, wenn beispielsweise vorübergehend starke Schmutzfrachten enthalten sind.
In einer bevorzugten Ausführung gestaltet sich ein Duschvorgang zweiteilig. Zunächst wird mit Wasser aus dem Klarwassertank 6 geduscht, d. h. der Köper befeuchtet. Nach dem Einseifen wird weiterhin mit Wasser aus dem Klarwassertank 6 die Seife abgespült und abschließend wird mit Frischwasser aus dem Frischwassertank 22 nachgespült.
Die Toilettenspülung 24 hat bevorzugt Feindüsen. Versorgt wird sie mit Klarwasser aus dem Toilettenklarwasser 22 mit Hilfe eines Druckzylinders 10, insbesondere mit einem Hochdruckzylinder oder mit einer Wasserpumpe.
Die elektrochemische Behandlungseinheit 3 umfasst eine umpolbare Gleichspannungsquelle. Diese kann zeit- oder zustandsgesteuert umgepolt werden, um eine Anlagerung von Hydroxiden an den Elektroden 16 zu verhindern. Eine Umpolung dient auch dazu, um eine gleichmäßige Abnutzung der Elektroden 16, also von Anoden und Kathoden, zu gewährleisten.
Die elektrochemische Behandlungseinheit 3 ist im oberen Bereich gekapselt, d. h. mit einer Abdeckung 26 versehen.
Die Elektroflotationsstufe kann auch Oxidationsmittel umfassen, durch welche freie Wasserstoffmoleküle innerhalb der Abwasseraufbereitung zu Wasser oxidiert werden. Es ist auch möglich, den frei gewordenen Wasserstoff über einen katalytischen Umsetzer mit Luftsauerstoff zu Wasser umzusetzen, wobei der Luftsauerstoff über eine Belüftung, z. B. über die Überlaufleitung in das System gelangt.
In Figur 2 ist eine alternative Ausführungsform eines Haushaltsabwasser-Reinigungssystems schematisch dargestellt.
Es sind zwei Schmutzwassertanks vorhanden - ein erster Schmutzwassertank 121 , in dem Abwasser aus einem Waschbecken 115 und einer Spüle 113 gesammelt wird und ein zweiter Schmutzwassertank 101 , auch Duschschmutzwassertank genannt, in dem Abwasser aus der Dusche 125 gesammelt wird.
Es ist noch ein weiterer Abwassertank vorgesehen, der Abwassertank 109, in welchem das zu verwerfende Abwasser gesammelt wird, z. B. Toilettenabwasser. Abwasser aus dem ersten Schmutzwassertank 121 kann sowohl gereinigt als auch verworfen werden. In letzterem Fall wird es dem Abwassertank 109 zugeführt.
Zu reinigendes Abwasser, z. B. aus dem zweiten Schmutzwassertank 101 , wird zunächst über einen Grobfilter 130 geführt. Dort werden grobe Schmutzstoffe wie Sand oder Haare entfernt. Anschließend gelangt es mit Hilfe einer Pumpe P1 in die elektrochemische Behandlungseinheit 103, wo die Elektroflotation durchgeführt wird.
Die Pumpe P1 ist in einem Behälter 131 angeordnet. Darin wird das Schmutzwasser zwischengespeichert und von dort mit der Pumpe P1 der ersten der beiden röhrenförmigen elektrochemischen Behandlungseinheiten 103 zugeführt. Der Behälter 131 hat Pufferfunktion. Ist das System ausgeschaltet, kommt zu viel Schmutzwasser an oder bringt die Anlage zu wenig Leistung, dann läuft dieser Puffer über und es gelangt ohne Behandlung direkt in den Abwassertank 109. So kann bei z. B. Störfällen an der Anlage sichergestellt werden, dass weiter störungsfrei geduscht werden kann.
In der Ausführung der Figur 2 werden als elektrochemische Behandlungseinheiten 103 Röhrenaggregate verwendet, die mit einer Abdeckung 126 jeweils abgedeckt sind. Röhrenförmige Elektroden 116 haben den Vorteil, dass sie gegenüber Plattenelektroden bei gleicher Reaktionsfläche einen geringeren Platzbedarf haben - ein Vorteil, der sich v. a. bei Wohnmobilen, Wohnwägen, Flugzeugen oder Yachten bemerkbar macht. In der Ausführung der Figur 2 sind zwei Röhrenaggregate hintereinander geschaltet.
Nach dem Durchlaufen der elektrochemischen Behandlungseinheit gelangt das aufzubereitende Abwasser in einen Entspannungsbehälter 128. Dort wird eine Entspannungsflotation durchgeführt. Hierfür wird Gas über eine Belüftungsmembran 114 eingeleitet. Vorliegend kann sowohl Ozon über eine Ozonbelüftung 11 1 als auch Luft über eine Einheit zum Lufteinbringen 1 12 eingeleitet werden. Ozon und Luft können sowohl jeweils gesondert als auch kombiniert eingebracht werden. Welches Gas verwendet werden soll, hängt vom aufzureinigenden Abwasser ab und wird der Fachmann durch einfache Versuche einfach feststellen können.
Im Entspannungsbehälter können auch Chemikalien zudosiert werden mit Hilfe der Chemikaliendosiereinheit 119, so erforderlich.
Bei der Entspannungsflotation im Entspannungsbehälter 128 werden in der Elektroflotation gefällte oder z. B. an während der Elektroflotation erzeugte Sauerstoff- oder Wasserstoffbläschen gebundene Bestandteile des Abwassers, z. B. Tenside, angereichert und über eine Schaumkomprimierung 1 17 gesammelt. Schmutzfrachttragende Flocken und Partikel sammeln sich auf diese Weise im oberen Bereich des Behälters 128, da die Flocken und Partikel durch die Anlagerung von Gasblasen im Wasser aufsteigen. Entsprechend verbleibt im unteren Bereich des Behälters, unterhalb der Belüftungsmembrane 1 14, als Beruhigungszone 118 bezeichnet, gereinigtes Klarwasser. Der gesammelte Schaum wird über eine Überlaufleitung 107 abgezogen und durch einen Schaumvernichter 129 hindurch geführt. Dort wird der Schaum zerstört, z. B. mittels Beschallung oder mit Hilfe von Chemikalien. Anschließend gelangt der abgetrennte Teil des gereinigten Schmutzwassers in den Abwassertank 109. Das gereinigte Wasser, das im unteren Bereich des Entspannungsbehälters 128 abgezogen wird, wird in der vorliegenden Ausführung abschließend über drei Filtersysteme hinweggeführt, wo das Wasser weiter aufgereinigt wird. Die einzelnen Filterstufen werden dabei zunehmend feiner. Zunächst gelangt das in den beiden Flotationsstufen gereinigte Wasser in einen Vorfilter 102, dann in einen Aktivkohlefilter 105 und abschließend in einen Feinfilter 104.
Anstelle der weiteren Aufreinigung kann das in den beiden Flotationsstufen grundgereinigte Wasser auch ausgeleitet werden, indem es über ein entsprechendes Ventil, vorliegend V2, mit Hilfe einer Pumpe P2 in den Abwassertank 109 gepumpt wird.
Das alle Reinigungsstufen durchlaufene Klarwasser wird nach der letzten Reinigungsstufe entweder dem Toilettenklarwassertank 122 zugeführt oder wird unmittelbar dem Duschsystem zugeführt - entweder indem es in einem Klarwassertank 106 gebunkert wird oder indem es direkt der Dusche 125 zugeführt wird. Entsprechende Ventile V7, V3, V4 und V5 sorgen für die gewünschte Zuleitung.
Es ist ferner an der Spüle 113 ein gesonderter Wasserhahn 123 vorgesehen, welchem in dem System gereinigtes Klarwasser zugeführt werden kann. So kann recyceltes Wasser z. B. zum Vorspülen von Geschirr, Besteck und Töpfen genutzt werden, oder es kann z. B. als Putzwasser genutzt werden.
Im Toilettenklarwassertank 122 gebunkertes Wasser wird zum Spülen der Toilette 124 genutzt. In mobilen Systemen ist dafür ein Druckzylinder 110 vorgesehen, der das Wasser wassersparend in der Toilette 124 versprüht.
Es ist überdies noch ein Frischwassertank 120 vorgesehen. Sollte nicht genügend recyceltes Klarwasser vorhanden sein oder z. B. zum Abschluss eines Duschvorgangs, kann der Dusche 125 Frischwasser aus dem Frischwassertank 120 zugeführt werden.
Über eine Rückspülleitung 108 kann Frischwasser aus dem Frischwassertank 120 oder Klarwasser aus dem Klarwassertank 106 genutzt werden, um die Anlage rückzuspülen, insbesondere die drei Filterstufen 102, 104 und 105.
Erfindungsgemäß sind zwei Schmutzwassertanks vorhanden, versehen mit den Bezugszeichen 121 und 101. Dies ermöglicht es, dass unterschiedliche Abwässer getrennt gehalten und getrennt aufgereinigt werden können. Darüber hinaus sind auch zwei Klarwassertanks vorhanden, Bezugszeichen 106 und 122, wodurch Klarwasser unterschiedlicher Herkunft getrennt gehalten und getrennt verwendet werden kann. In einer bevorzugten Ausführung wird Abwasser aus Handwaschbecken 1 15 und Spülbecken 1 13 im Schmutzwassertank 121 gelagert. Nach dessen Aufbereitung mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Systems wird das entstandene Klarwasser typischerweise in dem Toilettenklarwassertank 122 gelagert und zur Spülung der Toilette 124 genutzt werden. Abwasser aus der Spüle und dem Handwaschbecken ist selbst nach Durchlaufen sämtlicher Reinigungsstufen möglicherweise nicht ganz sauber, so dass es zum Duschen oder Baden ungeeignet ist. Selbiges trifft beispielsweise auch für Abwässer aus der Spülmaschine zu. Anders Abwässer aus der Dusche, gesammelt im Schmutzwassertank 101. Diese lassen sich so gut aufreinigen, da sie verhältnismäßig gering verschmutzt sind, dass sie anschließend zum Duschen wieder genutzt werden können. Entsprechend wird Dusch-Abwasser, welches die Anlage durchlaufen hat, im Klarwassertank 106 gesammelt und daraufhin der Dusche 125 erneut zugeführt oder es wird der Dusche 125 direkt zugeführt. Das Vorstehende gilt auch für Badewasser, das in aller Regel nur sehr geringfügig verschmutzt ist.
In der schematischen Darstellung sind auch einige Ventile und Pumpen eingetragen und entsprechend bezeichnet als P1 , P2 etc. und V1 , V2 etc..
Eine noch größere Unabhängigkeit von kommunalen Anlagen ergibt sich dadurch, dass in einer weiteren bevorzugten Ausführung, die jedoch nicht zeichnerisch dargestellt ist, See- oder Flusswasser angesaugt werden kann und durch die Abwasserreinigung hindurchgeführt werden kann. Hierfür würde beispielsweise ein weiterer separater Schmutzwasserbehälter vorgesehen. Auch Regenwasser ließe sich so aufbereiten und als Betriebswasser, beispielsweise zum Duschen oder für die Toilettenspülung nutzen.
Bezugszeichenliste
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Claims

Patentansprüche:
1. Anlage zum Reinigen von fäkalienfreiem und tensidhaltigem Haushaltsabwasser, insbesondere Grauwasser und Küchenabwasser, insbesondere zum Einbau in eine mobile Wohneinheit, wie einen Wohnwagen oder ein Wohnmobil, oder in ein Wasserfahrzeug,
wobei die Anlage eine elektrochemische Behandlungseinheit (3, 103) und eine Vorrichtung zum Einbringen von Gas (1 1 , 12, 14, 1 1 1 , 1 12, 1 14), insbesondere Luft und/oder Ozon, aufweist, wobei die Anlage Folgendes umfasst:
• zumindest einen Schmutzwasserbehälter (1 , 21 , 101 , 121 ), in welchem das zu reinigende Haushaltsabwasser gesammelt wird;
• zumindest einen Abwassertank (9, 109), in welchem zu verwerfende Komponenten des Haushaltsabwassers gesammelt werden;
• zumindest einen Klarwasserbehälter (6, 22, 106, 122), in welchem das gereinigte Haushaltsabwasser gesammelt wird, und
• Leitungen, welche die Vorgenannten untereinander verbinden,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest zwei Schmutzwasserbehälter vorhanden sind, wobei einem ersten Schmutzwasserbehälter (21 , 121 ) zu reinigendes Haushaltsabwasser aus zumindest einem ersten Verbraucher, wie einer Spüle (13, 1 13), einem Handwaschbecken (15, 1 15) und/oder einer Geschirrspülmaschine, zuführbar ist und wobei einem zweiten Schmutzwasserbehälter (1 , 101 ) zu reinigendes Haushaltsabwasser aus zumindest einem zweiten Verbraucher, wie einer Dusche (25, 125), einer Badewanne und/oder einer Waschmaschine, zuführbar ist,
und dass zumindest zwei Klarwasserbehälter vorhanden sind, wobei einem ersten Klarwasserbehälter (22, 122) das aus dem ersten Schmutzwasserbehälter stammende und gereinigte Haushaltsabwasser zuführbar ist, und wobei einem zweiten Klarwasserbehälter (6, 106) das aus dem zweiten Schmutzwasserbehälter stammende und gereinigte Haushaltsabwasser zuführbar ist.
2. Anlage nach Patentanspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Einbringen von Gas (1 1 , 12, 14) vor oder innerhalb der elektrochemischen Behandlungseinheit (3) angeordnet ist.
3. Anlage nach Patentanspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemische Behandlungseinheit (3, 103) einen Überlauf (7, 107) aufweist, über welchen Schaum aus der elektrochemischen Behandlungseinheit und Schaum, der durch das Einbringen von Gas entsteht, abführbar ist.
4. Anlage nach Patentanspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Einbringen von Gas (1 11 , 1 12, 114) nach der elektrochemischen Behandlungseinheit (103) angeordnet ist.
5. Anlage nach einem der vorstehenden Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Einbringen von Gas (11 , 12, 14, 111 , 112, 1 14) eine Belüftungsmembrane (14, 1 14), insbesondere eine Keramikbelüftungsmembrane, aufweist.
6. Anlage nach einem der vorstehenden Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der elektrochemischen Behandlungseinheit (3, 103) oder sich an jene anschließend eine Beruhigungszone (18, 1 18) angeordnet ist, durch welche elektrochemisch behandeltes Haushaltsabwasser vor einem Ausleiten durch einen Klarwasserablauf hindurchführbar ist, wobei insbesondere die Beruhigungszone sich in einem bodennahmen Bereich der elektrochemischen Behandlungseinheit befindet, so dass in dieser vorhandener Schaum nicht in den Klarwasserablauf gelangt.
7. Anlage nach einem der vorstehenden Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der folgenden Filtereinheiten vorhanden ist: ein Grobfilter (130), ein Vorfilter (2, 102), ein Nachbehandlungsfilter, insbesondere ein Feinfilter (4, 104), ein Aktivkohlefilter (5, 105).
8. Anlage nach Patentanspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zum Rückspülen (8, 108) des Grobfilters (130), des Vorfilters (2, 102) und/oder des Nachbehandlungsfilters (4, 104) und/oder des Aktivkohlefilters (5, 105) vorhanden ist, wobei insbesondere aufbereitetes Klarwasser aus dem zweiten Klarwassertank (6, 106) für das Rückspülen nutzbar ist.
9. Anlage nach einem der vorstehenden Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass als elektrochemische Behandlungseinheit (3, 103) ein Plattenreaktor oder ein Rohrreaktor vorgesehen sind.
10. Anlage nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Klarwasserbehälter (22, 122) mit einer Spülung der Toilette (24, 124) verbunden ist und dass der zweite Klarwasserbehälter (6, 106) mit der Dusche (25, 125), dem Handwaschbecken (15, 115), der Waschmaschine und/oder der Spüle (13, 1 13) verbunden ist.
11. Verfahren zum Reinigen von fäkalienfreiem und tensidhaltigem Haushaltsabwasser, insbesondere Grauwasser und Küchenabwasser,
wobei das Haushaltsabwasser einer elektrochemischen Behandlungsstufe (3, 103) zugeführt wird,
und wobei ein Gas, insbesondere Luft und/oder Ozon, in das zu reinigende Haushaltsabwasser eingebracht wird, so dass die enthaltenen Tenside aufgeschäumt und abgeschieden werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
zu reinigende Haushaltsabwässer getrennt behandelt werden,
indem zumindest zwei Schmutzwasserbehälter vorhanden sind, wobei einem ersten Schmutzwasserbehälter (21 , 121 ) zu reinigendes Haushaltsabwasser aus zumindest einem ersten Verbraucher, wie einer Spüle (13, 113), einem Handwaschbecken (15, 115) und/oder einer Geschirrspülmaschine, zugeführt wird und wobei einem zweiten Schmutzwasserbehälter (1 , 101 ) zu reinigendes Haushaltsabwasser aus zumindest einem zweiten Verbraucher, wie einer Dusche (25, 125), einer Badewanne und/oder einer Waschmaschine, zugeführt wird,
und indem zwei Klarwasserbehälter vorhanden sind, wobei einem ersten Klarwasserbehälter (22, 122) das aus dem ersten Schmutzwasserbehälter stammende und gereinigte Haushaltsabwasser zugeführt wird, und wobei einem zweiten Klarwasserbehälter (6, 106) das aus dem zweiten Schmutzwasserbehälter stammende und gereinigte Haushaltsabwasser zugeführt wird.
12. Verfahren nach Patentanspruch 11 ,
dadurch gekennzeichnet, dass Schaum und bei der elektrochemischen Behandlungsstufe (3, 103) entstehender Wasserstoff über eine Überlaufleitung (7, 107) abgeleitet werden, wobei der Schaum insbesondere in einen Abwassertank (9, 109) geleitet wird.
13. Verfahren nach Patentanspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass der entstehende Schaum vor Einleiten in den Abwassertank (9, 109) zerstört wird, insbesondere durch Beschallen, mit Hilfe einer schaumzerstörenden Chemikalie, durch Hindurchleiten durch ein schaumzerstörendes Gewebe und/oder durch Niederduschen mit einer Flüssigkeit, wobei die Zerstörung des Schaums bevorzugt in der Überlaufleitung (7, 107) erfolgt.
14. Verfahren nach einem der Patentansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gas mit Hilfe eines Kompressors, einer Pumpe, einer Belüftungsmembrane (14, 114), einem Rührorgan oder einer Keramikmembrane eingebracht wird, wobei insbesondere ein feinblasiges Gas erzeugt und eingebracht wird.
15. Verfahren nach einem der Patentansprüche 11 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gas innerhalb der elektrochemischen Behandlungsstufe (3) über eine dort befindliche Belüftungsmembrane (14), insbesondere eine Keramikbelüftungsmembrane, eingebracht wird.
16. Verfahren nach einem der Patentansprüche 11 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gas im Anschluss an die elektrochemische Behandlungsstufe (103) in einem Entspannungsbehälter (128) eingebracht wird.
17. Verfahren nach einem der Patentansprüche 11 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, dass der elektrochemischen Behandlungsstufe (3, 103) Oxidationsmittel zugeführt werden.
18. Verfahren nach einem der Patentansprüche 11 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass das durch die elektrochemische Behandlungsstufe (3, 103) aufbereitete Haushaltsabwasser vor dem Einleiten in einen Klarwassertank (6, 22, 106, 122) und/oder vor dem erneuten Verwenden, insbesondere zum Duschen oder zum Spülen einer Toilette, über einen Aktivkohlefilter (5, 105) und/oder eine andere Nachbehandlungsfiltereinheit, wie z. B. einen Feinfilter (4, 104), geführt und weiter gereinigt wird, wobei es sich insbesondere um zumindest eine der folgenden Filtereinheiten handelt: ein Sandfilter, eine Mikrofiltrationseinheit, eine Einheit zur Nanofiltration, eine Einheit zur Ultrafiltration und eine Umkehrosmoseeinheit,.
19. Verfahren nach einem der Patentansprüche 11 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, dass das Haushaltsabwasser vor dem Einleiten in die elektrochemische Behandlungsstufe (3, 103) und/oder vor dem Einbringen von Gas durch einen Vorfilter (2, 102) oder durch einen Grobfilter (130) geführt wird, insbesondere zum Abtrennen von größeren Partikeln wie Schmutzpartikeln und Haaren.
20. Verfahren nach einem der Patentansprüche 11 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, dass Chemikalien zur Wasseraufbereitung und Spaltmittel zudosiert werden, insbesondere vor Eintritt in die elektrochemische Behandlungsstufe (3, 103) oder vor Eintritt in den Entspannungsbehälter (128).
21. Verfahren nach einem der Patentansprüche 11 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivkohlefilter (5, 105), die
Nachbehandlungsfiltereinheit (4, 104), der Grobfilter (130) und/oder der Vorfilter (2, 102) rückgespült werden, insbesondere unter Verwendung des gereinigten
Haushaltsabwassers.
22. Verfahren nach einem der Patentansprüche 11 bis 21 ,
dadurch gekennzeichnet, dass Klarwasser aus dem ersten Klarwasserbehälter (22, 122) zum Spülen von einer Toilette (24, 124) bereitgestellt wird, wohingegen Klarwasser aus dem zweiten Klarwasserbehälter (6, 106) zum Duschen, Händewaschen, Reinigen von Wäsche und/oder Spülen bereitgestellt wird.
23. Verfahren nach einem der Patentansprüche 11 bis 22,
dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemische Behandlungsstufe (3, 103) eine umpolbare Gleichspannungsquelle umfasst und zeit- und/oder zustandsgesteuert umpolbar ist, um Anlagerungen an Kathoden und/oder Anoden (16, 116) der elektrochemischen Behandlungsstufe (3, 103) zu verhindern und/oder um eine gleichmäßige Abnutzung der Kathoden und/oder Anoden zu erzielen.
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