WO2020038896A1 - Vorrichtung und verfahren zur gleichzeitigen biologischen reinigung von abwasser, insbesondere von abwasser mit biologisch abbaubarer belastung, und bereitstellung von gekühlter luft - Google Patents

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waste water
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Carsten Riechelmann
Christoph Banhardt
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Definitions

  • the present invention relates to a device for the biological purification of waste water, in particular waste water with a biodegradable load, and the provision of cooled air, its use and a method for the biological purification of waste water, in particular waste water with a biodegradable load, and the provision of cooled air ,
  • DEC Dessicant Evaporative Cooling
  • Evaporative systems or air conditioning systems are not designed to be operated with waste water.
  • indirect evaporative cooling systems such as the M-Cycle system from Coolerado
  • contamination by dust quickly leads to the evaporation compartment becoming blocked. From the state of the art, this compartment is designed too finely to be able to be operated with water outside of drinking water quality.
  • a device for the simultaneous biological purification of waste water, in particular waste water with a biodegradable load, and provision of cooled air comprising at least the following:
  • a container with an opening for air supply and an opening for air discharge;
  • At least one blower B provided at one of the openings for air supply and / or air discharge, in particular at the opening for air discharge of the container K, for generating an air flow through the container along the biofilm carrier and evaporation medium (BEM); and
  • At least one sprinkler system S provided above the biofilm carrier and evaporation medium (BEM) for applying the waste water to the biofilm carrier and evaporation medium (BEM).
  • a device is provided for the simultaneous biological purification of waste water, in particular waste water with a biodegradable load, and provision of cooled air; the device comprising at least the following:
  • At least one container with at least one flow guide arranged in the container for guiding an air flow through the container; wherein the at least one flow guide divides the interior of the container into at least a first and a second area; wherein in the first area at least one biofilm carrier and evaporation medium BEM, above the biofilm carrier and evaporation medium (BEM) at least one sprinkler system S for applying the waste water to the biofilm carrier and evaporation medium BEM and at least one opening for air supply are provided, the opening for Air supply is arranged in the first area above the sprinkler system S and the biofilm carrier and evaporation medium, at least one opening for air removal being provided in the second area, with at least one opening for air supply in the first area and / or at least one opening for Air discharge is provided in the second region of the container at least one blower for generating an air flow through the container along the biofilm carrier and evaporation medium BEM.
  • BEM biofilm carrier and evaporation medium
  • the present container is preferably designed as a vertical container, and has an upper end and a lower end with a bottom.
  • the at least one flow guiding means is designed as a wall, the wall ending above the bottom of the container, so that a space is formed between the bottom of the container and the lower end of the wall.
  • This arrangement of the flow guide serves to deflect the air flow in the container.
  • the air flow is guided from the air supply opening through the first area along the biofilm carrier and evaporation medium BEM to the tank bottom, redirected through the space between the tank bottom and flow guide means and further up in the second area to the air removal opening.
  • the air flow is guided through the container in a meandering manner, the air flow moving in counterflow to one another in the first and second regions of the container.
  • the opening for air supply is provided in the first area above the sprinkler system S and the biofilm carrier and evaporation medium; i.e. the air supply opening is provided at an upper end of the vertical container.
  • the one air discharge opening or also a plurality of air discharge openings in the second region can be provided at different positions in the second region of the container along the container wall.
  • An arrangement of the opening for air removal in the second region at the upper end of the vertical container is particularly preferred.
  • At least one first controllable control flap is provided in the at least one first area at the opening for air supply.
  • at least one second controllable control flap is likewise provided in the at least one second area. This second controllable control flap is preferably arranged in the lower part of the second area of the vertical container, in particular in the section in which the deflected air flow from the first area enters the second area. The first and second controllable control flaps enable controlled air flow control.
  • the present invention thus relates to a device and a method for providing cool air and biologically purified water.
  • the biological water treatment uses a variant of a pot body method (trickling filter) for the purification of the contaminated wastewater (especially gray water) and at the same time serves to air-condition the building by cooling it.
  • the invention sensibly combines water purification and air cooling through evaporation: both cooling and biologically purified water are provided in one process step.
  • the same construction with which the wastewater treatment is carried out also enables the evaporation cold to be used and, unlike conventional constructions, it does not react to dust, dirt and / or hard water.
  • the present The device can therefore be operated not only with drinking water or salt water, but rather with waste water, without having any negative effects on the product air flow.
  • the product water, which is not evaporated is significantly biologically cleaned.
  • the integrated cleaning of contaminated water takes place through a variation of a trickling filter process, the process involving the biological conversion of the ingredients by means of a biofilm.
  • the method preferably comprises the following steps: spraying or trickling the waste water to be treated with the aid of a spray device or outlet device over an evaporator packed with (biofilm) carrier material, (waste) water treatment taking place in the evaporator and simultaneous part vaporization of the waste water by air supply or Forced ventilation with a blower.
  • Drinking water up to wastewater with biodegradable pollution can be used as operating material, the latter being aerobically-treated.
  • the gray or waste water can be tapped from the house network or from industrial sub-streams and collected in a lower tank, from where the shaft is fed.
  • the present invention optimizes known trickling filter waste water treatment systems for direct water reuse for greening with synergistic use of the evaporation cooling effect.
  • Circulation of the wastewater via plastic strips hanging in a shaft and covered with aerobic biofilm enables the contact time required for biological cleaning with nitrification.
  • Widespread evaporation cooling systems accumulate dust on the water-wetted surfaces.
  • part of the water must always be discarded to prevent the crystallization of salts on these surfaces.
  • dust adhering to an air stream is not a problem, since it falls off together with the excess sludge and is separated off in the secondary clarification. If water is prepared and drawn off for reuse anyway, a partial flow can evaporate without reaching problematic salt concentrations.
  • the invention makes it possible to use the evaporating water which is to be regarded as a loss in the trickling filter during the water treatment. While evaporative cooling systems lead humidified air directly into the interior, this is not an option for the air previously in contact with waste water. On the contrary, the safe removal of the odor-contaminated exhaust air is an obstacle to the diffusion of the trickling filter process.
  • a synergy can be achieved generate through a shaft construction spanning the entire building height and a connection of compression refrigeration machines. The exhaust air can be discharged to the roof via its blower, while connected air conditioning systems receive a pre-cooled supply air and thus work more energy-efficiently. A technical ventilation of the trickling filter process prevents an insect attack.
  • the present invention makes it possible to extract water below drinking water quality, e.g. Use wastewater with biological contamination, if necessary after pre-screening and pre-clarification for evaporative cooling and at the same time treat the wastewater biologically, as well as collect the sludge by filtration and dry it out in the same air stream.
  • forced ventilation gives the process, e.g. Can be made possible by a blower, 3 advantages that the otherwise different processes combine: Firstly, the microorganisms and the biofilm are efficiently supplied with oxygen, the air is cooled by evaporative cooling and the sludge is dried and made more transportable.
  • the cooled air can be used to increase the efficiency of AC split units or to remove the entire cooling load within the Dessicant Evaporative Cooling process.
  • the energy saving for the building air conditioning ensures the same or more energy saving than the water purification requires and can therefore be regarded as self-sufficient. In very dry and warm times, the system can save even more energy.
  • At least one blower for generating an air flow through the container along the biofilm carrier and evaporation medium BEM is provided on the at least one air supply opening in the first region and / or on the at least one air discharge opening in the second region of the container.
  • the fan for forced ventilation is preferably attached to the air outlet or to the air discharge opening of the container, in particular the second container region, and generates an underpressure in the container or shaft. This prevents air contaminated with wastewater from leaving the container before reaching the air outlet and causing olfactory disturbances to the surroundings.
  • the cooled air is drawn in and can be used, e.g. B. for cooling the condensation side of a conventional compression refrigeration cycle or via an air-air heat exchanger.
  • the blower can also be provided on the at least one air supply opening in the first region.
  • the fan supports the air flow along the biofilm carrier and evaporation medium.
  • a fan is provided in each case on the at least one air supply opening in the first region and on the at least one air discharge opening in the second region of the container.
  • the water led through the container is collected in a receiving container (provided below the container) and circulated with a pump.
  • a receiving container provided below the container
  • Various valves provided in the device e.g. a controlled three-way valve, serves a sequential system operation in order to specifically collect clean water after the treatment by pre-clarification and biological treatment in the storage and clarification tank.
  • the biologically cleaned wastewater is from a clarifier for further use, e.g. B. for watering plants.
  • organic sludge can form.
  • This bio-sludge can accumulate at the bottom of the receptacle and can be periodically removed from the system from there via drain valves connected to the sewage system.
  • particulate contamination and the biological treatment sludge that forms are separated off via at least one filter bag system; i.e. the biosludge that forms is separated off in at least one, preferably several, filters.
  • filters can be designed as filter bags.
  • the filter bags are preferably provided over the receptacle.
  • the filters can be dried and the dried sludge can be disposed of in a simple manner through the targeted air flow through the container and with the help of control flaps.
  • the present device has a number of advantages.
  • the device enables an increase in energy efficiency and the range of applications for building air conditioning by combining evaporative cooling and water purification, energy-efficient building air conditioning without drinking water consumption and biological wastewater treatment.
  • the dissolved organic components in the water are biodegraded and largely converted into undissolved, removable substances.
  • the facility is with a conventional pre- and post-clarification as well as other cleaning processes such as B. a disinfection, expandable.
  • B. a disinfection, expandable There is no risk of clogging, since biofilm carrier materials designed for wastewater are used, which also prevents the known risk of clogging of evaporative cooling systems due to dust.
  • the robust trickling filter technology used for wastewater treatment has no problems with dust or the risk of clogging like conventional evaporative cooling systems.
  • the accumulated material is simply removed from the system with the excess sludge in the secondary clarifier or through filters, without restricting its function.
  • the device also enables decentralized wastewater treatment, which can also be retrofitted to existing buildings.
  • the system represents a particularly flexible decentralized wastewater treatment system, since no construction pits are necessary and the system can be installed along an existing house wall without major construction measures.
  • the biofilm carrier and evaporation medium (BEM) located inside the housing or container shaft is wetted with the waste water.
  • the BEM is arranged along an air volume flow generated by the blower, which is cooled by the evaporation of the evaporation medium, while the biofilm simultaneously converts biodegradable substances within the waste water.
  • the biofilm carrier and evaporation medium comprises a plastic element, in particular made of polyvinyl chloride, polypropylene, polyethylene, polyurethane, PVDF or other suitable polymers.
  • the biofilm carrier and evaporation medium consists in particular of plastic strips that are attached to a grid frame.
  • the BEM can be clamped in the longitudinal direction in the shaft as a thin, soft film strip on a plastic or stainless steel holding grid.
  • the plastic strips of the biofilm carrier and evaporation medium (BEM) are arranged on the grid frame in an overlapping manner.
  • This clamping device is fastened inside the shaft at the upper and lower ends of the shaft construction and ensures the defined positioning of the BEM parallel to the longitudinal axis of the shaft.
  • Overlap, creation of niches or similar enable, on the one hand, an increase in the total area available for biofilm support vegetation in the shaft compared to the surface over which the flow flows.
  • the formation of ecological niches takes place through a lower shear load on the biofilm and slower drying out due to water retention through surface tension between the layers.
  • different types of microorganisms responsible for the treatment process develop than on the outer surfaces, which thus lead to a greater biodiversity and thus to a more stable treatment system.
  • Microorganisms living on the BEM carry out the biological degradation of the organic constituents dissolved in the wastewater and the nitrification of the ammonium.
  • the microorganisms take the usable dissolved and finely dispersed ingredients from the wastewater trickling through the BEM and convert them into biomass, which is continuously rinsed out of the BEM and processed in a downstream separation process, e.g. B. a clarifier is separated.
  • the BEM film strips must have a slight ripple in order to enable a non-uniform overlap. This is important in order to ensure the exchange of substances with waste water components and oxygen.
  • the distance between the holding strips and the construction of the entire holding frame is selected so that the lowest possible air flow resistance results in the shaft.
  • the support frame at the lower end of the shaft has a technical option to slightly pretension the BEM film strips so that they do not move due to the air flow and always allow unimpeded flow.
  • the BEM strips are dimensioned so that they can withstand both the tensile force of the clamping and the biofilm weight as well as the stress caused by the air flow.
  • the volume-related cleaning performance of the BEM depends on the size of the biofilm surface.
  • the BEM should have at least a specific surface area of approximately 200 m 2 / m 3 . Due to the fixation of biomass, the plastic elements are suitable, among other things, for the elimination of difficult-to-decompose waste water constituents, which can only be broken down by slowly growing, specialized microorganisms.
  • the container of the device has no further openings for air supply (than those listed above). This is important so that an air flow can be formed in the container.
  • the container material should also be opaque, otherwise algae will form on or in the biofilm carrier and evaporation medium (BEM).
  • BEM biofilm carrier and evaporation medium
  • the opening at the bottom of the shaft should be in relation to one if possible low pressure loss blower operation can be optimized. In winter operation, while no cooling, but still water treatment is required, this opening should be reduced while the fan is also running at a minimum speed. This can counteract water loss due to evaporation as well as possible frost problems.
  • the dimensions of the housing or container are flexible and depend on the geometric situation at the installation site. Since the waste water flows of a building are usually combined on the ground floor / basement and air conditioning systems are usually installed on the roof or on the facade, it makes sense to create the system over the entire height of the building.
  • the shaft construction can be made completely or only partially filled with BEM. The total length of the shaft is arbitrary, but must be optimized in view of the increasing flow resistance against which the blower has to work.
  • the fan extracts the air that is cooled in the shaft by evaporation isenthalpically at the upper opening.
  • the cooled air can be used to cool the condensation side of a compression refrigeration circuit or cool a secondary circuit via a heat exchanger.
  • the blower or fan speed is set by a variable speed using a suitable measurement and control technology. So there are humidity and temperature sensors at the air inlet and outlet. The air volume flow of the blower is controlled depending on the moisture saturation achieved and the outlet temperature.
  • the fan is set to a higher air volume flow at a very high temperature of the ambient air entering the housing. If, on the other hand, the ambient air temperature is low and there is no need for cooling, then the blower switches to the minimum speed, which still ensures adequate ventilation for the cleaning effect.
  • the device can be used in several modes.
  • the existing cooling requirement is a suitable control variable.
  • the fan is at the same time the fan of an existing recooler for air conditioning in the building. Whenever this is running, the shaft is forced-ventilated and the air flowing through the shaft and the recooler is cooled and this leads to a reduced power consumption of the compressor of the recooler.
  • a variable blower could always promote the air volume flow that is necessary to cool the air to the maximum isenthalpic.
  • a limitation of the blower output could be due to the required or existing amount of waste water must be given.
  • Other modes of operation such as continuous operation, living operation of the microorganisms, etc. are easy to implement.
  • the performance of the blower B is preferably adjustable in terms of temperature and humidity at the openings for air supply and air removal.
  • the blower contains an electric drive, which can be adjusted according to frequency.
  • the frequency is automatically set based on the parameters described above.
  • the measuring technology is the sensors, and the control is based on the frequency of the blower motor.
  • the dependencies of the control parameters volume flow / air humidity / outlet temperature are regulated.
  • Humidity-controlled fan operation In this case, a temperature / humidity sensor is provided at the inflow opening and another at the outflow opening. This optimizes the overflow of the biofilm carrier in such a way that the air is at a maximum humidity. However, the control must also have a second parameter that plays a role in the speed control: the desired air volume flow. Because if a lot of air is needed to cool an air conditioning system, the control should be adjustable so that it optimizes for the "largest possible amount with the greatest possible humidity". Case A: Small air volume flow required - fan runs slowly so that air humidity greater than 95% is reached. Case B: large air requirement required - fan runs as fast as possible to still at least z. B. 75% humidity and thus to achieve the greatest possible cooling for the large air volume flow.
  • the blower or fan speed can be optimized by an automatic driving style and a suitable measurement and control technology. So there are moisture and temperature sensors for the ambient air at the air supply opening, which are in direct contact with the product air. This controls the frequency and therefore the air volume flow of the fan. Thus, at a very high ambient temperature and / or low humidity of the ambient air entering the housing, the fan is set to a higher air volume flow. If, on the other hand, the ambient air temperature is low and there is no need for cooling, then the blower switches to the minimum speed, but so that drain water quality is still guaranteed by cleaning.
  • the air supply and air discharge can be regulated by controlling the described control flaps with a constantly running fan. This would be an advantage, for example, in the case of connecting a normal air conditioning system, since that Blowers for air movement, in this case the standard air conditioning blower, would not be regulated.
  • the present device is to be dimensioned such that the escaping air at the design point is at least 90% rel. Humidity is humidified.
  • the design point is the time of the highest cooling capacity requirement (in kW), e.g. the warmest day, the day with the highest sunshine or the day with the highest internal loads, or the time of the highest clarified wastewater demand.
  • the longer the shaft the greater the amount of air delivered (i.e. the cooling capacity provided).
  • the maximum size of the shaft depends on the maximum air volume flow (blower size) and the cooling capacity requirement.
  • the cooling capacity is limited by the flow velocity of the air in the shaft. It must be ensured that the air flow does not lead to detachment of the biofilm carrier.
  • Cooling capacity air volume flow * density * heat capacity of the air * maximum temperature difference at the time of design between air inlet (ambient air) and shaft air humidified to 90%
  • the capacity of the device according to the invention is variably adjustable and can be e.g. adapt to the circumstances at the customer.
  • Cross-sections can be adapted to the requirements of the base area of the shaft construction. On the one hand, care must be taken to ensure that there is sufficient biofilm area for biological treatment [ATV-DVWK-A 281] and, on the other hand, that there is sufficient cross-sectional area for low-loss airflow [v ⁇ 6m / s].
  • the length or the height of the container device depends on how strong the biological purification of the wastewater should be or how much wastewater should be evaporated. Both also depend on other parameters such as temperatures, wastewater constituents, freight history (fluctuations), air volume flow. The longer this part is, the higher the wastewater has to be transported and sprinkled on the BEM in a vertical system, thus using more energy. For this reason, it is desirable to keep the height of the BEM as low as possible within the shaft, but at the same time to provide the necessary surface for the biofilm and to avoid clogging and unnecessary pressure loss. If the available stand space in an urban context does not allow it, or because a combination with the function of an air shaft is possible, it can also be built higher.
  • the sprinkler system comprises a plurality of spray nozzles which enable the wastewater to be finely distributed via the biofilm carrier and evaporation medium (BEM).
  • the present device comprises at least one receptacle for the unpurified waste water and the waste water flowing through the biofilm carrier and evaporation medium (BEM).
  • the receptacle has a connection for the waste water to be cleaned.
  • the supply of the wastewater to be cleaned is controlled by at least one valve.
  • the receptacle also serves to hold the (now partially biologically cleaned) wastewater that flows through the BEM.
  • Bio sludge accumulates at the bottom of the container and is removed from the container. The removal of the organic sludge from the receptacle is controlled by another valve.
  • At least one pump for guiding the waste water, in particular from the receiving container is provided via at least one pressure line to the at least one sprinkler system.
  • the present device preferably comprises valves for sequential driving of the device. At least two valves are provided on the pressure line, with a valve at the lower end of the pressure line near the pump on the receptacle and a valve at the upper end of the pressure line near the sprinkler system for controlling the operating water from the receptacle to the sprinkler system or to the secondary clarifier.
  • the latter valve is preferably designed as a three-way valve.
  • the present device can also have at least one secondary clarifier for receiving cleaned waste water. Further organic sludge settles in the clarifier and the cleaned wastewater is separated. The biologically cleaned waste water is removed from the secondary clarifier for further use e.g. dissipated for watering plants. The sludge which settles in the secondary clarifier is discharged from the secondary clarifier via a line with at least one further valve e.g. drained into the sewage system.
  • the function of the biofilm carrier and evaporation medium is combined with at least one heat transfer system.
  • BEM and heat transfer system can be provided together in a container or separately in a separate container.
  • the combination enables the supply of a secondary cooling circuit.
  • One possibility is the use of an air-to-air heat exchanger in order to cool the supply air into a building using the device according to the invention or to embed it in a DEC (Dessicative and Evaporative Cooling) full air-conditioning system.
  • DEC Dessicative and Evaporative Cooling
  • the at least one heat transfer system consists of heat exchange mats, in particular capillary tube mats.
  • Capillary tube mats typically consist of plastic from at least one distributor tube, a collecting tube and flexible capillary tubes running between them.
  • a coolant or coolant is led through the capillary tubes, for example from a heat exchange system.
  • the coolant can be used to cool another liquid in the heat exchange system.
  • the at least one heat transfer system is preferably coupled to a heat exchange system, in particular a coolant circuit.
  • the adiabatically cooled air flows past the capillary tubes and cools down the cooling liquid that is carried inside the capillary tubes.
  • a simple combination of heat exchanger, which has sufficient corrosion resistance, and water treatment can be realized by the joint installation of capillary tube mats and biofilm carrier strips, whereby a closed fluid flow to be cooled can be cooled in the BEM area, which is cooled by evaporation.
  • a coolant or coolant is led through the capillary tubes, for example from a heat exchange system.
  • the coolant can be used to cool another circuit via a heat exchanger.
  • Capillary tube mats are just a special type of heat exchanger. Other heat exchangers can also be used. It is important that the heat exchangers used have a high resistance to waste water (corrosion, abrasion, etc.) and a high surface area for water purification and evaporation.
  • the present device enables a method for the simultaneous biological purification of waste water, in particular waste water with biodegradable, to be carried out Loading and providing cooled air using a device (described above) comprising the steps of:
  • the air flow and the waste water are preferably conducted in counterflow.
  • the method comprises the steps:
  • the air flow and the waste water are preferably conducted in cocurrent through the first container area.
  • the cooled air stream leaving the container is used to cool the condensation side of a compression refrigeration circuit or, after passing through an air-air heat exchanger, to cool another air stream to cool rooms.
  • a coolant of a heat exchange system is passed through the at least one heat transfer system, the coolant in the heat transfer system being cooled by the air flow passed through the container.
  • a drier and possibly already pre-cooled supply air (e.g. the exhaust air of a building) is used as the supply air for the BEM shaft. Due to the additionally reduced moisture content or pre-cooling, significantly lower air temperatures in the shaft can be achieved with this variant and complete building cooling loads can be dissipated.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a device for simultaneous biological
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a device for the simultaneous biological purification of waste water and provision of cooled air
  • FIG. 3 shows a third embodiment of a device for the simultaneous biological purification of waste water and provision of cooled air
  • Figure 4 A, B shows a fourth embodiment of a device for the simultaneous biological purification of waste water and provision of cooled air
  • FIG. 5 shows a fifth embodiment of a device for the simultaneous biological purification of waste water and provision of cooled air
  • FIG. 6 shows a sixth embodiment of a device for the simultaneous biological purification of waste water and provision of cooled air
  • FIG. 7 shows a seventh embodiment of a device for the simultaneous biological purification of waste water and provision of cooled air
  • FIG. 8 shows an eighth embodiment of the device for the simultaneous biological purification of waste water and provision of cooled air.
  • Figure 9 A, B shows a form of use of a device for simultaneous biological purification of waste water and provision of cooled air
  • Figure 1 shows a basic embodiment of the device according to the invention.
  • the basic components (housing K or container, sprinkler system S, biofilm carrier and evaporation medium BEM, blower B) are available to effect cooling of air and at the same time aerobic-biological water purification in the same construction.
  • the plant can be operated with waste water.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the device according to the invention.
  • the device is used for the simultaneous provision of cooled air (e.g. for supporting the building air conditioning) and biologically and physically treated water.
  • the integrated cleaning of contaminated water takes place by a trickling filter process in a housing K, the contents of the waste water being broken down by the microorganisms of the biofilm formed on the biofilm carrier and evaporation medium BEM.
  • the waste water A is first introduced into the receptacle T1, pumped from there via the pressure line with the pump P1 to the spray device S and sprayed via the biofilm carrier and evaporation medium BEM.
  • the oxygen supply to the microorganisms is ensured by the air flow generated by the blower B in the housing K, with a partial vaporizing of the waste water by supplying air (from pre-cooled or ambient air).
  • Drinking water up to waste water can be used as equipment (A), the latter being aerobically treated biologically as described.
  • the inlet is from the lower tank T1.
  • the shaft construction of the housing K is installed in such a way that a draft is created by a vacuum, without air escaping from the evaporator or biofilm carrier and evaporation medium (BEM) from the shaft or the opening in the lower part of the housing K.
  • BEM evaporation medium
  • valves (V1, V2, V3, V4, V5) in FIG. 2 serve a sequential plant procedure in order to specifically collect clean water after treatment in the clarifier tank T2 by preliminary and secondary clarification and on concentrated sludge R from the system, e.g. B. in the sewer to remove.
  • FIG 3 is parallel to the biofilm carrier and evaporation medium BEM, a heat transfer system N, z. B. in the form of a capillary tube mat.
  • the heat transfer system N also serves as a surface for the biodegradable biomass, and at the same time a liquid flowing through the system N is cooled. Synergy effects are thus used.
  • the heat transfer system N can make BEM superfluous if N also contains the properties of BEM, i.e. those of the biofilm carrier and evaporation medium.
  • the water to be treated trickles over large surfaces on which the dirty water is cleaned. Due to the large surface, large amounts of water evaporate, which results in significant isenthalpic air cooling, especially in hot, dry outside air.
  • capillary tube mats N as a biofilm support, through which a cooling medium is pumped with the pump P3, the water purification process can be used for heat dissipation H in building cooling.
  • the process section of isenthalpic cooling with building air conditioning uses the evaporation cold that arises when the wastewater is trickled to cool the cooling water circulating in the capillaries of the capillary tube mats. This process is to be accelerated by a targeted air flow using an additional fan along the capillary tube mat system in order to intensify the evaporation performance and the biological wastewater treatment.
  • Figure 4 A shows the structure of a further development of the system described in Figure 2 (without showing the upstream or downstream container) with an improved air flow.
  • the bottom third shows the batch-wise filled tank with water level and circulation pump. This pump conveys water via a control valve to the upper end of a shaft to a water division, which is attached above biofilm carrier strips.
  • the device can span the entire building height with at least two air shafts.
  • a fan and two control flaps are required for controlled air flow through the two shafts.
  • the fan can also become superfluous due to the condenser part with the fan of one or more existing air conditioning systems, this is further explained in FIG. 5.
  • FIG. 4B shows two different air ducts, divided according to whether water is currently circulating. If yes (1)), dry, hot ambient air for evaporative cooling enters the shaft via the upper control flap.
  • a blower at the top of the left duct provides a U-shaped air movement through the system.
  • FIG. 5 schematically shows 3 typical possible uses of the cooling function of the device according to the invention after the construction as in FIG. 4A.
  • an additional blower can be omitted if these can already draw the necessary air through the shaft.
  • large air conditioning systems can also be used for the connection on the roof, as long as the cooling air requirement and the amount of water available for evaporation are of the same order of magnitude. All of the options for using evaporative cooling described here are deliberately limited to additive applications for building technology. In the event of a malfunction, they do not pose any operating problems for connected air conditioning systems, which is why they appear to be particularly suitable for market entry.
  • cooling can either support compression refrigeration systems (see “Pre-cooling of air conditioning systems”) or cool a fresh air flow using a schematically illustrated air-air heat exchanger (see “Cooling using an air-air heat exchanger”).
  • dry heat for example, air with 40 ° C and 20% rel. Air humidity in the shaft via the upper control flap. Humidification takes place from 20% to 90% and the air cools down by 15 ° C.
  • room air conditioning systems or roof top split systems with their fans are connected to the access shaft (left), they benefit from the pre-cooled air and ensure the necessary air movement in the system.
  • the maximum line length between the room cooling unit and the compressor unit for heat dissipation is 15 meters.
  • room air conditioners are often still on the roof and can be connected together at the top of the shaft.
  • Variant C of FIG. 5 shows as an alternative option (see “air-air heat exchanger”) that the cool, odor-laden air can be used via an air-air heat exchanger to cool clean ambient air.
  • air-air heat exchanger the cool, odor-laden air can be used via an air-air heat exchanger to cool clean ambient air.
  • the supply air can be pre-cooled before it is cooled down further.
  • a cool air flow can be generated via this construction and directed into buildings or tent constructions.
  • FIG. 6 shows the device according to the invention according to FIG. 4 expanded by an internal filter for separating primary waste, for example using a coarse filter such as a sack with a 1.5 mm mesh size.
  • This function is also parallel for the third Cooling function variants from FIG. 5 can be transferred.
  • Current research on the application potential of the trickling filter process emphasizes an increased volume turnover and above all extreme robustness and energy efficiency.
  • the trickling filter function is improved by the present invention. Instead of traditional stone fillings or voluminous plastic structures, hanging plastic strips (BEM) enable non-clogging hulls to be built to optimize weight and, above all, transport volume.
  • This carrier material which was previously only used in classically shaped trickling filters, is used for the first time to enable slim, high structures over 30 m.
  • the innovation lies in the acceptance of higher pump energy in order to be able to integrate systems into urban buildings with a minimal footprint and to be able to perform both the treatment steps and the reuse with one and the same pump.
  • the figure shows how, in addition to biological purification, the other tasks required for water reuse are implemented.
  • Step 1 in FIG. 6 shows the structure from FIG. 4 expanded by a sewage line in which a container for receiving the feed pump (P2) is inserted.
  • this tank can already be designed as a primary clarifier and collection room for primary sludge. This installation must ensure a first solid separation via diving walls and a residence time of at least 30 minutes.
  • the feed pump (P2) conveys the raw wastewater into the circulation tank via a coarse-mesh filter or rake for separating contaminants.
  • This tank has an overflow and a sludge drain back into the sewer system, on the one hand to increase operational safety and on the other hand to drain the treatment sludge into the sewer system during maintenance.
  • the circulation pump (P1) conveys the water via the pot body, while the air is humidified as explained in FIG. 4. Due to the contact time with the BEM during the circulation, the water is biologically cleaned.
  • FIG. 6 can be used exclusively for irrigation water for use in concealed irrigation and devices such as in FIG. 7 for complete treatment with filtration / disinfection.
  • Figure 7 corresponds to the device according to Figure 6 extended by a cloth filtration, designed as a filter bag system, for a clarification and, if necessary, a disinfection depending on the requirements of the drain quality, such as, for example, service water quality according to German standards and irrigation water according to DIN 19650. It shows how after step 1 in step 2 excess sludge is no longer only sedimented, but filtered off. The biologically treated water is filtered in a separate group of fine-mesh filters, eg filter bags.
  • the filters can be positioned near the lower control flap and dried in the process.
  • each filter is equipped with a mechanical shutoff. When a filter has reached its capacity limit during the filtration process, its inflow switches off. By grouping several filters, filtration can still be ensured even if individual filters are switched off until the end of the planned maintenance interval.
  • steps 2 and 3 after the trickling filter treatment there is an air duct to protect the biofilm against drying out, as in FIG. 4 on the right. Humidification then takes place via the drying filters. Drying can reduce the mass to be disposed of by> 80%, while the residual moisture is still used for the cooling process.
  • the last step is disinfection using UV light tubes.
  • FIG. 8 like FIGS. 4, 5 and 6, shows the structure of a further development of the system described in FIG. 2 with an air duct in order to avoid the discharge of aerosols at higher air throughput rates.
  • the options air pre-cooling of air conditioning compressor units and the fresh air cooling with an air-air heat exchanger were introduced in FIG.
  • FIG. 9A shows a schematic arrangement of a DEC (Dessicative and Evaporative Cooling) system according to the prior art
  • FIG. 9B shows an arrangement with an embodiment of the device according to the invention.
  • An air dehumidified by a dessicator material is used as supply air for the device according to the invention.
  • the device can achieve significantly lower air temperatures in the shaft, thereby dissipating complete building cooling loads.
  • the actual supply air to the building can be cooled using a suitable heat exchanger. In the system example shown, this is an air-to-air heat exchanger.
  • the supply air volume flow can be cooled with a cooling medium via a secondary circuit.
  • Table 1 shows the influence of different ambient temperatures on the energy requirements of a split-unit air conditioning system (based on a conventional compression refrigeration circuit) with different refrigerants.
  • a cooled air flow of 1500 m 3 / h with a temperature of 10-15 ° C. below the ambient temperature can be reliably provided.
  • both gray water and normal raw wastewater can be clarified for a drainage quality of permanent BOD5 ⁇ 30 mg / L and COD ⁇ 100 mg / L, which corresponds, for example, to Egyptian or Jordanian reuse standards for parks, orchards or various arable crops.
  • Pre-clarified wastewater enters the system through a pre-clarification tank with sufficient residence time.
  • the trickling filter then enables between 65 and 90% COD degradation and complete nitrification. After a circulation cycle, there was a 10-minute settling phase, which, due to the easily settable sludge and the low sludge production of the trickling filter process, was sufficient to maintain the concentration of suspended matter required for reuse.
  • Valve V1 is open, three-way valve V3 is only open to the shaft to the left, waste water A runs into receptacle T1;
  • Pump P1 starts automatically as soon as there is enough water in the storage container T1 or if a preliminary clarification (sedimentation of the settable substances from A to T1) has been completed;
  • Valve V2 can be a float of pump P1; Drain valves V4, V5, V6 are closed;
  • Spray device S is without electricity, the distribution of the water is done by pressure;
  • Valve V1 closes as soon as the receptacle T 1 is filled with waste water A or a maximum time has been reached (about 10 minutes); if there is a high proportion of primary sludge, a preliminary clarification is carried out in the receptacle T 1;
  • Recirculation The waste water A is recirculated over the biofilm carrier medium BEM (and / or the heat transfer system N) for 40 minutes. Valves as before: V3 to the left, V2 to. V5 rises for a few minutes during recirculation to drain sludge from receptacle n;
  • Post-clarification tank T2 after recirculation for 30-40 min, valves V5, V4, V1, V6 are closed for 5-10 min or until the receptacle T1 is empty (ie float valve V2 closes); Three-way valve V3 is opened to the right so that the water flows into the clarifier tank T2;
  • Clarification time or residence time depends largely on wastewater quality and volume flow (see DWA recommendation leaflets); all valves are now closed; Pump P1 is off; fan B should be reduced or shut down if there is a high evaporation rate and little water flow so that the shaft does not dry out (which would occur first in phase 4); meanwhile, valve V4 can be opened automatically for a few minutes to drain sludge from clarifier tank T2.
  • the clarification creates a "clear water zone" in the clarification tank T2;
  • FIG. 8 now shows an exemplary embodiment with an air-air heat exchanger, the flow paths a) inlet and b) circulation being shown together with maximum air humidification or cooling in the upper illustration.
  • the flow path c) filtration of the treatment sludge and d) disinfection / storage of the drain together with the reduced air humidification are shown in the figure below, while the biofilm carrier area is not ventilated to protect it from drying out.
  • the blowers, regulating flaps, valves and tanks were given abbreviations as they were also used in Figure 1/2/3. Operating phases of the second exemplary embodiment according to FIG. 8:
  • the targeted air flow in the system is made possible via the control flaps RK1 and RK2 and the blower B1.
  • the B1 blower located at the top of the shaft permanently sucks air out of the system and ensures that odor-laden air is removed via the roof.
  • the flap RK1 above the water distribution is open while the flap RK2 near the filter bags is closed. This results in an air flow through the biofilm carrier evaporation material overflowing with water in this operating phase.
  • ambient air with for example 40 '' and 20% relative humidity to 90% rel. Aviat. moistened and thus cooled to 25’G.
  • the construction with a partition wall results in a U-shaped air flow which, by means of a sharp reversal of direction near the water surface, ensures that no water droplets can be discharged by the blower B1.
  • the cooled airflow passes the heat transfer surface of the air-to-air heat exchanger.
  • This construction cools a fresh air stream without contact with the odor-laden air from, for example, 40 ° C to 32 ° C, while the evaporatively cooled air stream heats from, for example, 25 G to 29 ° C.
  • the smell-laden air flow moves upward towards B1 before leaving the system at the upper end.
  • the fresh air flow is guided in countercurrent with another blower B2.
  • Blower B1 can be controlled via temperature and humidity sensors at the inlet and outlet.
  • Blower B2 can be controlled via temperature sensors at the inlet and outlet.
  • Pump P2 is installed in a pre-treatment tank with a direct waste water passage and fills the circulation tank T1 with pre-treated waste water. According to the flow path marking a), the inlet passes through a coarser filter bag before it reaches the circulation tank T1. This ensures that contaminants are separated, which would otherwise cause the water distribution S to become blocked
  • Pump P2 is switched off via a float switch before tank T1 overflows.
  • valve V3 switches to flow path c). From this moment on, the biofilm carrier evaporation material no longer overflows. To prevent the biofilm from drying out, the control flap RK1 is closed and control flap RK2 near the filter bag system is opened. While blower B1 continues to run and continues to ensure the removal of odors, ambient air is now sucked in in the lower area of the system and guided past the filter bags. These bags are either in operation and have just been flowed through, or they are full of treatment sludge to be dried after reaching their capacity limit due to the process shutdown already described. In both cases, humidification can also take place through the filter bags and ambient air of, for example, 40 ° C. and 20% rel. Aviat. to 32’G and 45% rel. Aviat. be cooled. In this case, a fresh air stream can be cooled from 40G to 35G via the air-air heat exchanger.
  • valve V3 switches, as already mentioned, in accordance with the flow path marking c). While the pump P1 continues to run, the treated water together with the biofilm biomass detached during this treatment cycle now reaches the filter bag system.
  • This filter bag system which is equipped with more finely meshed filter bags for the discharge, serves to separate the biofilm biomass in the pump P1 in the circulation mode, the contents of the tank T 1 being moved through the filters.
  • the filtration runs according to an adjusted time control based on preliminary tests until an adequate separation can be ensured. If a sack is full, it overflows, which triggers a switch-off device. This ensures that from this moment on the filtration only takes place through the other sacks and that the switched-off sack can then dry in the air stream until it is removed.
  • valve V3 switches over according to the flow path marking d).
  • pump P1 now conveys the contents of tank TI via a disinfection device, such as UV light disinfection, into a storage tank T2.
  • a disinfection device such as UV light disinfection
  • the water could also be used directly if intermediate storage is not necessary.
  • a storage tank T2 it should have a removal valve (V6), a sludge drain (V4) and an emergency overflow.
  • Pump P1 continues to flow in flow path d) until a float switch reports that the minimum fill level of T ank T 1 has been reached to the control. This signal represents the end of a treatment cycle.
  • Tank T 1 from the primary clarification is filled via pump P2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleichzeitigen biologischen Reinigung von Abwasser, insbesondere Abwasser mit biologisch abbaubarer Belastung, und Bereitstellung von gekühlter Luft umfassend einen Behälter mit einer Öffnung zur Luftzufuhr und einer Öffnung zur Luftabfuhr; ein in dem Behälter angeordnetes Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM; mindestens ein an einer der Öffnungen zur Luftzufuhr und/oder Luftabfuhrinsbesondere an der Öffnung zur Luftabfuhr, des Behälters vorgesehenes Gebläse zur Erzeugung eines Luftstromes durch den Behälter entlang des Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM; und mindestens eine oberhalb des Biofilmträger- und Evaporationsmediums BEM vorgesehene Berieselungsanlage zum Aufbringen des Abwassers auf das Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur gleichzeitigen, simultanen biologischen Reinigung von Abwasser, insbesondere Abwasser mit biologischer Belastung, und Bereitstellung von gekühlter Luft. Zur Abscheidung der sich durch die biologische Behandlung bildenden Biomasse, kann entweder ein Absetzprozess in einem Speichertank oder ein Filtersacksystem genutzt werden. Das Filtersacksystem ermöglicht eine Schlammabscheidung in leicht zu entnehmenden Säcken, die wenn gefüllt im Luftstrom durch das System trocknen und somit bei gleichzeitiger Gewichtsreduzierung noch zur Luftkühlung durch Verdunstung beitragen.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur gleichzeitigen biologischen Reinigung von Abwasser, insbesondere von Abwasser mit biologisch abbaubarer Belastung, und Bereitstellung von gekühlter Luft
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur biologischen Reinigung von Abwasser, insbesondere von Abwasser mit biologisch abbaubarer Belastung, und Bereitstellung von gekühlter Luft, deren Verwendung und ein Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser, insbesondere von Abwasser mit biologisch abbaubarer Belastung, und Bereitstellung von gekühlter Luft.
Beschreibung
Der Umwelt- und Ressourcenschutz nimmt international Bedeutung zu. Wasserversorgung und -entsorgung stehen in naher Zukunft vor gewaltigen Herausforderungen. Der Klimawandel wird voraussichtlich sowohl die Häufigkeit als auch die Dauer von Extremwetterbedingungenwie z.B. hohe Temperaturen und langanhaltende Trockenheit erhöhen. Dies betrifft insbesondere Regionen, die bereits jetzt unter Wassermangel leiden. Entsprechend ist es notwendig, neue Ansätze für eine ökologische Wassernutzung zu entwickeln. Zudem besteht in vielen Klimaregionen, in denen der Bedarf an Wasser groß ist, ebenfalls ein großer Bedarf an Gebäudekühlung.
Auch steigen Stromkosten und die Wasserverfügbarkeit sinkt, Klimaanlagen werden bei steigenden Temperaturen unumgänglich und verschandeln die Fassaden, während sie mit ihrem Lärm und der Abwärme den Nutzwert der Gebäude mindern. Effekte des sommerlichen Aufheizens von Bauwerksstrukturen und gesundheitliche Belastungen durch Feinstaub sind in vielen Ländern Probleme, denen sich Gebäudebetreiber zusehends annehmen müssen. Flächen zu begrünen, Staub zu binden, und über Verdunstung zu kühlen hat eines der größten Potentiale, um dem Klimawandel entgegenzutreten.
Verschieden Ansätze für eine nachhaltige Gebäudekühlung sind bereits bekannt. Die Basis der meisten Klimaanlagen ist der Kompressionskältekreislauf. Dazu zählen die herkömmlichen Split-unit-Klimaanlagen mit einem Kompressor außen und einem Verdampfer innerhalb der zu kühlenden Räume. Solche Anlagen werden auf Grund ihrer Einfachheit und fehlender Alternativen am Markt meistens auch in warm-ariden Gebieten eingesetzt, obwohl ihre Energieeffizienz dort weitaus unter denen von Evaporationskühlanlagen liegt. Evaporatonskühlanlagen oder Verdunstungskühlungsanlagen werden bereits zur Kühlung z.B. von Gebäuden und Nutzflächen eingesetzt. Es beruht darauf, dass eine Flüssigkeit (z. B. Wasser) beim Verdampfen (Verdunsten) abkühlt und dabei in der Lage ist, auch die umgebende Luft zu kühlen.
Derartige Verfahren (Direct/Indirect Evaporative Cooling) sind für klimatisch sehr trockene und heiße Regionen geeignet, da die Luft durch eine einfache Befeuchtung der aktuellen Au ßenluft entlang einer Linie gleicher Enthalpie gekühlt werden kann. Da trockene warme Luft mehr Wasser aufnehmen kann, sind somit große Temperaturunterschiede durch die reine Luftbefeuchtung möglich.
Solche Systeme werden bereits am Markt angeboten. Als ein Beispiel dafür ist das System der US-amerikanischen Firma Coolerado zu nennen, welches auf dem patentierten, sogenannten M-cycle basiert. Dabei handelt es sich um eine Variante des Indirect Evaporative Cooling Verfahrens, bei dem Trinkwasser in Luft versprüht wird, auf diese Weise Kühlung erzeugt wird und mittels eines Wärmeüberträgers auf einen zweiten Luftstrom über einen Wärmeaustauscher übertragen wird. Dieses Verfahren ist ähnlich hinsichtlich einer Klimatisierung, da die Luft, die ins Gebäude eingespeist wird, nicht befeuchtet wird. Die über diesen Ansatz mögliche Kühlleistung hängt bei bestehender Anlagengröße von der relativen Luftfeuchtigkeit der Umgebung ab.
Weiterhin gibt es komplexere Gebäudeklimatisierungsverfahren wie das Dessicant- Evaporative-Cooling (DEC) Verfahren, welches durch ein Dessikatormaterial die relative Feuchte der Zuluft zunächst maximal absenkt. Die sich durch die Entfeuchtung erwärmende Luft wird durch die bereits gekühlte Abluft des Gebäudes vorgekühlt. Somit erreicht sie mit nahezu Umgebungstemperatur, aber minimaler relativer Feuchte den Befeuchtungsteil. Dadurch ist eine weitaus niedrigere Lufttemperatur nach der Befeuchtung möglich als bei einfacher evaporativer Kühlung, wodurch es möglich ist, die gesamte Kühllast eines Gebäudes über den Kaltluftstrom unabhängig von der rel. Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft abzuführen.
Die Nachteile der bekannten Verdunstungsklimaanlagen sind der hohe Frischwasserbedarf und die Steigerung der relativen Luftfeuchtigkeit durch Temperaturabsenkung, was zu Feuchtigkeits- und damit Keimbildung beiträgt und entweder hoher Wasserverbrauch oder hoher Energieverbrauch.; letzteres trifft für herkömmliche Klimaanlagen sowie für dezentrale Wasserreinigungsanlagen zu. Viele Systeme zur Umwandlung von verunreinigtem Wasser in nutzbares Wasser sind zwangsläufig komplex und spezialisiert, die weder leicht verfügbar noch in der Lage sind, Wasser wirtschaftlich zu produzieren. In der Patentliteratur sind viele Verdunstungskühlanlagenverfahren bzw. -Vorrichtungen, wie in den Druckschriften DE4325945C2, US3450393A, DE102009043308A1 ,
DE202005009531 Ul oder DE4325945C2 beschrieben. Bei dem Stand der Technik ist das sogenannte„Blow-Down“ oder„Bleed“ die Spülung eines Teils des Systemwassers mit hoher Mineralkonzentration in den Abfluss, während es gleichzeitig durch Frischwasser ersetzt wird. Eine Verdunstungskühlanlage muss entweder zeitgesteuert oder je nach Mineralkonzentration das Systemwasser ableiten, da sich die Salze im Wasser aufkonzentrieren. Je nach Konzentration ist das abgeleitete Systemwasser für die meisten Zwecke nicht mehr wiederverwendbar. Weiterhin ist dieses Abteil im Stand der Technik zu fein ausgelegt, um mit Wasser außerhalb von Trinkwasserqualität betrieben werden zu können. Bereits im normalen Betrieb führen der mit der Zuluft mitgeführte Staub sowie die mineralischen Inhaltsstoffe im Trinkwasser zu Ablagerungen, Krustenbildung und Kalkablagerungen auf den Pads von Verdunstungskühlanlagen und führen zu einem erhöhten Wasserverbrauch. Dies ist der Grund, weshalb sich Evaporationsanlagen trotz ihres großen Potentials letztlich nicht wirklich durchsetzen.
Evaporative Systeme oder Klimaanlagen sind nicht dafür ausgelegt, um mit Abwasser betrieben zu werden. Im Falle der Indirect Evaporative Cooling-Anlagen, wie bspw. der M- Cycle-Anlage der Firma Coolerado, führen Verunreinigungen durch Staub schnell zur Verstopfung des Evaporationsabteils. Dieses Abteil ist vom Stand der Technik her zu fein ausgelegt, um mit Wasser außerhalb von Trinkwasserqualität betrieben werden zu können.
Ebenfalls verstärkt Anwendung findet auch die Nutzbarmachung von anfallendem Abwasser und/oder Grauwasser, also schwach verunreinigtem Brauchwasser. Dabei kommen häufig biologische Reinigungsverfahren zum Einsatz, wie z. B. Belebtschlammprozesse in Kombination mit einer Membranfiltration oder getauchte Festbett-Biofilmträger in Kombination mit einem Absetzbecken. Im Gegensatz zu diesen Verfahrensoptionen, die eine Druckbelüftung benötigen und eine höhere Schlammproduktion im Reinigungsprozess zeigen, stellt das vorliegende Verfahren eine Alternative dar. Dabei durchrieselt das Wasser ein oberflächenreiches Medium, das nicht überstaut, sondern nur von Wasser benetzt ist. Auf diesen Oberflächen bildet sich ein Biofilm, der in der Lage ist, die Schadstoffe abzubauen.
Bei Tropfkörper-Verfahren, wie in den Druckschriften EP0938456B1 und DE41 16813C2 beschrieben, durchläuft das Abwasser ein Medium, auf dessen Oberfläche gewollt ein Biofilm aufwächst, der in der Lage ist Schadstoffe abzubauen. In den Veröffentlichungen „Addressing Water Consumption of Evaporative Coolers with greywater“, Sahai et al (2012) und„Arrnual report on cooling in the west 201 1 -2012“ der University of California wird die Möglichkeit und Sinnhaftigkeit demonstriert, Abwasser, insbesondere Grauwasser zu reinigen und schließend anstelle von Trinkwasser in Verdunstungskühlanlagen einzusetzen, allerdings werden keine weiteren Angaben zu technischen Lösungen gemacht, außer der in Reiheschaltung einer Wasserreinigungsanlage mit einer Verdunstungskühlungsanlage.
Um das Ziel einer ökologischen und effizienten Klimatisierung insbesondere in warmen und trockenen Regionen zu realisieren, fehlt es bislang jedoch an T echnologien, die dafür geeignet sind, bereits vorhandene Klimaanlagen oder die Gebäudeklimatisierung über einen Wärmetauscher zu unterstützen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, die in ökologischer Weise eine Klimatisierung unterstützt oder in Kombination mit einer Verfahrenskombination wie dem DEC Verfahren komplett ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst.
Entsprechend wird eine Vorrichtung zur gleichzeitigen biologischen Reinigung von Abwasser, insbesondere Abwasser mit biologisch abbaubarer Belastung, und Bereitstellung von gekühlter Luft bereitgestellt, wobei die Vorrichtung mindestens folgendes umfasst:
- ein Behälter mit einer Öffnung zur Luftzufuhr und einer Öffnung zur Luftabfuhr;
- ein in dem Behälter angeordnetes Biofilmträger- und Evaporationsmedium (BEM);
- mindestens ein an einer der Öffnungen zur Luftzufuhr und/oder Luftabfuhr, insbesondere an der Öffnung zur Luftabfuhr des Behälters K vorgesehenen Gebläse B zur Erzeugung eines Luftstromes durch den Behälter entlang des Biofilmträger- und Evaporationsmedium (BEM); und
- mindestens eine oberhalb des Biofilmträger- und Evaporationsmediums (BEM) vorgesehene Berieselungsanlage S zum Aufbringen des Abwassers auf das Biofilmträger- und Evaporationsmedium (BEM). In einer bevorzugten Variante wird eine Vorrichtung zur gleichzeitigen biologischen Reinigung von Abwasser, insbesondere Abwasser mit biologisch abbaubarer Belastung, und Bereitstellung von gekühlter Luft bereitgestellt; wobei die Vorrichtung mindestens folgendes umfasst:
- mindestens ein Behälter mit mindestens einem im Behälter angeordneten Strömungsleitmittel für eine Führung eines Luftstromes durch den Behälter; wobei das mindestens eine Strömungsleitmittel den Innenraum des Behälters in mindestens einen ersten und einen zweiten Bereich unterteilt; wobei in dem ersten Bereich mindestens ein Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM, oberhalb des Biofilmträger- und Evaporationsmediums (BEM) mindestens eine Berieselungsanlage S zum Aufbringen des Abwassers auf das Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM und mindestens eine Öffnung zur Luftzufuhr vorgesehen sind, wobei die Öffnung zur Luftzufuhr im ersten Bereich oberhalb der Berieselungsanlage S und des Biofilmträger- und Evaporationsmedium angeordnet ist, wobei in dem zweiten Bereich mindestens eine Öffnung zur Luftabfuhr vorgesehen ist, wobei an der mindestens einen Öffnung zur Luftzufuhr im ersten Bereich und/oder an der mindestens einen Öffnung zur Luftabfuhr im zweiten Bereich des Behälters mindestens ein Gebläse zur Erzeugung eines Luftstromes durch den Behälter entlang des Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM vorgesehen ist.
Der vorliegende Behälter ist bevorzugt als vertikaler Behälter ausgebildet, und weist ein oberes Ende und ein unteres Ende mit einem Boden auf.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Vorrichtung ist das mindestens eine Strömungsleitmittel als Wand ausgebildet ist, wobei die Wand oberhalb des Boden des Behälters endet, so dass zwischen dem Boden des Behälters und dem unteren Ende der Wand ein Zwischenraum ausgebildet ist. Diese Anordnung des Strömungsleitmittels dient einer Umlenkung des Luftstromes im Behälter. Der Luftstrom wird von der Luftzufuhröffnung durch den ersten Bereich entlang des Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM hin zum Behälterboden geführt, durch den Zwischenraum zwischen Behälterboden und Strömungsleitmittel umgelenkt und weiter im zweiten Bereich hoch zur Luftabfuhröffnung geführt. Entsprechend wird der Luftstrom mäanderförmig durch den Behälter geführt, wobei sich der Luftstrom im ersten und zweiten Bereich des Behälters jeweils im Gegenstrom zueinander bewegt.
Wie oben angeführt, ist die Öffnung zur Luftzufuhr im ersten Bereich oberhalb der Berieselungsanlage S und des Biofilmträger- und Evaporationsmedium vorgesehen; d.h. die Luftzufuhröffnung ist an einem oberen Ende des vertikalen Behälters vorgesehen.
Die eine Luftabfuhröffnung oder auch mehrere Luftabfuhröffnungen im zweiten Bereich können an verschiedenen Positionen im zweiten Bereich des Behälters entlang der Behälterwand vorgesehen sein. Besonders bevorzugt ist eine Anordnung der Öffnung zur Luftabfuhr im zweiten Bereich am oberen Ende des vertikalen Behälters.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Vorrichtung ist in dem mindestens einen ersten Bereich an der Öffnung zur Luftzufuhr mindestens eine erste ansteuerbare Regelklappe vorgesehen. In einer anderen Ausführungsform ist in dem mindestens einen zweiten Bereich ebenfalls mindestens eine zweite ansteuerbare Regelklappe vorgesehen. Diese zweite ansteuerbare Regelklappe ist bevorzugt im unteren Teil des zweiten Bereichs des vertikalen Behälters angeordnet, insbesondere in dem Abschnitt, in welchem der umgelenkte Luftstrom aus dem ersten Bereich in den zweiten Bereich eintritt. Die ersten und zweiten ansteuerbaren Regelklappen ermöglichen eine kontrollierte Luftstromführung.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bereitstellung kühler Luft sowie biologisch gereinigtem Wasser. Die biologische Wasserbehandlung benutzt eine Variante eines T ropfkörperverfahrens (T ricklingfilter) für die Reinigung des verunreinigten Abwassers (insbesondere Grauwasser) und dient gleichzeitig der Gebäudeklimatisierung durch Kühlung von Luft. Die Erfindung kombiniert Wasserreinigung und Luftkühlung durch Evaporation sinnvoll miteinander: sowohl Kühlung als auch biologisch gereinigtes Wasser werden in einem Verfahrensschritt bereitgestellt. Durch dieselbe Konstruktion, mit der die Abwasserbehandlung erfolgt, wird gleichzeitig die Nutzung der entstehenden Verdunstungskälte ermöglicht und diese reagiert im Gegensatz zu herkömmlichen Konstruktionen nicht anfällig auf Staub, Schmutz und/oder hartes Wasser. Die vorliegende Vorrichtung kann also nicht nur mit Trink- oder Salzwasser, sondern vielmehr mit Abwasser betrieben, ohne dabei negative Auswirkungen auf den Produktluftstrom zu nehmen. Zudem wird das Produktwasser, welches nicht verdunstet wird, maßgeblich biologisch gereinigt.
Es handelt sich um eine Vorrichtung und ein Verfahren zur gleichzeitigen Bereitstellung von gekühlter Luft, z.B. für die Gebäudeklimatisierung, und biologisch aufbereitetem Wasser. Die integrierte Reinigung von verunreinigtem Wasser erfolgt durch eine Variation eines Tropfkörperverfahrens, wobei das Verfahren die biologische Umwandlung der Inhaltsstoffe durch einen Biofilm beinhaltet. Das Verfahren umfasst vorzugsweise die folgenden Schritte: Versprühen oder Verrieseln des zu behandelnden Abwassers mit Hilfe eine Sprühvorrichtung bzw. Auslassvorrichtung über einem mit (Biofilm-)Trägermaterial bepackten Verdampfer, im Verdampfer stattfindende (Ab-) Wasserbehandlung und gleichzeitige Teilevaporation des Abwassers durch Luftzufuhr bzw. Zwangsbelüftung mit einem Gebläse.
Als Betriebsmittel kann Trinkwasser bis hin zu Abwasser mit biologisch abbaubarer Belastung, verwendet werden, wobei Letzteres aerob-biologisch aufbereitet wird. Das Grau- oder Abwasser kann aus dem Hausnetz oder auch aus industriellen Teilströmen abgegriffen und in einem unteren Behälter gesammelt werden, von wo aus der Schacht beschickt wird.
Die vorliegende Erfindung optimiert bekannte Tropfkörper-Abwasserbehandlungssysteme für eine direkte Wasserwiederverwendung für Begrünung bei synergetischer Nutzung des Evaporationskühlungseffekts. Eine Zirkulation des Abwassers über in einem Schacht hängende mit aerobem Biofilm bewachsene Kunststoffstreifen ermöglicht die für eine biologische Reinigung mit Nitrifikation benötigte Kontaktzeit. Verbreitete Evaporationskühlanlagen akkumulieren Staub an den wasserbenetzten Oberflächen. Darüber hinaus muss immer ein Teil des Wassers verworfen werden, um ein Auskristallisieren von Salzen auf diesen Oberflächen zu verhindern. Für einen Tropfkörper aus Kunststoffstreifen ist durch einen Luftstrom anhaftender Staub kein Problem, da dieser zusammen mit dem Überschussschlamm abfällt und in der Nachklärung abgeschieden wird. Wenn dazu ohnehin Wasser für eine Wiederverwendung aufbereitet und abgezogen wird, lässt sich ein Teilstrom verdunsten, ohne das problematische Salzkonzentrationen erreicht werden. Eine Möglichkeit das während der Wasserbehandlung im Tropfkörper als Verlust anzusehende, verdampfende Wasser zu nutzen, wird durch die Erfindung möglich. Während Evaporationskühlanlagen befeuchtete Luft direkt in Innenräume führen, stellt dies für die zuvor mit Abwasser in Kontakt stehende Luft keine Option dar. Im Gegenteil stellt die sichere Abfuhr der geruchsbelasteten Abluft ein Verbreitungshemmnis des Tropfkörperverfahrens dar. Eine Synergie lässt sich hierbei durch eine die gesamte Gebäudehöhe überspannende Schachtkonstruktion und einen Anschluss von Kompressionskältemaschinen erzeugen. Die Abluft kann zur Ableitung über deren Gebläse aufs Dach befördert werden, während angeschlossene Klimasysteme eine vorgekühlte Zuluft erhalten und dadurch energiesparender arbeiten. Durch eine technische Durchlüftung des Tropfkörperprozesses wird dazu ein Insektenbefall ausgeschlossen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, Wasser auch unterhalb Trinkwasserqualität, z.B. Abwasser mit biologischer Belastung, ggf. nach einer Vorsiebung und Vorklärung zur Verdunstungskühlung einzusetzen und gleichzeitig das Abwasser biologisch aufzubereiten, sowie den Schlamm per Filtration anzusammeln und im selbigen Luftstrom auszutrocknen. Somit verschafft die Zwangsbelüftung dem Verfahren, die z.B. über ein Gebläse ermöglicht werden kann, 3 Vorteile, die die sonst unterschiedlichen Verfahren ineinander kombiniert: Zum einen werden die Mikroorganismen und der Biofilm effizient mit Sauerstoff versorgt, eine Kühlung der Luft über Verdunstungskühlung ermöglicht sowie der Schlamm getrocknet und transportfähiger gemacht.
Die gekühlte Luft kann zur Effizienzsteigerung an AC Split Units oder zur gesamten Kühllast Abfuhr innerhalb von Dessicant Evaporative Cooling Verfahren eingesetzt werden. Im besten Falle sorgt die Energieeinsparung für die Gebäudeklimatisierung genauso oder mehr Energieeinsparung als die Wasserreinigung an Energie benötigt und kann somit als autark angesehen werden. In sehr trocken-warmen Zeiten kann die Anlage sogar mehr Energie einsparen.
Wie oben angeführt, ist an der mindestens einen Luftzufuhröffnung im ersten Bereich und/oder an der mindestens einen Luftabfuhröffnung im zweiten Bereich des Behälters mindestens ein Gebläse zur Erzeugung eines Luftstromes durch den Behälter entlang des Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM vorgesehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gebläse zur Zwangsbelüftung bevorzugt am Luftauslass bzw. an der Luftabfuhröffnung des Behälters, insbesondere des zweiten Behälterbereiches angebracht und erzeugt einen Unterduck im Behälter bzw. Schacht. Dadurch wird verhindert, dass mit Abwasser kontaminierte Luft den Behälter vor Erreichen des Luftauslasses verlässt und die Umgebung olfaktorisch belästigt. Im oberen Teil wird die gekühlte Luft angezogen und kann verwendet werden, z. B. für die Kühlung der Kondensationsseite eines konventionellen Kompressionskältekreislaufes oder über einen Luft- Luft Wärmetauschers. In einer anderen Ausführungsform kann das Gebläse jedoch auch an der mindestens einen Luftzufuhröffnung im ersten Bereich vorgesehen sein. In diesem Fall unterstützt das Gebläse den Luftstrom entlang des Biofilmträger- und Evaporationsmediums. Es ist aber auch denkbar, dass jeweils ein Gebläse an der mindestens einen Luftzufuhröffnung im ersten Bereich und an der mindestens einen Luftabfuhröffnung im zweiten Bereich des Behälters vorgesehen ist.
Es ist möglich, dass das durch den Behälter, insbesondere den ersten Bereich des Behälters geführte Wasser in einem (unterhalb des Behälters vorgesehenen) Aufnahmebehälter gesammelt und mit einer Pumpe im Kreis geführt wird. Verschiedene, in der Vorrichtung vorgesehene Ventile, wie z.B. ein gesteuertes Dreiwegeventil, dienen einer sequentiellen Anlagenfahrweise, um gezielt sauberes Wasser nach der Behandlung durch Vorklärung und biologische Behandlung anschließend im Speicher- und Nachklärbehälter anzusammeln. Das biologisch gereinigte Abwasser wird aus einem Nachklärbehälter zur weiteren Verwendung, z. B. zur Bewässerung von Pflanzen, abgeführt.
Im Verlauf der sequentiellen Fahrweise der vorliegenden Vorrichtung kann es zur Bildung von Bioschlamm kommen. Dieser Bioschlamm kann sich am Boden des Aufnahmebehälters ansammeln und kann von dort aus über an die Kanalisation angeschlossene Ablaufventile periodisch aus dem System entfernt werden.
In einer Ausführungsform erfolgt eine Abscheidung von partikulären Verschmutzungen und des sich bildenden biologischen Behandlungsschlamms über mindestens ein Filtersacksystem; d.h. der sich bildende Bioschlamm wird in mindestens einem, bevorzugt mehreren Filtern abgetrennt. Diese Filter können als Filtersäcke ausgebildet sein.
Die Filtersäcke sind bevorzugt über dem Aufnahmebehälter vorgesehen. Durch die gezielte Luftführung durch den Behälter und mit Hilfe von Regelklappen können die Filter getrocknet werden und der getrocknete Schlamm kann in einfacher Weise entsorgt werden.
Die vorliegende Vorrichtung weist eine Vielzahl von Vorteilen auf. Die Vorrichtung ermöglicht eine Steigerung der Energieeffizienz sowie Anwendungsweite von Gebäudeklimatisierung durch Kombination von Verdunstungskühlung und Wasserreinigung, eine energieeffiziente Gebäudeklimatisierung ohne Trinkwasserverbrauch sowie eine biologische Abwasserreinigung. Die gelösten organischen Bestandteile im Wasser werden biologisch abgebaut und größtenteils in ungelöste, absetzbare Stoffe umgewandelt. Die Anlage ist mit einer herkömmlichen Vor- und Nachklärung sowie anderen Reinigungsverfahren, wie z. B. einer Desinfektion, erweiterbar. Es besteht keine Verstopfungsgefahr, da für Abwasser entworfene Biofilmträgermaterialien eingesetzt werden, womit auch der bekannten Verstopfungsgefahr von Verdunstungskühlanlagen durch Staub vorgebeugt wird. Die robuste, für Abwasserreinigung eingesetzte Tropfkörpertechnik hat keinerlei Probleme mit Staub oder Verstopfungsgefahren wie herkömmliche Verdunstungskühlanlagen. Das sich anlagernde Material wird einfach mit dem Überschussschlamm im Nachklärbecken oder über Filter aus dem System entfernt, ohne dabei die Funktion einzuschränken.
Die Vorrichtung ermöglicht auch eine dezentrale Abwasserreinigung, die auch an Bestandsgebäuden nachgerüstet werden kann. Die Anlage stellt eine besonders flexibel einsetzbare dezentrale Abwasserreinigung dar, da keine Baugruben notwendig sind und die Anlage ohne größere Baumaßnahmen entlang einer bestehenden Hauswand installiert werden kann.
Das sich innerhalb des Gehäuse- bzw. Behälterschachtes befindliche Biofilmträger- und Evaporationsmedium (BEM) wird mit dem Abwasser benetzt. Das BEM ist entlang eines mit dem Gebläse erzeugen Luftvolumenstroms angeordnet, welcher durch die Verdunstung des Evaporationsmediums gekühlt wird, während der Biofilm gleichzeitig biologisch abbaubare Stoffe innerhalb des Abwassers umsetzt.
In einer Ausführungsform umfasst das Biofilmträger- und Evaporationsmedium (BEM) ein Kunststoffelement, insbesondere aus Polyvinylchlorid, Polypropylen, Polyethylen, Polyurethan, PVDF oder andere geeignete Polymere.
Das Biofilmträger- und Evaporationsmedium (BEM) besteht insbesondere aus Kunststoffstreifen, die auf einem Gitterrahmen befestigt sind. Das BEM kann dabei aus in Längsrichtung im Schacht als dünne, weiche Folienstreifen auf einem Kunststoff- oder Edelstahl-Haltegitter eingespannt werden. In einer Ausführungsform sind die Kunststoffstreifen des Biofilmträger- und Evaporationsmediums (BEM) auf dem Gitterrahmen in sich überlappender Weise angeordnet.
Diese Einspannvorrichtung ist innerhalb des Schachtes am oberen und am unteren Ende der Schachtkonstruktion befestigt und sorgt für die definierte Positionierung des BEM parallel zur Schachtlängsachse. Überlappung, Schaffung von Nischen o.Ä. ermöglichen im Vergleich zur direkt überströmten Oberfläche zum einen eine Erhöhung der für den Biofilmträgerbewuchs zur Verfügung stehenden Gesamtfläche im Schacht. Zum anderen erfolgt die Ausbildung ökologischer Nischen durch eine geringere Scherbelastung des Biofilms sowie verlangsamte Austrocknung durch Wasserhaltefähigkeit über Oberflächenspannung zwischen den Schichten. In diesen Nischen entwickeln sich andere Arten von für den Behandlungsprozess verantwortlichen Mikroorganismen als auf den Au ßenflächen, die somit zu einer größeren Artenvielfalt und somit zu einem stabileren Behandlungssystem führen. Auf den BEM lebende Mikroorganismen führen den biologischen Abbau der im Abwasser gelösten organischen Inhaltsstoffe und die Nitrifikation des Ammoniums durch. Die Mikroorganismen entnehmen aus dem über das BEM rieselnden Abwasser die verwertbaren gelösten und fein dispersen Inhaltsstoffe und wandeln diese in Biomasse um, die laufend aus dem BEM ausgespült und in einem nachgeschalteten Trennverfahren, z. B. einem Nachklärbecken, abgetrennt wird.
Die BEM-Folienstreifen müssen eine leichte Welligkeit aufweisen, um eine in Maßen ungleichmäßige Überdeckung zu ermöglichen. Diese ist wichtig, um einen Stoffaustausch mit Abwasserbestandteilen und Sauerstoff sicherstellen zu können. Der Abstand zwischen den Halteleisten und die Konstruktion des gesamten Haltegestells ist so gewählt, dass sich im Schacht ein geringstmöglicher Luftströmungswiderstand ergibt. Das Haltegestell am unteren Ende des Schachts verfügt über eine technische Option, um die BEM-Folienstreifen leicht vorzuspannen, damit sie durch den Luftstrom nicht in Bewegung geraten und immer eine ungehinderte Durchströmung erlauben. Die BEM-Streifen sind dabei so dimensioniert, dass sie sowohl der Zugkraft der Einspannung als auch des Biofilmgewichts sowie der Beanspruchung durch den Luftstrom widerstehen können.
Die volumenbezogene Reinigungsleistung des BEM hängt von der Größe der Biofilmoberfläche ab. Das BEM sollte mindestens über eine spezifische Oberfläche von etwa 200 m2/m3 verfügen. Aufgrund der Biomassefixierung eignen sich die Kunststoffelemente unter anderem für die Eliminierung von schwerer abbaubaren Abwasserinhaltsstoffen, die nur von langsam wachsenden, spezialisierten Mikroorganismen abgebaut werden können.
In einer Ausführungsform weist der Behälter der Vorrichtung keine weiteren Öffnungen für Luftzufuhr (als die oben angeführten) auf. Dies ist wichtig, damit in dem Behälter ein Luftstrom ausgebildet werden kann. Auch sollte das Behältermaterial lichtundurchlässig sein, da es sonst zur Algenbildung auf bzw. im Biofilmträger- und Evaporationsmedium (BEM) kommt. Die Öffnung am unteren Ende des Schachts sollte in Bezug auf einen möglichst druckverlustarmen Gebläsebetrieb optimiert werden. Im Winterbetrieb, während keine Kälteerzeugung, aber noch immer eine Wasserbehandlung gefordert ist, sollte sich diese Öffnung verringern lassen, während auch das Gebläse mit einer Minimalgeschwindigkeit läuft. Dadurch kann einem Wasserverlust durch Verdunstung wie auch möglichen Frostproblemen entgegengewirkt werden.
Die Abmaße des Gehäuses bzw. Behälters sind flexibel und richten sich nach der geometrischen Situation am Aufstellungsort. Da die Abwasserströme eines Gebäudes meist im Erdgeschoss / Keller vereinigt und Klimaanlagen meist auf dem Dach oder an der Fassade aufgestellt werden, bietet es sich an, das System über die gesamte Gebäudehöhe zu erstellen. Je nach Anforderungen an die Wasserbehandlung (die Gesamtoberfläche des Biofilmträgermaterials hängt von der zu behandelnden Schmutzfracht ab) kann die Schachtkonstruktion vollständig oder auch nur teilweise mit BEM gefüllt hergestellt werden. Die Gesamtlänge des Schachtes ist beliebig, muss aber in Anbetracht des steigenden Strömungswiderstandes, gegen den das Gebläse arbeiten muss, optimiert werden.
Das Gebläse zieht die sich im Schacht durch Verdampfung isenthalp gekühlte Luft an der oberen Öffnung ab. Die gekühlte Luft kann zur Kühlung der Kondensationsseite eines Kompressionskältekreislaufes verwendet werden oder über einen Wärmetauscher einen Sekundärkreislauf kühlen. Die Gebläse- bzw. Lüftergeschwindigkeit wird durch eine variable Drehzahl durch eine geeignete Mess- und Regelungstechnik eingestellt. So befinden sich am Luftein- und -auslass Luftfeuchtigkeits- und Temperatursensoren. Abhängig von der erzielten Feuchtigkeitssättigung sowie der Auslasstemperatur wird der Luftvolumenstrom des Gebläses gesteuert. So wird bei einer sehr hohen Temperatur der in das Gehäuse eintretenden Umgebungsluft das Gebläse auf einen höheren Luftvolumenstrom eingestellt. Ist hingegen die Umgebungslufttemperatur niedrig und es besteht kein Kühlungsbedarf, dann schaltet das Gebläse auf Mindestdrehzahl, mit der noch eine ausreichende Durchlüftung für den Reinigungseffekt gewährleistet ist. Das Gerät kann in mehreren Betriebsweisen benutzt werden. Als eine Stellgröße bietet sich der vorhandene Kühlbedarf an. In der einfachsten Ausführung ist das Gebläse zeitgleich der Ventilator eines bereits vorhandenen Rückkühlers zur Gebäudeklimatisierung. Immer wenn dieser läuft, wird der Schacht zwangsbelüftet, und die den Schacht und den Rückkühler durchströmende Luft wird gekühlt und dieses führt so zu einer verringerten Stromaufnahme des Kompressors des Rückkühlers. Ein variables Gebläse könnte alternativ immer den Luftvolumenstrom fördern, der notwendig ist, um die Luft maximal isenthalp zu kühlen. Eine Limitierung der Gebläseleistung könnte durch die benötigte oder vorhandene Abwassermenge gegeben sein. Weitere Betriebsarten, wie Dauerbetrieb, Lebenshaltungsbetrieb der Mikroorganismen, o.Ä. sind einfach realisierbar.
Die Leistung des Gebläses B ist bevorzugt an Temperatur und Luftfeuchtigkeit an den Öffnungen zur Luftzufuhr und Luftabfuhr einstellbar. Das Gebläse beinhaltet einen elektrischen Antrieb, welcher nach Frequenz einstellbar ist. Die Frequenz wird automatisch auf Basis der oben beschriebenen Parameter eingestellt. Die Messtechnik sind die Sensoren, und die Steuerung erfolgt über die Frequenz des Gebläsemotors. Darüber werden die Abhängigkeiten der Regelparameter Volumenstrom / Luftfeuchte / Auslasstemperatur geregelt.
Luftfeuchtigkeitsgeregelte Lüfterfahrweise: In diesem Fall ist ein Temperatur - Luftfeuchtigkeitssensor an der Einströmöffnung und ein weiterer an der Ausströmöffnung vorgesehen. Damit wird die Überströmung des Biofilmträgers dahingehend optimiert, dass sich eine maximale Feuchte der Luft einstellt. Die Regelung muss aber auch noch einen zweiten Parameter haben, der mit in die Drehzahlregelung hineinspielt: den gewünschten Luftvolumenstrom. Denn wenn viel Luft gebraucht wird, um eine Klimaanlage zu kühlen, sollte die Regelung so einstellbar sein, dass sie auf die "möglichst große Menge mit möglichst großer Luftfeuchtigkeit" optimiert. Fall A: kleiner Luftvolumenstrom gefordert - Lüfter läuft langsam, damit Luftfeuchte größer 95% erreicht wird. Fall B: großer Luftbedarf gefordert - Lüfter läuft so schnell wie möglich, um immer noch mindestens z. B. 75% Feuchte und damit für den großen Luftvolumenstrom die größtmögliche Kühlung zu erreichen.
Die Gebläse- bzw. Lüftergeschwindigkeit kann durch eine automatische Fahrweise und einer geeigneten Mess-und Regelungstechnik optimiert werden. So befinden sich an der Luftzufuhr Öffnung Feuchtigkeits-&Temperatursensoren für die Umgebungsluft, die in einem direkten Kontakt mit der Produktluft stehen. Durch diese wird die Frequenz und somit den Luftvolumenstrom des Gebläses gesteuert. So wird bei einer sehr hohen Umgebungstemperatur und/oder niedrige Feuchtigkeit der in das Gehäuse eintretenden Umgebungsluft das Gebläse auf einen höheren Luftvolumenstrom eingestellt. Ist hingegen die Umgebungslufttemperatur niedrig und es besteht kein Kühlungsbedarf, dann schaltet das Gebläse auf Mindestdrehzahl um, aber so dass noch Ablaufwasserqualität durch Reinigung gewährleistet ist.
In einer anderen Ausführungsform kann die Luftzufuhr und Luftabfuhr bei einem konstant laufenden Gebläse durch Ansteuerung der beschriebenen Regelklappen geregelt werden. Dies wäre z.B. im Fall des Anschlusses einer normalen Klimaanlage von Vorteil, da das Gebläse für die Luftbewegung, in diesem Fall das Standardgebläse der Klimaanlage, nicht geregelt werden würde.
Die vorliegende Vorrichtung ist so zu dimensionieren, dass im Auslegungspunkt die austretende Luft auf mindestens 90% rel. Luftfeuchtigkeit befeuchtet wird. Der Auslegungspunkt ist der Zeitpunkt des höchsten Kälteleistungsbedarfs (in kW), z.B. der wärmste Tag, Tag mit höchster Sonneneinstrahlung oder Tag mit höchsten internen Lasten, oder der Zeitpunkt des höchsten geklärten Abwasserbedarfs. Desto länger der Schacht, desto größer kann die geförderte Luftmenge (sprich die bereitgestellte Kühlleistung) sein. Die maximale Größe des Schachtes richtet sich nach dem maximalen Luftvolumenstrom (Gebläsegröße) und nach dem Kälteleistungsbedarf. Die Kälteleistung wird durch die Strömungsgeschwindigkeit der Luft im Schacht begrenzt. Es ist sicherzustellen, dass der Luftstrom nicht zu Ablösungen des Biofilmträgers führt.
Die Kälteleistung definiert sich wie folgt: Kälteleistung = Luftvolumenstrom * Dichte * Wärmekapazität der Luft * maximale Temperaturdifferenz im Auslegungszeitpunkt zwischen Lufteintritt (Umgebungsluft) und auf 90% befeuchtete Schachtluft
Die Kapazität der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist variabel einstellbar und lässt sich z.B. an die Gegebenheiten beim Kunden anpassen. Über die Grundfläche der Schachtkonstruktion lassen sich Querschnitte entsprechend des Bedarfs anpassen. Dabei muss zum einen auf ausreichende Biofilmfläche zur biologischen Behandlung [ATV-DVWK-A 281 ] und zum anderen auf eine ausreichende Querschnittsfläche für eine verlustarme Luftführung [v < 6m/s] geachtet werden.
Die Länge bzw. die Höhe der Behältervorrichtung hängt davon ab, wie stark die biologische Reinigung des Abwassers ausfallen soll bzw. wieviel Abwasser verdunstet werden soll. Beides hängt zusätzlich von weiteren Parametern ab, wie Temperaturen, Abwasserinhaltsstoffen, Frachtverlauf (Schwankungen), Luftvolumenstrom. Je länger dieser Teil ist, desto höher muss bei einer vertikalen Anlage auch das Abwasser befördert und auf dem BEM verrieselt werden und somit mehr Energie in Anspruch genommen werden. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, innerhalb des Schachtes die Höhe des BEM möglichst gering zu halten, aber gleichzeitig die notwendige Oberfläche für den Biofilm zur Verfügung zu stellen sowie das Verstopfen und unnötigen Druckverlust zu vermeiden. Wenn es die verfügbare Standfläche in einem urbanen Kontext nicht zulässt, oder weil eine Kombination mit der Funktion eines Luftschachts möglich ist, kann auch höher gebaut werden. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Vorrichtung umfasst die Berieselungsanlage mehrere Sprühdüsen, die eine feine Verteilung des Abwassers über das Biofilmträger- und Evaporationsmedium (BEM) ermöglichen.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die vorliegende Vorrichtung mindestens einen Aufnahmebehälter für das ungereinigte Abwasser und das durch über das Biofilmträger- und Evaporationsmedium (BEM) rieselnde Abwasser. Der Aufnahmebehälter weist einen Anschluss für das zu reinigende Abwasser auf. Die Zufuhr des zu reinigenden Abwassers wird durch mindestens ein Ventil gesteuert. Der Aufnahmebehälter dient ebenfalls der Aufnahme des durch das BEM rieselnden (jetzt teilweise biologisch gereinigte) Abwassers. Bioschlamm sammelt sich am Boden des Behälters an und wird aus dem Behälter abgeführt. Die Abfuhr des Bioschlamms aus dem Aufnahmebehälter wird durch ein weiteres Ventil gesteuert.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Vorrichtung ist mindestens eine Pumpe zum Führen des Abwassers, insbesondere aus dem Aufnahmebehälter, über mindestens eine Druckleitung zu der mindestens einen Berieselungsanlage vorgesehen.
Bevorzugt umfasst die vorliegende Vorrichtung Ventile zur sequentiellen Fahrweise der Vorrichtung. So sind an der Druckleitung mindestens zwei Ventile vorgesehen, wobei ein Ventil am unteren Ende der Druckleitung nahe der Pumpe am Aufnahmebehälter und ein Ventil am oberen Ende der Druckleitung nahe der Berieselungsanlage zur Steuerung des Betriebswassers aus dem Aufnahmebehälter zur Berieselungsanlage oder zum Nachklärbehälter angeordnet sind. Letzteres Ventil ist bevorzugt als Dreiwegeventil ausgebildet.
Die vorliegende Vorrichtung kann auch mindestens einen Nachklärbehälter zur Aufnahme von gereinigtem Abwasser aufweisen. Im Nachklärbehälter setzt sich weiterer Bioschlamm ab und das gereinigte Abwasser wird abgetrennt. Das biologisch gereinigte Abwasser wird aus dem Nachklärbehälter zur weiteren Verwendung z.B. zur Bewässerung von Pflanzen abgeführt. Der sich im Nachklärbehälter absetzende Schlamm wird aus dem Nachklärbehälter über eine Leitung mit mindestens einem weiteren Ventil z.B. in die Kanalisation abgeführt.
In einer weiteren bevorzugten Variante der vorliegenden Vorrichtung wird die Funktion des Biofilmträger- und Evaporationsmediums (BEM) mit mindestens einem Wärmeübertragungssystem kombiniert. BEM und Wärmeübertragungssystem können zusammen in einem Behälter oder getrennt in jeweils einem eigenen Behälter vorgesehen sein.
Die Kombination ermöglicht die Versorgung eines sekundären Kühlkreises. Eine Möglichkeit ist die Nutzung eines Luft-Luft-Wärmeübertragers um die Zuluft in ein Gebäude durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zu kühlen oder in ein DEC (Dessicative and Evaporative Cooling)-Vollklimasystem einzubetten.
Es ist bevorzugt, wenn das mindestens eine Wärmeübertragungssystem aus Wärmeaustauschmatten, insbesondere aus Kapillarohrmatten besteht. Kapillarrohrmatten bestehen typischerweise aus Kunststoff aus mindestens einem Verteilerrohr, einem Sammelrohr und dazwischen verlaufenden flexiblen Kapillarrohren. Durch die Kapillarrohre wird eine Kühlflüssigkeit bzw. Kühlmittel zum Beispiel aus einer Wärmetauschanlage geführt. Das Kühlmittel kann der Abkühlung einer weiteren Flüssigkeit in der Wärmeaustauschanlage dienen. Entsprechend ist das mindestens eine Wärmeübertragungssystem bevorzugt mit einer Wärmetauschanlage, insbesondere einem Kühlmittelkreislauf gekoppelt. Die adiabatisch abgekühlte Luft strömt an den Kapillarrohren vorbei und kühlt dabei die im Inneren der Kapillarrohen geführte Kühlflüssigkeit ab.
Eine einfache Kombination aus Wärmeüberträger, der über ausreichende Korrosionsbeständigkeit verfügt, und Wasserbehandlung lässt sich durch den gemeinsamen Einbau von Kapillarrohrmatten und Biofilmträgerstreifen realisieren, wodurch ein zu kühlender, geschlossener Fluidstrom an in dem sich durch Verdunstung abkühlenden BEM-Bereich gekühlt werden kann.
Durch die Kapillarrohre wird eine Kühlflüssigkeit bzw. Kühlmittel zum Beispiel aus einer Wärmetauschanlage geführt. Das Kühlmittel kann zur Kühlung eines weiteren Kreislaufs über einen Wärmetauscher genutzt werden. Kapillarrohrmatten sind dabei nur ein spezieller Typ von Wärmeaustauschern. Es können auch andere Wärmeaustauscher verwendet werden. Wichtig ist, dass die verwendeten Wärmeaustauscher eine hohe Beständigkeit gegenüber dem Abwasser (Korrosion, Abrasion etc.) sowie eine hohe Oberfläche zur Wasserreinigung und -Verdunstung aufweisen.
Die vorliegende Vorrichtung ermöglicht die Durchführung eines Verfahrens zur gleichzeitigen biologischen Reinigung von Abwasser, insbesondere Abwasser mit biologisch abbaubarer Belastung, und Bereitstellung von gekühlter Luft unter Verwendung einer (oben beschriebenen) Vorrichtung umfassend die Schritte:
- Durchführen eines Luftstromes durch den Behälter von einer Luftzufuhröffnung durch entlang des im Behälters vorgesehenen Biofilmträger- und Evaporationsmediums (BEM) zur oberen Luftabfuhröffnung und Einstellen des Luftstromes unter Verwendung des Gebläses B;
- Zuführen von Abwasser, insbesondere von Abwasser mit biologisch abbaubarer Belastung Grauwasser, in die Berieselungsanlage S,
- Aufbringen des Abwassers auf das Biofilmträger- und Evaporationsmedium (BEM) durch die Berieselungsanlage S; wobei das Abwasser entlang des Biofilmträger- und Evaporationsmediums (BEM) durch den Behälter geführt wird und dabei zumindest teilweise den Luftstrom kühlt; und
- Auffangen oder Abführen des entlang des Biofilmträger- und Evaporationsmediums (BEM) geführten Abwassers.
In dieser Ausführungsvariante werden der Luftstrom und das Abwasser bevorzugt im Gegenstrom geführt.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte:
- Einführen eines Luftstromes durch eine Öffnung zur Luftzufuhr in einen ersten Bereich des mit mindestens einen Strömungsleitmittel versehenen Behälters und Einstellen des Luftstroms im Behälter unter Verwendung von mindestens einem Gebläse;
- Durchführen des Luftstromes entlang des im ersten Bereich des Behälters vorgesehenen Biofilmträger- und Evaporationsmediums (BEM),
- Zuführen von Abwasser, insbesondere von Abwasser mit biologisch abbaubarer Belastung Grauwasser, in die im ersten Bereich des Behälters vorgesehene Berieselungsanlage S,
- Aufbringen des Abwassers auf das Biofilmträger- und Evaporationsmedium (BEM) durch die Berieselungsanlage S; wobei das Abwasser entlang des Biofilmträger- und Evaporationsmediums (BEM) mit dem Luftstrom geführt wird und dabei zumindest teilweise den Luftstrom kühlt;
- Umlenken des gekühlten Luftstromes durch das Strömungsleitmittel in den zweiten Bereich des Behälters und Abführen des gekühlten Luftstromes durch mindestens eine im zweiten Bereich des Behälters vorgesehene Öffnung zur Luftabfuhr; und
- Auffangen oder Abführen des entlang des Biofilmträger- und Evaporationsmediums (BEM) geführten Abwassers. In dieser Ausführungsvariante werden der Luftstrom und das Abwasser bevorzugt im Gleichstrom durch den ersten Behälterbereich geführt.
In einer bevorzugten Variante des vorliegenden Verfahrens wird der den Behälter verlassende gekühlte Luftstrom zur Kühlung der Kondensationsseite eines Kompressionskältekreislaufes oder nach Durchleiten durch einen Luft-Luft Wärmetauscher zur Kühlung von einem weiteren Luftstrom zur Abkühlung von Räumen verwendet.
In einer weiteren bevorzugten Variante des vorliegenden Verfahrens wird durch das mindestens eine Wärmeübertragungssystem ein Kühlmittel einer Wärmetauschanlage geführt wird, wobei das Kühlmittel in dem Wärmeübertragungssystem durch den durch den Behälter geführten Luftstrom abgekühlt wird.
Als eine noch weitere bevorzugte Variante wird als Zuluft für den BEM-Schacht eine trockenere und eventuell bereits vorgekühlte Zuluft (z. B. die Abluft eines Gebäudes) eingesetzt. Durch den zusätzlich gesenkten Feuchtigkeitsanteil bzw. Vorkühlung können durch diese Variante noch deutlich niedrigere Lufttemperaturen im Schacht erreicht und dadurch vollständige Gebäudekühllasten abgeführt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur gleichzeitigen biologischen
Reinigung von Abwasser und Bereitstellung von gekühlter Luft;
Figur 2 eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zur gleichzeitigen biologischen Reinigung von Abwasser und Bereitstellung von gekühlter Luft;
Figur 3 eine dritte Ausführungsform einer Vorrichtung zur gleichzeitigen biologischen Reinigung von Abwasser und Bereitstellung von gekühlter Luft;
Figur 4 A, B eine vierte Ausführungsform einer Vorrichtung zur gleichzeitigen biologischen Reinigung von Abwasser und Bereitstellung von gekühlter Luft;
Figur 5 eine fünfte Ausführungsform einer Vorrichtung zur gleichzeitigen biologischen Reinigung von Abwasser und Bereitstellung von gekühlter Luft; Figur 6 eine sechste Ausführungsform einer Vorrichtung zur gleichzeitigen biologischen Reinigung von Abwasser und Bereitstellung von gekühlter Luft;
Figur 7 eine siebte Ausführungsform einer Vorrichtung zur gleichzeitigen biologischen Reinigung von Abwasser und Bereitstellung von gekühlter Luft;
Figur 8 eine achte Ausführungsform der Vorrichtung zur gleichzeitigen biologischen Reinigung von Abwasser und Bereitstellung gekühlter Luft; und
Figur 9 A, B eine Verwendungsform einer Vorrichtung zur gleichzeitigen biologischen Reinigung von Abwasser und Bereitstellung von gekühlter Luft
Figur 1 zeigt eine Basisausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Es sind die grundlegenden Komponenten (Gehäuse K bzw. Behälter, Berieselungsanlage S, Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM, Gebläse B) vorhanden, um Kühlung von Luft und gleichzeitig in derselben Konstruktion eine aerob-biologische Wasserreinigung zu bewirken. Die Anlage kann mit Abwasser betrieben werden.
Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung dient der gleichzeitigen Bereitstellung von gekühlter Luft (z. B. für die Unterstützung der Gebäudeklimatisierung) und biologisch und physikalisch aufbereitetem Wasser. Die integrierte Reinigung von verunreinigtem Wasser erfolgt durch ein Tropfkörperverfahren in einem Gehäuse K, wobei die Inhaltsstoffe des Abwassers durch die Mikroorganismen des auf dem Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM gebildeten Biofilm abgebaut werden. Hierzu wird das Abwasser A zunächst in den Aufnahmebehälter T1 eingeführt, von dort über die Druckleitung mit der Pumpe P1 zur Sprühvorrichtung S gepumpt und über das Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM versprüht. Die Sauerstoffversorgung der Mikroorganismen wird durch den durch das Gebläse B im Gehäuse K erzeugten Luftstrom gewährleistet, wobei eine Teilevaporation des Abwassers durch Luftzufuhr (aus vorgekühlter oder Umgebungsluft) erfolgt. Als Betriebsmittel (A) kann Trinkwasser bis hin zu Abwasser verwendet werden, wobei Letzteres wie beschrieben aerob biologisch aufbereitet wird. Im Falle von Abwasser A aus dem Hausnetz erfolgt der Zulauf aus dem unteren Behälter T1 . Die Schachtkonstruktion des Gehäuses K ist so angebracht, dass durch einen Unterdrück ein Luftzug entsteht, ohne dass Luft aus dem Verdampfer- bzw. Biofilmträger- und Evaporationsmedium (BEM) aus dem Schacht oder der Öffnung im unteren Teil des Gehäuses K austritt. Im oberen Teil wird die isenthalp gekühlte Luft D abgezogen und kann verwendet werden, z. B. für die Kühlung der Kondensationsseite eines Kompressionskältekreislaufes eines Rückkühlers (siehe Tabelle 1 der möglichen Energieeinsparungen) oder um mit einem Kreuzstrom-Wärme-Überträger die Gebäude-Zuluft vorzukohlen. Im unteren Teil der Anlage wird das durch das Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM durchrieselnde Wasser im Aufnahmebehälter T1 gesammelt und mit der Pumpe P1 in den Kreis wieder eingeführt. Die Ventile (V1 , V2, V3, V4, V5) in der Figur 2 dienen einer sequentiellen Anlagenfahrweise, um gezielt sauberes Wasser nach der Behandlung im Nachklärbehälter T2 durch Vor- und Nachklärung anzusammeln und auf konzentrierten Schlamm R aus dem System, z. B. in die Kanalisation, zu entfernen.
In Figur 3 ist parallel zum Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM ein Wärmeübertragungssystem N, z. B. in Form einer Kapillarrohrmatte, vorgesehen. Das Wärmeübertragungssystem N dient ebenfalls als Oberfläche für die abbauaktive Biomasse, und gleichzeitig wird eine durch das System N fließende Flüssigkeit abgekühlt. Es werden somit Synergieeffekte genutzt. Das Wärmeübertragungssystem N kann BEM überflüssig machen, wenn N zusätzlich die Eigenschaften von BEM beinhaltet, also die des Biofilmträger und Evaporationsmediums.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren rieselt das zu behandelnde Wasser schwallweise über möglichst große Oberflächen, auf denen die Reinigung des verschmutzten Wassers stattfindet. Durch die große Oberfläche verdunsten gleichzeitig größere Mengen Wasser, wodurch gerade bei heißer, trockener Außenluft eine deutliche isenthalpe Luftabkühlung eintritt. Durch Nutzung von Kapillarrohrmatten N als Biofilmträger, durch die ein Kühlmedium mit der Pumpe P3 gefördert wird, kann der Wasserreinigungsprozess zur Wärmeabfuhr H bei der Gebäudekühlung genutzt werden.
Der Verfahrensteil der isenthalpen Kühlung mit Gebäudeklimatisierung nutzt die bei der Verrieselung des Abwassers entstehende Verdunstungskälte zur Abkühlung des in den Kapillaren der Kapillarrohrmatten zirkulierenden Kühlwassers. Beschleunigt werden soll dieser Prozess noch durch eine gezielte Luftströmung mittels Zusatzlüfter entlang des Kapillarrohrmattensystems, um die Verdunstungsleistung und die biologische Abwasseraufbereitung zu intensivieren. Figur 4 A zeigt den Aufbau einer Weiterentwicklung der in Figur 2 beschriebenen Anlage (ohne Darstellung der vor- oder nachgeschalteten Behälter) mit einer verbesserten Luftführung. Im unteren Drittel ist der batch-weise befüllte Tank mit Wasserstand und Zirkulationspumpe zu sehen. Diese Pumpe fördert Wasser über ein Steuerventil ans obere Ende eines Schachts zu einer Wasserteilung, die oberhalb von Biofilmträgerstreifen angebracht ist. Von dort rinnt es die Biofilmträger-Oberflächen zur biologischen Behandlung hinunter und gelangt zurück in den Tank erneut zur Zirkulationspumpe. Um die geruchsbelastete Luft zuverlässig übers Dach abführen zu können, kann die Vorrichtung die gesamte Gebäudehöhe mit mindestens zwei Luftschächten überspannen. Für eine kontrollierte Luftführung durch die zwei Schächte werden ein Gebläse und zwei Regelklappen benötigt. Das Gebläse kann auch durch den Kondensatorteil mir Gebläse einer oder mehreren vorhandenen Klimaanlagen überflüssig werden, dies wird weiter in Figur 5 erläutert. In Figur 4B sind zwei verschiedene Luftführungen dargestellt, unterteilt je nachdem ob gerade Wasser zirkuliert. Wenn ja (1 )), gelangt trockenheiße Umgebungsluft zur Verdunstungskühlung über die obere Regelklappe in den Schacht. Ein Gebläse am oberen Ende des linken Schachts sorgt für eine U-förmige Luftbewegung durch das System. Durch eine Richtungsumkehr über der Wasseroberfläche wird eine Aerosolbildung durch Tropfenscheidung vermieden, während zuvor die natürliche Abwärtsbeschleunigung der durch den Abkühleffekt dichter werdenden Luft ausgenutzt wird. Wird gerade kein Wasser zirkuliert (2)), ändert sich die Luftführung, um den Tropfkörper vor dem Austrocknen zu schützen. Am unteren Ende des linken Schachts öffnet sich eine zweite Regeklappe während die erste sich schließt. So wird weiter sichergestellt, dass geruchsbelastete Luft abgezogen wird, während zum Erhalt des Reinigungseffekts die Biofilmoberflächen weiter feucht und damit biologisch aktiv bleiben.
Figur 5 zeigt schematisch 3 typische Anwendungsmöglichkeiten der Kühlfunktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach dem Aufbau wie in Figur 4A. Je nach angeschlossener Klimaanlage wie in A) und B) in Fig 5 kann ein zusätzliches Gebläse entfallen, wenn diese bereits die notwendige Luft durch den Schacht ziehen können. Für den Anschluss auf dem Dach kommen bei größeren Anlagendimensionen auch große Klimaanlagen in Frage, solange der Kühlluftbedarf und die für die Verdunstung zur Verfügung stehende Wassermenge in der gleichen Größenordnung liegen. Alle hier beschriebenen Optionen zur Nutzung der Verdunstungskühlung beschränken sich absichtlich auf additive Anwendungen zur Gebäudetechnik. Im Falle eines Funktionsausfalls stellen sie für angeschlossenen Klimasysteme keine Betriebsprobleme dar, weshalb sie für einen Markteintritt als besonders geeignet erscheinen. Es sind drei Varianten dargestellt, wie die Kühlnutzung entweder Kompressionskälteanlagen unterstützen (siehe„Vorkühlung von Klimaanlagen“) oder einen Frischluftstrom über einen schematisch dargestellten Luft-Luft Wärmetauscher (siehe „Kühlung über einen Luft-Luft Wärmetauscher“) kühlen können. Bei trockener Hitze gelangt bspw. Luft mit 40°C und 20 % rel. Luftfeuchtigkeit über die obere Regelklappe in den Schacht. Es erfolgt eine Befeuchtung von 20 % auf 90 % wobei sich die Luft um 15°C abkühlt.
Werden nun wie in Variante A) der Fig 5 dargestellt Raumklimaanlagen oder auch Roof Top- Split Systeme mit ihren Gebläsen an den Aufstiegsschacht (links) angeschlossen, so profitieren sie von der vorgekühlten Luft und sorgen für die erforderliche Luftbewegung in der Anlage. Bei gängigen Raumklimaanlagen liegt die maximale Leitungslänge zwischen der Raumkühleinheit und der Kompressoreinheit zur Wärmeabfuhr bei 15 Metern. Bei zweigeschossigen Gebäuden stehen Raumklimaanlagen daher oft noch auf dem Dach und können am oberen Schachtende zusammen angeschlossen werden. Bei höheren Gebäuden hängen sie durch die Leitungslängeneinschränkung direkt an Fassaden, was oft unästhetisch anzusehen ist.
Um auch diese entsprechend Variante B) anzuschließen, ohne die sichere Luftableitung zu vernachlässigen, können sie in einen parallelen, dritten Schacht gehängt werden. So können sie in beliebiger Höhe aus dem Aufstromschacht vorgekühlte Luft beziehen, während der dritte Schacht die Luft aufs Dach ableitet. Durch diesen Aufbau können zum einen dazu auch Lärm und Abwärme aufs Dach abgeleitet werden. Zum anderen ergeben sich neue Möglichkeiten die Klimaanlagen architektonisch zu integrieren.
Variante C der Fig. 5 zeigt als alternative Option (siehe„Luft-Luft Wärmetauscher“), dass die kühle, geruchsbelastete Luft über einen Luft-Luft-Wärmetauscher dazu genutzt werden kann, um saubere Umgebungsluft zu kühlen. Im Falle einer zentralen Luftversorgung eines Gebäudes lässt sich die Zuluft bereits vorkühlen, bevor sie weiter heruntergekühlt wird. Darüber hinaus lässt sich auch wenn noch keinerlei Klimasysteme installiert sind, über diese Konstruktion ein kühler Luftstrom erzeugen und in Gebäude - oder auch Zeltkonstruktionen leiten.
Figur 6 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Figur 4 erweitert um einen innenliegenden Filter zur Abtrennung von Primärabfall über z.B. einen groben Filter wie ein Sack mit 1 ,5mm Maschenweite.. Diese Funktion ist parallel auch für die 3 Kühlfunktionsvarianten aus Figur 5 übertragbar. Aktuelle Forschung zum Einsatzpotential des Tropfkörperverfahrens heben eine gesteigerte Raumumsatzleistung und vor allem extreme Robustheit und Energieeffizienz hervor. Die Tropfkörperfunktion wird durch die vorliegende Erfindung verbessert. Anstatt traditionelle Steinschüttungen oder voluminöse Kunststoffstrukturen ermöglichen hängende Kunststoffstreifen (BEM) verstopfungsfreie T ropfkörper gewichts- und vor allem transportvolumenoptimiert zu bauen. Dieses bisher nur in klassisch geformten Tropfkörpern genutzte Trägermaterial nutzt die Erfindung erstmals, um schlanke, hohe Strukturen über 30 m zu ermöglichen. Die Innovation liegt in der Inkaufnahme höherer Pumpenergie, um bei minimiertem Grundflächenbedarf Systeme in urbane Bebauung integrieren zu können und sowohl die Behandlungsschritte als auch die Wiederverwendung mit ein und derselben Pumpe leisten zu können. Die Abbildung zeigt, wie neben der biologischen Reinigung die weiteren für eine Wasserwiederverwendung erforderlichen Aufgabenstellungen umgesetzt werden.
Die Prozessschritte eines Behandlungszyklus werden zeitgesteuert nacheinander von einer Pumpe geleistet. Lediglich für die kontrollierte Wasserfassung in beliebiger Entfernung vom Aufstellungsort ist für den Zulauf eine weitere Pumpe notwendig. Schritt 1 in Figur 6 zeigt den Aufbau aus Figur 4 erweitert um eine Abwasserleitung, in dem ein Behälter zur Aufnahme der Zulaufpumpe (P2) eingelassen ist. Entsprechend der Platzverfügbarkeit kann dieser Tank bereits als Vorklärung und Sammelraum für Primärschlamm ausgelegt werden. Diese Installation muss über Tauchwände und eine Aufenthaltszeit von wenigstens 30 Minuten eine erste Feststoffabscheidung sicherstellen. Je nach dimensionierter Schlammsammelkapazität und Abwasserbeschaffenheit ergeben sich regelmäßige Wartungsintervalle. Zu Beginn eines Behandlungszyklus fördert, wie in Schritt 1 dargestellt, die Zulauf-pumpe (P2) das Roh- Abwasser zur Störstoffabscheidung über einen grobmaschigen Filter oder Rechen in den Zirkulationstank. Dieser Tank verfügt über einen Überlauf und einen Schlammablass zurück in die Kanalisation, um zum einen die Betriebssicherheit zu erhöhen und zum anderen bei einer Wartung den Behandlungsschlamm in die Kanalisation abzulassen. Die Zirkulationspumpe (P1 ) fördert das Wasser über den T ropfkörper, während die Luft wie in Figur 4 erläutert, befeuchtet wird. Durch die Kontaktzeit mit dem BEM während der Zirkulation erfolgt die biologische Reinigung des Wassers.
Je nach Anforderung an die Ablaufqualität kommen Vorrichtungen wie in Figur 6 ausschließlich für Bewässerungswasser zum Gebrauch in verdeckter Bewässerung und Vorrichtungen wie in Figur 7 zur vollständigen Aufbereitung mit Filtration / Desinfektion in Frage. Figur 7 entspricht der Vorrichtung nach Figur 6 erweitert um eine Tuchfiltration, ausgebildet als Filtersacksystem, für eine Nachklärungund ggf. eine Desinfektion je nach Anforderung an die Ablaufqualität, wie z.B. um Brauchwasserqualität nach deutschen Standards und Bewässerungswasser nach DIN 19650 bereitgestellt werden kann. Es zeigt wie nach Schritt 1 in Schritt 2 Überschussschlamm nicht mehr nur sedimentiert, sondern abfiltriert wird. Die Filtration des biologisch behandelten Wassers erfolgt in einer eigenen Gruppe von feinmaschigeren Filtern, z.B. Filtersäcke. Insbesondere, da die Vorrichtung eine Luftführung mitbringt, können die Filter nahe der unteren Regelklappe positioniert und im Prozess getrocknet werden. Dazu wird jeder Filter mit einer mechanischen Zulaufabschaltung ausgestattet. Wenn ein Filter beim Filtrationsprozess seine Kapazitätsgrenze erreicht hat, schaltet sich sein Zulauf ab. Durch eine Gruppierung mehrerer Filter lässt sich auch beim Abschalten einzelner Filter bis zum Ende des geplanten Wartungsintervalls weiterhin eine Filtration sicherstellen. Während Schritt 2 und 3 nach der Tropfkörperbehandlung liegt eine Luftführung zum Schutz des Biofilms gegen Austrocknung wie in Figur 4. rechts vor. Eine Luftbefeuchtung erfolgt dann über die trocknenden Filter. Durch die Trocknung kann die zu entsorgende Masse um >80% reduziert werden, während die Restfeuchte weiterhin für den Kühlprozess genutzt wird. Nach ausreichender Filtrationszeit im Zirkulationsbetrieb folgt als letzter Schritt eine Desinfektion über UV-Lichtröhren. Diese gängigen Geräte können bei einer vorausgehenden, ausreichenden Partikelabscheidung eine verlässliche Hygienisierung sicherstellen.
Figur 8 zeigt wie auch Figur 4, 5 und 6 den Aufbau einer Weiterentwicklung der in Figur 2 beschriebenen Anlage mit einer Luftführung um bei höheren Luftdurchsatzraten einen Austrag von Aerosolen zu vermeiden. Zur Kühlnutzung wurden in Figur 5 die Optionen Luftvorkühlung von Klimaanlagen-Kompressoreinheiten sowie die Frischluftkühlung mit einem Luft-Luft- Wärmetauscher eingeführt.
Figur 9A zeigt eine schematische Anordnung eines DEC (Dessicative and Evaporative Cooling) -Systems nach Stand der Technik und Figur 9B zeigt eine Anordnung mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Als Zuluft für die erfindungsgemäße Vorrichtung wird eine durch ein Dessikatormaterial entfeuchtete Luft eingesetzt. Durch den zusätzlich gesenkten Feuchtigkeitsanteil sowie der Nutzung der kühlen Abluft des Gebäudes über einen Wärmetauscher können durch die Vorrichtung noch deutlich niedrigere Lufttemperaturen im Schacht erreicht und dadurch vollständige Gebäudekühllasten abgeführt werden. Die eigentliche Zuluft zum Gebäude kann durch einen geeigneten Wärmeübertrager gekühlt werden. Im gezeigten Anlagenbespiel ist dies ein Luft-Luft- Wärmeübertrager. Alternativ kann über einen Sekundärkreislauf mit einem Kühlmedium der Zuluftvolumenstrom gekühlt werden.
Die unten angeführte Tabelle 1 zeigt den Einfluss unterschiedlicher Umgebungstemperaturen auf den Energiebedarf einer Split-Unit-Klimaanlage (auf Basis eines herkömmlichen Kompressionskältekreislaufes) mit unterschiedlichen Kältemitteln.
Zur Ermittlung der möglichen Reduzierung des Energiebedarfs für die Kompressoranlage mit gekühltem Lufteintritt werden die Ergebnisse von (Motta, S.Yana, Domanski, Piotr A., 2001 , Impact of elevated ambient temperatures on capacity and energy input to a vapor compression System - literature review) herangezogen. Sie vergleichen den Leistungskoeffizienten von Split-Unit- Klimaanlagen, betrieben mit den beiden Kältemitteln R-22 und R-410A. Da die Kältemittel unterschiedliche Temperaturoptima haben, führt die Wirkung der kühleren Ansaugluft für die Kompressoren zu unterschiedlichen Energieeinsparungen. Generell gilt: Je heißer die Umgebungstemperatur, desto niedriger ist die Energieeffizienz. Die vorliegende Erfindung kann insbesondere sehr warme, trockene Luft sehr effizient kühlen.
Es wurden mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung (ähnlich zum Ausführungsbeispiel der Figur 2) Temperaturdifferenzen von bis zu 15°C gemessen. Wenn nun die Kondensationsseite einer Split-Unit-Klimaanlage diese gekühlte Luft statt der warmen Umgebungsluft erhält, verbraucht der Kompressor weniger Energie. Die roten Zahlen in der folgende T abeile 1 zeigen wie sich der„Coefficient of Perforance verbessert durch eine 10°C bzw. eine 12°C Abkühlung der Zuluft: Ein Kompressor mit R-410A-Verfahren benötigt etwa 31 ,4% weniger Energie bei 28°C Zuluft anstatt bei 40 °C Zuluft für die gleiche Menge an übertragener Wärmeenergie. Im Vergleich zum Betrieb bei 35 'Ό benötigt das System 27% weniger Energie bei 25‘G Zuluft. Aus diesen Zahlen lässt sich ableiten, dass durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Einrichtung am Eingang eines konventionellen AC-Systems eine Gesamtenergieeinsparung von mindestens 20 % zu erwarten ist.
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Tabelle 1
Ausführunasbeispiel 1 gemäß Figur 2:
Im nachfolgend schrittweise beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 in der Auslegungsgröße bis 2 m3 Abwasser pro Tag kann zuverlässig ein gekühlter Luftstrom von 1500 m3/h mit einer T emperatur von 10 - 15 °C unter der Umgebungstemperatur bereitgestellt werden. Mit dem System kann sowohl Grauwasser als auch normales Rohabwasser auf eine Ablaufqualität von dauerhaft BSB5 <30 mg/L und CSB <100 mg/L geklärt werden, was beispielsweise ägyptischen oder jordanischen Wiederverwendungsnormen für Parks, Obstplantagen oder verschiedene Ackerkulturen entspricht. Durch einen Vorklärtank mit ausreichender Aufenthaltszeit gelangt vorgeklärtes Abwasser in die Anlage. Anschließend ermöglicht der Tropfkörper zwischen 65 und 90 % CSB-Abbau und vollständige Nitrifikation. Nach einem Zirkulationsdurchgang erfolgte eine 10minütige Absetzphase, was durch den gut absetzbaren Schlamm und die geringe Schlammproduktion des Tropfkörperverfahrens ausreichte, die zur Wiederverwendung erforderliche Schwebstoffkonzentration einzuhalten.
Betriebsphasen des Ausführungsbeispiels nach Figur 2:
1 . Füllung des Aufnahmebehälters T1 mit Abwasser A: Ventil V1 ist auf, Dreiwegeventil V3 ist nur nach links zum Schacht auf, Abwasser A läuft in Aufnahmebehälter T1 ; Pumpe P1 springt automatisch an, sobald genug Wasser im Aufnahmebehälter T1 vorhanden ist oder falls eine Vorklärung (Sedimentieren der absetzbaren Stoffe von A in T1 ) abgeschlossen ist; Ventil V2 kann ein Schwimmer der Pumpe P1 sein; Ablaufventile V4, V5, V6 sind geschlossen; Sprühvorrichtung S ist ohne Strom, die Verteilung des Wassers geschieht über Druck;
2. Ventil V1 schließt, sobald der Aufnahmebehälter T 1 mit Abwasser A gefüllt oder eine maximale Zeit erreicht (etwa 10 min) ist; falls ein hoher Primärschlammanteil anfällt, wird im Aufnahmebehälter T 1 eine Vorklärung vorgenommen;
3. Rezirkulation: 40 min rezirkuliert das Abwasser A über das Biofilmträgermedium BEM (und/oder das Wärmeübertragungssystem N). Ventile wie vorher: V3 nach links auf, V2 auf. V5 geht während der Rezirkulation für einige Minuten auf, um Schlamm aus dem Aufnahmebehälter n abzulassen;
4. Nachklärbecken T2: nach der Rezirkulation für 30-40 min werden für 5-10 min oder bis der Aufnahmebehälter T1 leer ist (also Schwimmerventil V2 schließt) die Ventile V5, V4, V1 , V6 geschlossen; Dreiwegeventil V3 wird nach rechts geöffnet, so dass das Wasser in den Nachklärbehälter T2 einläuft;
5. Nachklärung: Nachklärzeit bzw. Aufenthaltszeit (z.B. 10 min) richtet sich maßgeblich nach Abwasserbeschaffenheit und Volumenstrom (siehe Empfehlungen DWA Merkblätter); alle Ventile sind nun geschlossen; Pumpe P1 ist aus; das Gebläse B sollte reduziert bzw. heruntergefahren werden, falls hohe Verdunstungsrate und wenig Wasserdurchfluss vorliegen, sodass der Schacht nicht austrocknet (was zuerst während der Phase 4 auftreten würde); währenddessen kann das Ventil V4 automatisch für einige Minuten geöffnet werden, um Schlamm aus dem Nachklärbehälter T2 abzulassen. Durch die Nachklärung bildet sich eine „Klarwasserzone“ im Nachklärbehälter T2;
6. Ablauf: Biologisch-physikalisch gereinigtes Wasser F aus der Klarwasserzone wird nun mit Ventil V6 aus dem Nachklärbehälter T2 abgelassen;
7. Wiederholung mit Phase 1 iführungsbeispiel 2 gemäß Figur 8
Figur 8 zeigt nun ein Ausführungsbeispiel mit Luft-Luft-Wärmetauscher wobei in der oberen Abbildung die Fließwege a) Zulauf und b) Zirkulation zusammen mit maximaler Luftbefeuchtung bzw. Abkühlung dargestellt sind. In der unteren Abbildung sind die Fließwege c) Filtration des Behandlungsschlamms und d) Desinfektion/Speicherung des Ablaufs zusammen mit der reduzierten Luftbefeuchtung dargestellt, während der Biofilmträgerbereich zum Schutz vor Austrocknung nicht durchlüftet wird. Zur Auflistung der Prozessschritte wurden die Gebläse, Regelklappen, Ventile und Tanks mit Kürzeln versehen wie sie auch in Figur 1 /2/3 genutzt wurden. Betriebsphasen des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß Figur 8:
Zulauf (a) und Zirkulation (b)
1. Die gezielte Luftführung im System wird über die Regelklappen RK1 und RK2 sowie über das Gebläse B1 ermöglicht. Das am oberen Schachtende angebrachte Gebläse B1 saugt dauerhaft Luft aus dem System ab und sorgt für eine Abfuhr geruchsbelasteter Luft über das Dach. Während der Zulauf- & Zirkulationsphase ist die Regeklappe RK1 über der Wasserverteilung geöffnet während die Regelklappe RK2 nahe der Filtersäcke geschlossen ist. Dadurch ergibt sich eine Luftströmung durch das in dieser Betriebsphase wasserüberströmte Biofilmträgerevaporationsmaterial. Dadurch wird Umgebungsluft mit beispielsweise 40 'Ό und 20% relativer Luftfeuchtigkeit auf 90% rel. Luftf. befeuchtet und somit auf 25‘G abgekühlt. Durch den Aufbau mit einer Trennwand ergibt sich eine U-förmige Luftströmung die durch eine scharfe Richtungsumkehr nahe der Wasseroberfläche sicherstellt, dass kein Austrag von Wassertropfen durch das Gebläse B1 erfolgen kann. Auf dem Weg nach oben zu B1 passiert der gekühlte Luftstrom die Wärmeübertragerfläche des Luft-Luft-Wärmetauschers. Durch diese Konstruktion wird ein Frischluftstrom ohne Kontakt mit der geruchsbelasteten Luft von beispielsweise 40 °C auf 32 °C abgekühlt während sich der verdunstungsgekühlte Luftstrom von bspw. 25 G auf 29 °C erwärmt. Der geruchsbelastete Luftstrom bewegt aufwärts Richtung B1 bevor er am oberen Ende das System verlässt. Der Frischluftstrom wird mit einem weiteren Gebläse B2 im Gegenstrom geführt. Gebläse B1 ist dabei über Temperatur und Luftfeuchtigkeitssensoren am Ein- und Auslass regelbar. Gebläse B2 ist über Temperatursensoren am Ein- und Auslass regelbar.
2. Pumpe P2 ist in einem Vorklärtank mit direktem Abwasserdurchlauf installiert und füllt den Zirkulationstank T1 mit vorgeklärtem Abwasser. Gemäß Fließwegmarkierung a) passiert der Zulauf bevor er den Zirkulationstank T1 erreicht einen gröberen Filtersack. Dieser sorgt für die Abtrennung von Störstoffen, die sonst ggf. ein Verstopfen der Wasserverteilung S auslösen würden
3. Über einen Schwimmerschalter wird Pumpe P2 abgeschaltet bevor Tank T1 überläuft.
4. Während der Füllung von Tank T1 läuft Pumpe P1 bereits wobei das Ventil V3 so geschaltet ist, dass das Wasser zur Verteilkonstruktion S gelangt. Gemäß Fließwegmarkierung b) wird das zu behandelnde Wasser über das Biofilmträger- Evaporationsmaterial zirkuliert und gelangt wieder und wieder zur Pumpe P2. Basierend auf Vorversuchen wird eine für die biologische Behandlung ausreichende Zeitspanne für den Zirkulationsbetrieb festgelegt.
Ablauffiltration (c) und Desinfektion / Speicherung (d):
5. Sobald die biologische Behandlungsphase abgeschlossen ist, schaltet das Ventil V3 auf Fließweg c) um. Ab diesem Moment findet keine Überströmung des Biofilmträger- Evaporationsmaterials mehr statt. Um zu vermeiden dass der Biofilm austrocknet, wird die Regelklappe RK1 geschlossen und Regelklappe RK2 nahe des Filtersacksystems geöffnet. Während Gebläse B1 weiterläuft und weiter den Geruchsabzug sicherstellt wird nun Umgebungsluft im unteren Bereich des Systems eingesaugt und an den Filtersäcken vorbeigeführt. Diese Säcke sind entweder in Betrieb und dadurch grade frisch durchflossen worden oder sie sind durch die bereits beschriebene Ablaufabschaltung nach Erreichen ihrer Kapazitätsgrenze voll von zu trocknendem Behandlungsschlamm. In beiden Fällen kann auch durch die Filtersäcke eine Befeuchtung erfolgen und Umgebungsluft von beispielsweise 40 °C und 20% rel. Luftf. auf 32‘G und 45% rel. Luftf. abgekühlt werden. Über den Luft-Luft- Wärmetauscher lässt sich in diesem Fall ein Frischluftstrom von bspw. 40G auf 35G abkühlen.
6. Nach ausreichender Behandlung des Abwassers durch Zirkulation über den Biofilm schaltet wie bereits erwähnt Ventil V3 entsprechend der Fließwegmarkierung c). Während die Pumpe P1 weiterläuft, gelangt nun das behandelte Wasser zusammen mit der sich während dieses Behandlungsdurchgangs abgelösten Biofilm-Biomasse zum Filtersacksystem. Dieses für den Ablauf mit feinmaschigeren Filtersäcken ausgestattete Filtersacksystem dient zur Abscheidung der Biofilm-Biomasse in dem Pumpe P1 im Zirkulationsbetrieb den Inhalt des Tanks T 1 durch die Filter bewegt. Die Filtration läuft nach einer angepassten Zeitsteuerung basierend auf Vorversuchen bis eine ausreichende Abscheidung sichergestellt werden kann. Ist ein Sack voll, läuft er über was zum Auslösen einer Abschaltvorrichtung führt. Diese stellt sicher, dass die Filtration ab diesem Moment nur noch über die anderen Säcke erfolgt und der abgeschaltete Sack anschließend bis zur Entnahme im Luftstrom trocknen kann.
7. Nach dem Ablauf des Zeitintervalls für die Filtration schaltet Ventil V3 gemäß der Fließwegmarkierung d) um. Dadurch fördert Pumpe P1 nun den Inhalt von Tank TI über eine Desinfektionseinrichtung wie z.B. eine UV-Licht-Desinfektion in einen Speichertank T2. Je nach Wiederverwendungskonzept könnte das Wasser auch direkt einer Verwendung zugeführt werden, falls ein Zwischenspeichern nicht erforderlich ist. Wird ein Speicher T2 benötigt, sollte er über ein Entnahmeventil (V6), einen Schlammablass (V4) sowie einen Notüberlauf verfügen. Pumpe P1 fördert solange in Fließweg d) bis ein Schwimmerschalter das Erreichen des Minimum- Füllstands von T ank T 1 an die Steuerung meldet. Dieses Signal stellt das Ende eines Behandlungszyklus dar.
Falls der Schwimmerschalter in der Vorklärung meldet, dass Abwasser für den nächsten Behandlungszyklus zur Verfügung steht, wird anschließend
- durch die Steuerung V3 wieder auf Fließweg b) umgestellt
Pumpe P1 für die Zirkulation über das BEM eingeschaltet
Tank T 1 aus der Vorklärung über Pumpe P2 befüllt
- die U-förmige Luftströmung durch schließen von RK2 & öffnen von RK1 erzeugt

Claims

Ansprüche
1 . Vorrichtung zur gleichzeitigen biologischen Reinigung von Abwasser, insbesondere Abwasser mit biologisch abbaubarer Belastung, und Bereitstellung von gekühlter Luft umfassend
- ein Behälter mit einer Öffnung zur Luftzufuhr und einer Öffnung zur Luftabfuhr; ein in dem Behälter angeordnetes Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM;
- mindestens ein an einer der Öffnungen zur Luftzufuhr und/ oder Luftabfuhr, insbesondere an der Öffnung zur Luftabfuhr, des Behälters vorgesehenes Gebläse zur Erzeugung eines Luftstromes durch den Behälter entlang des Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM; und
- mindestens eine oberhalb des Biofilmträger- und Evaporationsmediums (BEM) vorgesehene Berieselungsanlage zum Aufbringen des Abwassers auf das Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM.
2. Vorrichtung zur gleichzeitigen biologischen Reinigung von Abwasser, insbesondere Abwasser mit biologisch abbaubarer Belastung, und Bereitstellung von gekühlter Luft nach Anspruch 1 , umfassend
- mindestens ein Behälter mit mindestens einem im Behälter angeordneten Strömungsleitmittel für eine Führung eines Luftstromes durch den Behälter; wobei das mindestens eine Strömungsleitmittel den Innenraum des Behälters in mindestens zwei Bereiche unterteilt; wobei in einem ersten Bereich mindestens ein Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM, oberhalb des Biofilmträger- und Evaporationsmediums (BEM) mindestens eine Berieselungsanlage S zum Aufbringen des Abwassers auf das Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM und mindestens eine Öffnung zur Luftzufuhr vorgesehen sind, wobei die Öffnung zur Luftzufuhr im ersten Bereich oberhalb der Berieselungsanlage S und des Biofilmträger- und Evaporationsmedium angeordnet ist, wobei in einem zweiten Bereich mindestens eine Öffnung zur Luftabfuhr vorgesehen ist, wobei an der mindestens eine Öffnung zur Luftzufuhr im ersten Bereich und/oder an der mindestens eine Öffnung zur Luftabfuhr im zweiten Bereich des Behälters mindestens ein Gebläse zur Erzeugung eines Luftstromes durch den Behälter entlang des Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Strömungsleitmittel als Wand ausgebildet ist, wobei die Wand oberhalb des Bodens des Behälters endet, so dass zwischen dem Boden des Behälters und dem unteren Ende der Wand ein Zwischenraum ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem mindestens einem ersten Bereich an der Öffnung zur Luftzufuhr mindestens eine erste ansteuerbare Regelklappe vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem mindestens einem zweiten Bereich mindestens eine zweite ansteuerbare Regelklappe vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung des Gebläses in Abhängigkeit von der Temperatur und Luftfeuchtigkeit an den Öffnungen zur Luftzufuhr und Luftabfuhr einstellbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ist durch mindestens ein Wasserverteilsystem gekennzeichnet, dass eine feine, homogene Verteilung über das Biofilmträger- und Evaporationsmaterial BEM auch bei ggf. mitgeförderten, partikulären Verschmutzungen sicherstellt.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen Aufnahmebehälter für über das Biofilmträger- und
Evaporationsmedium BEM rieselnde Abwasser.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Pumpe P1 zum Führen des Abwassers über mindestens eine Druckleitung zu der mindestens einen Berieselungsanlage S.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein Nachklärbehälter T2 zur Abgabe von gereinigtem Abwasser nach einer für die Nachklärung notwendigen Aufenthaltszeit.
1 1 . Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abscheidung von partikulären Verschmutzungen und des sich bildenden biologischen Behandlungsschlamms über mindestens ein Filtersacksystem erfolgt.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Vorklärbehälter
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Ventile, insbesondere elektrisch ansteuerbare Ventile zur sequentiellen Fahrweise der Vorrichtung.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM mit mindestens einem Wärmeübertragungssystem N kombiniert werden.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM und das mindestens eine Wärmeübertragungssystem N zusammen in dem mindestens einem Behälter oder getrennt in jeweils einem eigenen Gehäuse vorgesehen sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Wärmeübertragungssystem N aus Wärmeaustauschmatten, insbesondere aus Kapillarohrmatten besteht.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Wärmeübertragungssystem N mit einer Wärmetauschanlage, insbesondere einem Kühlmittelkreislauf H gekoppelt ist.
18. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur gleichzeitigen biologischen Reinigung von Abwasser mit biologisch abbaubarer Belastung und Bereitstellung von gekühlter Luft zur Unterstützung der Gebäudeklimatisierung.
19. Verfahren zur gleichzeitigen biologischen Reinigung von Abwasser, insbesondere Abwasser mit biologisch abbaubarer Belastung, und Bereitstellung von gekühlter Luft unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 umfassend die Schritte:
- Durchführen eines Luftstromes durch den Behälter von einer Luftzufuhröffnung durch entlang des im Behälter vorgesehenen Biofilmträger- und Evaporationsmediums BEM zur oberen Luftabfuhröffnung und Einstellen des Luftstromes unter Verwendung eines Gebläses;
- Zuführen von Abwasser, insbesondere von Abwasser mit biologisch abbaubarer Belastung, in die Berieselungsanlage,
- Aufbringen des Abwassers auf das Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM durch die Berieselungsanlage; wobei das Abwasser entlang des Biofilmträger und Evaporationsmediums BEM durch den Behälter geführt wird und dabei zumindest teilweise den Luftstrom kühlt; und
- Auffangen oder Abführen des entlang des Biofilmträger- und Evaporationsmediums BEM geführten Abwassers.
20. Verfahren nach Anspruch 19, umfassend die Schritte:
- Einführen eines Luftstromes durch eine Öffnung zur Luftzufuhr in einen ersten Bereich des mit mindestens einen Strömungsleitmittel versehenen Behälters und Einstellen des Luftstroms im Behälter unter Verwendung von mindestens einem Gebläse;
- Durchführen des Luftstromes entlang des im ersten Bereich des Behälters vorgesehenen Biofilmträger- und Evaporationsmediums (BEM),
- Zuführen von Abwasser, insbesondere von Abwasser mit biologisch abbaubarer Belastung Grauwasser, in die im ersten Bereich des Behälters vorgesehene Berieselungsanlage S,
- Aufbringen des Abwassers auf das Biofilmträger- und Evaporationsmedium (BEM) durch die Berieselungsanlage S; wobei das Abwasser entlang des Biofilmträger- und Evaporationsmediums (BEM) mit dem Luftstrom geführt wird und dabei zumindest teilweise den Luftstrom kühlt;
- Umlenken des gekühlten Luftstromes durch das Strömungsleitmittel in den zweiten Bereich des Behälters und Abführen des gekühlten Luftstromes durch mindestens eine im zweiten Bereich des Behälters vorgesehene Öffnung zur Luftabfuhr; und
- Auffangen oder Abführen des entlang des Biofilmträger- und Evaporationsmediums (BEM) geführten Abwassers.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, gekennzeichnet durch die Schritte:
- Durchführen eines Luftstromes durch den Behälter von einer Luftzufuhröffnung durch entlang des im Behälter vorgesehenen Biofilmträger- und Evaporationsmediums BEM zur oberen Luftabfuhröffnung und Einstellen des Luftstromes unter Verwendung des Gebläses und ggfs der Regelklappen;
- Einleiten von Abwasser, insbesondere von Abwasser mit biologisch abbaubarer Belastung, in den mindestens einen Aufnahmebehälter;
- Leiten des Abwassers aus dem Aufnahmebehälter über eine Druckleitung in die Berieselungsanlage wobei die Zufuhr in den Nachklärbehälter oder ggfs. Schlammfiltern geschlossen ist;
- Aufbringen des Abwassers auf das Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM durch die Berieselungsanlage; wobei das Abwasser entlang des Biofilmträger und Evaporationsmediums BEM durch das Gehäuse geführten Luftstrom geführt wird und dabei zumindest teilweise den Luftstrom kühlt; und
- Auffangen des entlang des Biofilmträger- und Evaporationsmediums BEM geführten Abwassers in dem mindestens einen Aufnahmebehälter und erneutes Einleiten und Aufbringen des Abwassers aus dem Aufnahmebehälter auf das Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM;
- Einleiten des gereinigten Abwassers in den Nachklärbehälter, Nachklärung für einen vorbestimmten Zeitraum und Ablassen des biologisch gereinigten Wassers aus dem Nachklärbehälter.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der den Behälter verlassene gekühlte Luftstrom zur Kühlung der Kondensationsseite eines Kompressionskältekreislaufes oder nach Durchleiten durch Luft-Luft Wärmetauscher zur Abkühlung von Räumen verwendet wird.
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