DE10301858A1

DE10301858A1 - Kleinkläranlage

Info

Publication number: DE10301858A1
Application number: DE10301858A
Authority: DE
Inventors: Christian Uphoff
Original assignee: Umwelttechnik Georg Fritzmeier GmbH and Co KG
Current assignee: Umwelttechnik Georg Fritzmeier GmbH and Co KG
Priority date: 2003-01-17
Filing date: 2003-01-17
Publication date: 2004-07-29
Also published as: WO2004065307A3; EP1587763A2; WO2004065307A2

Abstract

Offenbart ist eine Kleinkläranlage mit einem anaerob betriebenen Reaktor, einer Denitrifikations-/Nitrifikationsstufe und einem Sedimentationsraum, wobei der Anaerobreaktor mittig angeordnet ist, die Denitrifikations-/Nitrifikationsstufe und der Sedimentationsraum den Anaerobreaktor etwa ringförmig umgreifen, so dass die vorgenannten Stufen in Radialrichtung von innen nach außen durchströmt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine biologische Kleinkläranlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei der biologischen Abwasserbehandlung setzen Mikroorganismen die organisch verwertbaren Inhaltsstoffe des aufzubereitenden Abwassers zu Zellmaterial oder zu Gasen, wie beispielsweise CO₂, Methan, Schwefelwasserstoff und anderen um. Je nach Verfahrensführung unterscheidet man aerobe oder anaerobe Verfahren, wobei bei komunalen Abwässerkläranlagen in der Regel- die besser beherrschbaren aeroben Verfahren verwendet werden. Inbesondere in dünnbesiedelten Regionen lohnt es sich häufig nicht, eine zentrale Kläranlage zu betreiben, so dass dezentrale Lösungen angestrebt werden. Eine derartige dezentrale Abwasserreinigung kann beispielsweise durch Hauskläranlagen oder Ortsteilkläranlagen erfolgen. Insbesondere in den letzten Jahren wurden auf dem Gebiet der Konzeption derartiger Kleinkläranlagen große Fortschritte gemacht.
Unter www.3kplus.de wird eine abschnittsweise betriebene Kleinkläranlage mit SBR-Technologie (Sequenzing Batch Reaktor) beschrieben. Bei einer derartigen diskontinuierlich betriebenen Kleinkläranlage wird das zu behandelnde Abwasser in einem Festbett-reaktor aufbereitet. Dieser Festbettreaktor hat einen Festbettblock mit einer großen spezifischen Oberfläche, die als Aufwuchsfläche für eine Mikroorganismenpopulation wirkt. Das heißt, an der Oberfläche des Festkörpers bildet sich ein Biofilm aus, in dem eine Vielzahl von unterschiedlichen Bakterienarten nebeneinander auf sehr engem Raum zusammen leben können. Diese Bakterien treten in Wechselwirkung mit dem zu behandelnden Abwasser, wobei bei dem bekannten Verfahren dieser biologischen Reinigung eine mechanische Reinigungstufe vorgeschaltet ist. Durch eine Druckbelüftung wird der Behälterinhalt aus Belebtschlamm und Abwasser periodisch umgewälzt und die Mikroorganismen mit dem für den aeroben Reinigungsprozeß notwendigen Sauerstoff versorgt.
Je nach Anwendung kann sich an diese aerobe biologische Reinigung noch eine weitere Reinigungsstufe, beispielweise eine Nitrifikation und Denitrifikation anschließen, wobei im Betrieb zwischen anoxischen und aeroben Phasen gewechselt wird.
Nach dieser Nitrifikations- und Denitrifkationsphase folgt dann eine Sedimentation der festen Inhaltsstoffe (Belebtschlamm), so dass die Schlammphase von einer Klarwasserphase getrennt wird. Die Klarwasserphase und der verbleibende Überschussschlamm werden nach der Sedimentation abgezogen und gegenbenenfalls weiterbehandelt.
Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass der absatzweise Betrieb zunächst einen erheblichen verfahrenstechnischen Aufwand erfordert und des Weiteren ein großer Puffer vorgeschaltet werden muss, um den absatzweise Betrieb zu ermöglichen.
In dem Fachbuch Abwassertechnik, Hosang/Bischof, 11. Auflage, Teubner Verlag, 1998 sind weitere Kleinkläranlagen beschrieben, wobei neben diskontinuierlich betriebenen Kleinkläranlagen auch Anlagen beschrieben sind, bei denen – ähnlich wie bei einer kommunalen Kläranlage- mehrere Stufen, beispielweise eine Vorklärung, eine anaerobe biologische Behandlung und aerobe biologische Behandlung nacheinander geschaltet sind, wobei jeweils eigene Reaktoren verwendet werden. Derartige Lösungen erfordern einen erheblichen vorrichtungstechnischen Aufwand und Platzbedarf.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kleinkläranlage zu schaffen, die bei kompakten Abmessungen einem kontinuierlichen Betrieb ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine biologische Kleinkläranlage mit den Merkmalen des Patenanspruchs 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist ein im wesentlichen anaerob betriebener Bioreaktor zentral angeordnet und wird von einer Nitrifikations-/Denitrifikationsstufe und einem Sedimentationsraum umgriffen. Dass zu behandelnde Abwasser strömt bei der erfindungsgemäßen Lösung somit vom zentral angeordneten anaeroben Bioreaktor etwa in Radialrichtung {in der Draufsicht gesehen) nach außen in einen weiteren Bioreaktor (Nitrifikations-/Denitrifikationsstufe) und schließlich in den Sedimentationsraum, in dem die Trennung zwischen dem Überschussschlamm und der Klarwasserphase erfolgt. Die beiden Phasen werden dann aus diesen Sedimentationsraum abgezogen. Durch diese Strömungsführung von einem zentralen Zulauf zu dem anaeroben Bioreaktor, der Denitrifikations- /Nitrifikationsstufe und dem Sedimentationsraum nach aussen, kann die gesamte Anlage äußerst kompakt ausgebildet werden, wobei die Verbindung der einzelnen Stufen mit minimalem Aufwand ohne komplexe Rohrleitungssysteme ausgeführt werden kann.
Bei einer bevorzugten Lösung der Erfindung erfolgt die Verbindung zwischen den einzelnen Stufen (Bioreaktor Denitrifikations-/Nitrifikationsstufe und Sedimentationsraum) jeweils mittels eines Überlaufs. D. h., es sind keinerlei Pumpen oder dergleichen erforderlich, um die Abwasserströmung innerhalb der Kleinkläranlage aufrechtzuerhalten. Es ist lediglich erforderlich, durch geeignete Strömungsführung, beispielsweise durch Vorsehen einer Speisepumpe einen vorbestimmten Abwasservolumenstrom im Bereich des Zulaufs sicherzustellen. Die weitere Abwasserströmung ist durch geeignete Konstruktion der Überläufe bestimmt, ohne dass keine Energie von aussen zugeführt werden muss.
Die Eliminationsleistung der Kleinkläranlage lässt sich verbessern, wenn ein Teil des in der Denitrifikations-/Nitrifikationsstufe und im Sedimentationsraum behandelten Abwassers zur jeweils vorgeschalteten Stufe zurückgeführt wird.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist es besonders vorteilhaft, wenn dem anaeroben Bioreaktor eine Versäuerungsstufe vorgeschaltet ist, in der zur Steuerung und Stabilisierung der Versäuerung und Hydrolyse Mikroorganismen zugeführt werden.
Die Versäuerungsstufe wird vorzugsweise koaxial zum anaerob betriebenen Bioreaktor ausgebildet und ist mit diesem ebenfalls über einen Überlauf verbunden. Dabei wird es bevorzugt, wenn dieser Überlauf im Bodenbereich des anaeroben Bioreaktors mündet.
Die Zuführung des zu behandelnden Abwassers ist besonders einfach, wenn der Versäuerungsstufe oder dem Bioreaktor ein Abwasserzulauf vorgeschaltet ist, der einen Überlaufbehälter hat, dessen Überlauf ebenfalls bodenseitig in der nächsten Stufe, beispielsweise der Versäuerungsstufe mündet.
Ein derartiger Abwasserzulauf kann einen Mischbehälter aufweisen, der im Überlaufbehälter angeordnet ist und diesen über einen Überlauf speist.
In der Aerobstufe (Denitrifikation/Nitrifikation) wird vorzugsweise eine ringförmige Begasungseinheit zur Zuführung von dem für die Nitrifikation erforderlichen Sauerstoff vorgesehen.
Diese Stufe ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel durch ein Behältnis mit drei Teilräumen ausgebildet, die zickzackförmig von Innen nach Aussen durchströmt werden. Die Teilräume sind so ausgebildet, dass auch eine Rückströmung zum jeweils stromaufwärts liegenden Teilraum möglich ist und somit die Leistung der Kläranlage verbessert wird.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der anaerob betriebene Bioreaktor zwei in Achsrichtung übereinanderliegende Reaktorräume, zwischen denen eine Trägerschicht für Mikroorganismen ausgebildet ist. An dieser Trägerschicht bildet sich ein Biofilm aus, der die zum anaeroben Abbau erforderlichen Mikroorganismen enthält (Immobilisierung).
Diese Trägerschicht kann beispielsweise aus einer katalytisch wirkenden Keramik und/oder aus einem mit Aktivkohle beschichteten Trägermaterial bestehen.
Bei einer Variante der Erfindung besteht die Trägerschicht aus abwechselnd angeordneter Keramik und dem mit Aktivkohle beschichtetem Trägermaterial, die kaskadenförmig aufeinanderfolgend durchströmt werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Bioreaktor zu seinem Boden hin konisch erweitert sein, so dass im bodenseitigen Bereich eine geringere Strömungsgeschwindigkeit als in dem darüberliegenden Bereich vorliegt. Diese geringere Strömungsgeschwindigkeit des Abwassers unterstützt die Sedimentation von Feststoffpartikeln im Bioreaktor.
Bei einer derartigen Lösung wird es bevorzugt, wenn das Abwasser im Bereich des Bodens des Bioreaktors zugeführt wird, wobei dieser Boden dann konkav gekrümmt ausgebildet ist, so dass das Abwasser verwirbelt wird. Der Boden fällt dann zu seinen Randbereichen hin wieder ab, so dass ein Raum zur Ablagerung des Sediments zur Verfügung gestellt ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung haben der Bioreaktor und die aerobe Stufe in Achsrichtung gesehen einen im wesentlichen runden Querschnitt, während der diese beiden Stufen umgreifende Sedimentationsraum einen rechteckförmigen Aussenumfang aufweist.
Die Überläufe zur Verbindung einzelner Stufen können durch ein Überlaufrohr gebildet sein, das einen trichterförmigen Einlass und vorzugsweise auch einen trichterförmigen Auslass hat, der im Bodenbereich des stromabwärtigen Behältnisses mündet.
Als besonders Vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn zur biologischen Aufbereitung des Abwassers eine Mischkultur verwendet wird, die einen Anteil an photosynthetisch arbeitenden Mikroorganismen und Leuchtbakterien enthält. Derartige Mikroorganismen sind beispielsweise in der DE 101 49 447 A1 der Anmelderin beschrieben, so dass der Einfachheit halber auf die diesbezügliche Offenbarung verwiesen werden kann.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße biologische Kleinkläranlage und
2 eine Detaildarstellung eines Bioreaktors eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Kleinkläranlage.
1 zeigt einen Schnitt durch eine Kleinkläranlage 1, in der häusliches oder industrielles Abwasser gereinigt wird und die für eine Kapazität von 50 bis 1000 Einwohnergleichwerten ausgelegt ist. Die Kleinkläranlage 1 besteht im Prinzip aus einem Abwasserzulauf 2, einer Versäuerungsstufe 4, einem anaerob betriebenem Bioreaktor 6, einer diesen ringförmig umgreifenden Denitrifikations-/Nitrifikationsstufe 8, einem in der Draufsicht die vorgenannten Stufen umgreifenden Sedimentationsraum 10 sowie einem Schlammabzug 12 und einem Klarwasserablauf 14.
Gemäß 1 sind der Abwasserzulauf 2, die Versäuerungsstufe 4 und der anaerob betriebene Bioreaktor 6 koaxial zu einer Mittelachse 16 übereinanderliegend im Zentrum der Anlage 1 angeordnet. Die Denitrifikations-/Nitrifikationsstufe 8 und der Sedimentationsraum 12 umschließen den Bioreaktor 6, wobei in der Draufsicht der Zulauf 2, die Versäuerungsstufe 4 und der Bioreaktor 6 sowie die Denitrifikations-/Nitrifikationsstufe 8 jeweils einen etwa kreisförmigen Querschnitt haben, während der Sedimentationsraum in der Draufsicht vorzugsweise einen rechteckförmigen Querschnitt hat. Es ist jedoch auch möglich, den Sedimentationsraum 10 kreisförmig oder quadratisch auszubilden. Die Kleinkläranlage wird vorzugsweise aus Edelstahl hergestellt.
Das zu reinigende häusliche oder industrielle Abwasser gelangt über einen Kanal in einen nicht dargestellten Abwassersammelschacht, der zur Abpufferung von Mengenstößen und als Pumpvorlage dient. Eine in diesen Abwassersammelschacht eingebaute Pumpe, der optional eine Schneideinrichtung zum Zerkleinern von groben Abwasserinhaltsstoffen vorgeschaltet sein kann, fördert das Wasser dann zum in 1 dargestellten Abwasserzulauf 2. Bei besonderen Anforderungen ist es möglich, der im folgenden näher beschriebenen Kleinkläranlage 1 noch eine mechansiche Aufbereitungsstufe vorzuschalten, um den Anteil an Feststoffen im Abwasser zu verringern.
Der Abwasserzulauf 2 hat ein zentrales Zulaufrohr 18, über das das Abwasser einem Mischbehälter 20 zugeführt wird. Das Zulaufrohr 18 mündet knapp über dem Boden des Mischbehälters 20, so dass das zugeführte Abwasser beim Einströmen in den Mischbehälter 20 umgelenkt und stark verwirbelt wird. Diese in 1 angedeutete Verwirbelung führt dazu, dass mit dem Abwasser mitgeführter Schlamm sich teilweise bereits in den radial aussen liegenden Bereichen des Mischbehälters 20 absetzen kann. Diese Verwirbelung kann durch eine Schräganstellung der Zulaufrohrmündung 18 mit Bezug zur Mittelachse 16 unterstützt werden.
Der Mischbehälter 20 ist in einem Überlaufbehälter 22 angeordnet, so dass das aus dem Mischbehälter 20 überlaufende Abwasser in den Überlaufbehälter 22 einströmt. Dessen Kapazität ist so ausgelegt, dass eine gleichmäßige Beaufschlagung des Bioreaktors 6 unabhängig von der Fördermenge der Pumpe gewährleistet ist. Ein Teil des mitgeführten Schlammes setzt sich auch im Überlaufbehälter 22 ab, dieser Schlamm und der sich im Mischbehälter 20 befindliche Schlammanteil kann über einen nicht dargestellten Schlammabzug abgeführt werden. Der Überlaufbehälter 22 hat des Weiteren noch einen Rücklauf 24, über den überschüssiges Abwasser zurück zum Sammelschacht geführt werden kann.
Der Überlaufbehälter 22 ist über eine Trennwandung von der Versäuerungsstufe 4 getrennt. Das im Überlaufbehälter 22 vorgeklärte Abwasser wird mittels eines Überlaufrohrs 24 in die unterhalb des Überlaufbehälters 22 ausgebildete Versäuerungsstufe 4 geleitet. Das Überlaufrohr 24 hat einen auf dem Niveau des Wasserspiegels WSP des Überlaufbehälters 22 angeordneten trichterförmigen Einlass 26 und einen ebenfalls trichterförmigen Auslass 28, der im Bereich des Bodens der Versäuerungsstufe 4 mündet. Diese trichterförmigen Ein- und Auslässe 26, 28 können jeweils mit v-förmigen Einschnitten 30 versehen sein, durch die praktisch ein von der Höhe des Wasserspiegels abhängiger Zu- bzw. Ablaufquerschnitt gebildet ist.
Der Versäuerungsstufe 4 wird eine makrobiotische Mischkultur zugeführt, die einen Anteil an photosynthetisch arbeitenden Mikroorganismen und Leuchtbakterien oder ähnlich wirkenden lichtemittierenden Mikroorganismen enthält. Das Wechselspiel zwischen den photosynthetisch arbeitenden Mikroorganismen und den Leuchtbakterien führt dazu, dass die photosynthetisch arbeitenden Mikroorganismen durch das emittierte Licht zur Photosynthese angeregt werden. Die Mikroorganismen betreiben die Photosynthese mit Schwefelwasserstoff und Wasser als Edukt und setzen Schwefel bzw. Sauerstoff frei. Ferner können sie Stickstoff sowie Phosphat binden und organische sowie anorganische Materie abbauen. Hinsichtlich der konkreten Zusammensetzung dieser mikrobiotischen Mischkultur wird der Einfachheit halber auf die eingangs erwähnte DE 101 49 447 A1 oder die DE 100 62 812 A1 der Anmelderin verwiesen. Die im Bioreaktor 6 eingesetzten Mikroorganismen entsprechen denjenigen, die der Versäuerungsstufe zugeführt wurden.
Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Überlaufrohr 24 im Randbereich, d. h. im Abstand zur Mittelachse 16 des Überlaufbehälters 22 bzw. der koaxial zu diesem ausgebildeten Versäuerungsstufe 4 angeordnet.
In der Versäuerungsstufe 4 ist eine weiteres Überlaufrohr 32 angeordnet, über das das versäuerte und hydrolisierte Abwasser dem Bioreaktor 6 zugeführt wird. Dieses Überlaufrohr 32 ist koaxial zur Mittelachse 16 angeordnet und hat praktisch den gleichen Grundaufbau wie das Überlaufrohr 26. Der trichterförmige Einlass 26 ist in der Höhe des Wasserspiegels WSP der Versäuerungsstufe 4 angeordnet und der trichterförmige Auslass 28 mündet im Bodenbereich des Bioreaktors 6. D. h., sowohl die Versäuerungsstufe 4 als auch der Bioreaktor 6 werden von unten, d. h. vom Boden, nach oben zu ihrem jeweiligen Überlauf hin durchströmt.
Wie 1 entnehmbar ist, hat der Bioreaktor 6 zwei in Achsrichtung übereinander liegende Reaktorräume 34, 36, zwischen denen eine im folgenden noch näher beschriebene Trägerschicht 38 für Mikroorganismen angeordnet ist. Der den unteren Reaktorraum 34 begrenzende Reaktormantel ist kegelförmig von seinem Boden zur Trägerschicht 38 hin verjüngt. Durch diese Verringerung des Durchflussquerschnitts innerhalb des Bioreaktors 6 zur Trägerschicht 38 hin, stellt sich im Reaktor im Bereich des Bodens eine geringere Strömungsgeschwindigkeit als im Bereich der Trägerschicht 38 ein, so dass das Absetzen von Überschussschlamm im Bodenbereich unterstützt wird. Dieses Absetzen wird bei der erfindungsgemäßen Lösung durch eine besondere Bodengestaltung weiter verbessert. Dazu ist der Boden des Bioreaktors 6 im Mündungsbereich des trichterförmigen Auslasses 28 mit einem konkaven Verwirbelungsabschnitt 42 ausgebildet, in den der Auslass 28 eintaucht. Dieser sich zu seinen Randabschnitten hin aufwölbende Verwirbelungsabschnitt 42 geht dann in einen wieder zum Reaktormantel 40 hin abfallenden Bodenrand 44 über, durch den ein Absetzraum für den anaeroben Schlamm gebildet wird. Im Bereich dieses Bodenrandes 44 ist dann der in 1 angedeutete Abzug 46 für den anaeroben Schlamm vorgesehen.
Das durch das Überlaufrohr 32 in den Bioreaktor 6 eintretende Abwasser wird durch den konkaven Verwirbelungsabschnitt 42 verwirbelt, wobei sich der Schlamm bevorzugt in den Randabschnitten des Reaktors absetzt und am Bodenrand 44 sammelt. Das Abwasser strömt aufwärts hin zur Trägerschicht 38. Diese dient als Aufwuchskörper für die eingesetzten Mikroorganismen und hat entsprechend eine möglichst große spezifische Oberfläche. An dieser Trägerschicht 38 bildet sich ein Biofilm aus, durch den die eingesetzten Mikroorganismen immobilisiert werden.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die praktisch ein Festbett bildende Trägerschicht 38 aus porösen PU-Matten, die mit Aktivkohle oder einem sonstig geeigneten Trägermaterial beschichtet sind. Die im Biofilm immobilisierten anaeroben Mikroorganismen bauen die organischen Inhaltsstoffe nach den bekannten Vorgängen durch Mechanisieren ab. D. h., bei der Kläranlage gemäß 1 wird die acetogene Phase (Versäuerung) im wesentlichen in der Versäuerungsstufe 4 und die methanogene Phase im wesentlichen im Bioreaktor 6 durchgeführt.
Nach Durchströmung des Festbetts (Trägerschicht 38) gelangt das Abwasser in den oben liegenden Reaktorraum 36, dessen Umfangswandungen ebenfalls noch mit Trägermaterial 46 zur Ausbildung eines Biofilms und zur Immobilisierung von Mikroorganismen ausgekleidet ist. Das entstehende Biogas wird dann über eine in 1 angedeutete Gasmembran 48 aus der Kleinkläranlage 1 abgezogen und einer weiteren Verwendung zugeführt.
Durch die photokatalytisch wirkende Oberfläche der Aufwuchskörper (Trägerschicht 38, Trägermaterial 46) kommt es sehr schnell zu einer anoxygenen Photosynthese, so dass die organischen Bestandteile des Abwassers schnell abgebaut werden können.
Die Mikroorganismen wachsen während der Aufbereitung des Abwassers relativ schnell an den durch die Trägerschicht 38 und das Trägermaterial 46 gebildeten Aufwuchsflächen. Die Strömungsgeschwindigkeit im Reaktor ist dabei so eingestellt, dass durch die während der Strömung erzeugten Scherspannungen im Biofilm die überschüssige Biomasse abgelöst und der entstehende Überschussschlamm abgeführt wird – ein Zusetzen und Verstopfen der Aufwuchsflächen wird somit verhindert.
Der Reaktorraum 36 hat einen Überlauf, über den das Abwasser nach dem anaeroben biologischen Abbau organischer Bestandteile in eine weitere biologische Abbaustufe – die Denitrifikations-/Nitrifikationsstufe 8 überströmt. Diese Denitrifikations-/Nitrifikationsstufe – im folgenden D/N-Stufe genannt, ist durch einen Behälter realisiert, der durch zwei innenliegende Trennwandungen 50, 52 in drei Ringräume 54, 56, 58 unterteilt ist. Der Außenmantel 60 der D/N-Stufe ist kegelförmig ausgebildet und verjüngt sich zum Boden der Kläranlage 4 (nach unten in 1) hin. In dem mittleren Ringraum 56 wird eine Ringbelüftung 62 vorgesehen, so dass dieser Raum gelüftet werden kann. Diese kann bei besonderen Betriebsbedingungen entfallen. Die erforderliche Druckluft wird von einem Kleinverdichter erzeugt.
Das Abwasser strömt aus dem Reaktorraum 36 über den Überlauf in den innenliegenden Ringraum 54 ein und durchströmt diesen von oben nach unten. Das Abwasser gelangt dann in den sich trichterförmig verjüngenden Bodenraum 64 der D/N-Stufe und tritt von dort in den zu diesem Bodenraum 64 hin offenen, belüfteten mittleren Ringraum 56 ein. In diesem Ringraum 56 erfolgt dann eine Nitrifikation des Abwassers, d. h. es erfolgt eine mikrobielle Oxydation von Ammonium zu Nitrit und Nitrat.
Das Abwasser durchströmt den mittleren Ringraum 56 von unten nach oben und gelangt dann über einen Überlauf 66 in den aussenliegenden Ringraum 58. Aus diesem Ringraum 46 wird ein Teilstrom über einen weiteren Überlauf 68 in den Sedimentationsraum abgezweigt, während der verbleibende Anteil innerhalb des aussen liegenden Ringraums 58 nach unten zurück zum Bodenraum 64 strömt. Der Bodenraum 64 ist über eine Rückströmöffnung 70 mit dem unten liegenden Reaktorraum 34 verbunden, so dass ein Teil des sich im Bodenraum 64 befindlichen Abwassers nochmals zum anaerob betriebenen Bioreaktor 6 zurückgeführt wird, während ein weiterer Teil, wie mit den Pfeilen in 1 dargestellt ist, nochmals in den Ringraum 56 zurückströmt und dort nitrifiziert wird.
In dem innenliegenden Ringraum 54 erfolgt eine Denitrifikation, d. h. einer Reduktion des Nitrats zu gasförmigem Stickstoff. Wie vorstehend erwähnt, kann das Abwasser sowohl die anaerob betriebene Stufe als auch die aerob betriebene Stufe mit der vorgeschalteten Denitrifikation mehrfach durchlaufen, so dass sich der Wirkungsgrad der Anlage wesentlich verbessern läßt. Zur Anpassung an unterschiedliche Beladungen des Abwassers kann es vorteilhaft sein, die die Rückströmung bestimmenden Querschnitte über Stelleinrichtungen zu steuern.
Das durch den Überlauf 68 abströmende Abwasser gelangt dann in den Sedimentationsraum 10, der durch eine Trennwandung 72 in zwei Teilräume 74, 76 unterteilt ist. Das Abwasser strömt entlang des innenliegenden Teilraums 74 abwärts, wird im Bodenbereich umgelenkt und strömt dann im Teilraum 76 aufwärts zum Klarwasserablauf 14 hin. Der Sedimentationsraum 10 hat einen vergleichsweise großen Querschnitt, so dass geringe Strömungsgeschwindigkeiten vorliegen, die das Absetzen des Überschussschlamms unterstützen. Durch die in der Draufsicht rechteckförmige Ausgestaltung des Sedimentationsraums 10 und der damit verbundenen großen Querschnitte wird das Absetzen des Überschussschlamms weiter verbessert. Die Überschussschlamm wird dann über den Schlammabzug 12 beispielsweise über ein Saugrohr oder dergleichen abgezogen und das Klarwasser fließt über den Klarwasserablauf 14 ab. Dieser Klarwasserablauf 14 ist mit geeigneten Rückhaltevorrichtungen ausgeführt, über die noch im Abwasser enthaltene Feststoffe zurückgehalten werden können.
Die vorstehend beschriebene Kleinkläranlage zeichnet sich durch einen äußerst kompakten Aufbau aus, wobei die Eliminationsleistung durch die anaerobe Vorstufe (Bioreaktor 6) und die aerobe Nachbehandlung (Nitrifikation) optimiert ist. Die Versäuerung in der Versäuerungsstufe 4 wird durch die Zugabe der Mikroorganismen so gesteuert, dass kein oder nur sehr wenig Schwefelwasserstoff und andere unerwünschte Gase produziert werden. Die Anlage zeichnet sich des Weiteren durch einen minimalen Energieverbrauch aus, da zur Umwälzung der Stoffströme lediglich die Pumpe zur Zuführung des Abwassers und der Verdichter für die Belüftung erforderlich ist. Innerhalb der Kleinkläranlage sind keinerlei Pumpen erforderlich, um das Abwasser zwischen den einzelnen Stufen zu fördern. Durch die erfindungsgemäße Verfahrensführung entsteht vergleichsweise wenig und besser absetzbarer Überschussschlamm, der auf einfache Weise aus der Kleinkläranlage abgezogen werden kann.
In 2 ist eine weitere Möglichkeit zur Ausbildung von Aufwuchsflächen mittels des Trägermaterials 38 ausgebildet. Bei dieser Variante besteht das Trägermaterial 38 wechselweise aus einem großporigen Keramikmaterial, an das sich jeweils eine Schicht mit einem geeigneten Katalysator, beispielsweise einem mit Aktivkohle beschichteten PU-Trägermaterial 72 anschließt. Es können mehrere dieser Schichten nebeneinanderliegend vorgesehen werden, wobei die katalytisch wirkende Keramik vorzugsweise aus Titandioxyd hergestellt ist und einen Porendurchmesser von ca. 20 mm hat. Das PU-Trägermaterial ist vergleichsweise kleinporig und hat einen Porendurchmesser von 2 mm. Die einzelnen Schichten 70, 72 werden in der in 2 dargestellten weise kaskadenförmig nacheinander durchströmt, so dass eine äußerst große Aufwuchsfläche zur Ausbildung eines Biofilms zur Verfügung gestellt wird.
Die Strömung wird dabei durch die Keramikschicht 70 stabilisiert, während sich der Biofilm bevorzugt an der nächsten Schicht (PU-Trägermaterial/Aktivkohle) ausbildet, die durch die stabilisierte Strömung weniger zum Verstopfen neigt.
Offenbart ist eine Kleinkläranlage mit einem anaerob betriebenen Reaktor, einer Denitrifikations-/Nitrifikationsstufe und einem Sedimentationsraum, wobei der Anaerobreaktor mittig angeordnet ist, die Denitrifikations-/Nitrifikationsstufe und der Sedimentationsraum den Anaerobreaktor etwa ringförmig umgreifen, so dass die vorgenannten Stufen in Radialrichtung von Innen nach Aussen durchströmt werden.

1: Kleinkläranlage
2: Abwasserzulauf
4: Versäuerungsstufe
6: Bioreaktor (anaerob)
8: Denitrifikations-/Nitrifikationsstufe
10: Sedimentationsraum
12: Schlammabzug
14: Klarwasserablauf
16: Mittelachse
18: Zulaufrohr
20: Mischbehälter
22: Überlaufbehälter
24: Überlaufrohr
26: Einlass
28: Auslass
30: Einschnitt
32: Überlaufrohr
34: Reaktorraum
36: Reaktorraum
38: Trägerschicht
40: Reaktormantel
42: Verwirbelungsabschnitt
44: Bodenrand
46: Trägermaterial
48: Gasmembran
50: Trennwandung
52: Trennwandung
54: Ringraum
56: Ringraum
58: Ringraum
60: Aussenmantel
62: Ringbelüftung
64: Bodenraum
66: Überlauf
68: Überlauf
70: Rückströmöffnung
72: Trennwand
74: Teilraum
76: Teilraum
78: Keramik
80: PU-Trägerschicht

Claims

Biologische Kleinkläranlage mit einem im wesentlich anaerob betriebenen Bioreaktor (6) mit einem von Mikroorganismen besiedelten Festbett (38), einer Denitrifikations- und/oder Nitrifikationsstufe (8), einem Abwasserzulauf (2), einem Sedimentationsraum (10) und einem Klarwasserablauf (14) sowie einem Feststoffabzug (12, 24), dadurch gekennzeichnet, dass die Nitrifikations-/Denitrifikationsstufe (8) den zentral angeordneten Bioreaktor (6) ringförmig umgreift und der mit dem Klarwasserablauf (14) versehene Sedimentationsraum (10) die Denitrifikations- und Nitrifikationsstufe (8) umgreift, so dass das Abwasser vom zentralen Bioreaktor (6) nach aussen durch die Denitrifikations- und Nitrifikationsstufe (8) und den Sedimentationsraum (10) geführt ist.
Kleinkläranlage nach Patentanspruch 1, wobei die Verbindung zwischen dem Bioreaktor (6), der Denitrifikations- und Nitrifikationsstufe (8) und dem Sedimentationsraum (10) jeweils mittels eines Überlaufs (66, 68) erfolgt.
Kleinkläranlage nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei eine Teilmenge des nitrifizierten Abwassers über einen Rücklauf (70) zum Bioreaktor (6) zurückführbar ist.
Kleinkläranlage nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei dem Bioreaktor (6) eine Versäuerungsstufe (4) vorgeschaltet ist, der Mikroorganismen zuführbar sind.
Kleinkläranlage nach Patentanspruch 4, wobei der Abwasserzulauf (2) einen Überlaufbehälter (22) hat, dessen Überlauf, vorzugsweise bodenseitig, in der Versäuerungsstufe (4) mündet.
Kleinkläranlage nach Patentanspruch 5, wobei dem Überlaufbehälter (22) ein Mischbehälter (20) vorgeschaltet ist, der seinerseits über einen Überlauf mit dem Überlaufbehälter (24) verbunden ist und in dem ein Zulaufrohr (18) bodenseitig mündet.
Kleinkläranlage nach Patentanspruch 6, wobei dem Überlaufbehälter (22) ein Mischbehälter (20) vorgeschaltet ist, der über einen Überlauf mit dem Überlaufbehälter (22) verbunden ist und in dem das Zulaufrohr (18) bodenseitig mündet.
Kleinkläranlage nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Abwasserzulauf (2) über eine Pumpe gespeist ist.
Kleinkläranlage nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Denitrifikations- und Nitrifikationsstufe (8) eine, vorzugsweise ringförmige, Begasungseinheit (62} hat.
Kleinkläranlage nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Denitrifikations- und Nitrifikationsstufe (8) in drei verbundene Teilräume (54, 56, 58) unterteilt ist, wobei ein innenliegender Teilraum (54) von oben nach unten, ein mittlerer Teilraum (56) von unten nach oben und ein äußerer Teilraum (58) im wesentlichen von oben nach unten durchströmt ist, und wobei eine bodenseitige Rückführung eines Abwasserteilstroms aus dem äußeren Teilraum (58) in den mittleren Teilraum (56) vorgesehen ist.
Kleinkläranlage nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Bioreaktor (6) zwei in Achsrichtung übereinanderliegende Reaktorräume (34, 36) hat, zwischen denen eine Trägerschicht (38) für Mikroorganismen angeordnet ist.
Kleinkläranlage nach Patentanspruch 11, wobei die Trägerschicht (38) mehrere Teilschichten aus katalytisch wirkender Keramik (78) und mit einem absorbierenden oder katalytisch wirkenden Material, beispielsweise ein mit Aktivkohle beschichtetes Trägermaterial (80) hat, die wechselnd aufeinanderfolgend angeordnet sind.
Kleinkläranlage nach Patentanspruch 12, wobei die einzelnen Schichten (78, 80) nacheinander durchströmt sind.
Kleinkläranlage nach einem der Patentansprüche 11 bis 13, wobei der unterhalb der Trägerschicht (38) ausgebildete Reaktorraum (34) zu seinem Boden hin erweitert ist.
Kleinkläranlage nach Patentanspruch 5 und 14, wobei ein Bodenabschnitt (42) des Bioreaktors (6) im Mündungsbereich des Überlaufs (32) konkav gekrümmt ist und wobei sich an den konkaven Bereich ein zum Rand hin abfallender Bodenrand (44) anschließt.
Kleinkläranlage nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Bioreaktor (6) und die Denitrifikations- und Nitrifikationsstufe (8) in Achsrichtung gesehen einen runden und der aussenliegende Sedimentationsraum (10) einen rechteckigen Querschnitt haben.
Kleinkläranlage nach einem der Patentansprüche 1, 6, 7 oder 10, wobei der Überlauf (24, 32) jeweils ein Überlaufrohr mit einem trichterförmigen Einlass (26) und einem, vorzugsweise trichterförmigen, Auslass (28) hat, der im Bodenbereich des stromabwärtigen Behältnises mündet.
Kleinkläranlage nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einer makrobiotischen Mischung bestehend aus einem Anteil von photosynthetisch wirkenden und lichtemmitierenden Mikroorganismen.