DE19520733C1

DE19520733C1 - Pflanzenkläranlage

Info

Publication number: DE19520733C1
Application number: DE1995120733
Authority: DE
Inventors: Heinz Prof Dr Sc Techn Schinke; Manfred Dipl Ing Tuebben; Helmut Dipl Ing Wassatsch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1995-06-07
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2015-06-08

Description

Die Erfindung betrifft eine Pflanzenkläranlage mit bewachsenen Bodenfiltern.

Pflanzenkläranlagen bewirken eine naturnahe biologische Abwasserreinigung unter Verwendung von mit Helophyten bewachsenen Bodenfiltern. Besonders aus ökonomischen Gründen eignen sie sich für die dezentrale Abwasserbehandlung, die sich durch geringe spezifische Kanal-/Rohrleitungslängen auszeichnet. Neben dem Erfordernis geeigneter Flächengrößen und -lagen bieten sie den bedeutsamen Vorteil ihrer naturfreundlichen Einbindung in das Umfeld.

Pflanzenkläranlagen unterliegen derzeit noch einer intensiven Weiterentwicklung, wobei neben der Erweiterung ihrer Einsatzmöglichkeiten und Verbesserung ihrer Funktionseigenschaften die Senkung der Investitionskosten die wichtigsten Entwicklungsziele darstellen.

Pflanzenkläranlagen kommen mit horizontal und vertikal durchströmten Bodenfiltern vor.

Bei richtiger Bau- und Betriebsweise reinigen sie in befriedigender Weise das Abwasser von organischen Schmutzstoffen (CSB, BSB5) und Phosphor (P), und es wird danach gestrebt, ihre Eliminationswirkung für Stickstoff (N) zu verbessern. Dafür ist von entscheidender Bedeutung, daß der Bodenfilter in geeigneter Weise sauerstoffangereicherte und sauerstofflose Zonen in geeignetem Wechsel aufweist. Auf diese Weise werden die im Abwasser enthaltenen Stickstoffverbindungen (i.a. Ammonium NH4-N) in den aeroben Bereichen nitrifiziert (No2-N, No3-N) und in den anaeroben Bereichen dentrifiziert (N).

Lösungsvorschläge in dieser Richtung enthalten die DE 40 41 241 A1 "Anlage zur biologischen Behandlung von Abwasser in einem Pflanzenbecken" und die DD 3 00 015 A7 "Anlage zur biologischen Nachbehandlung von vorgereinigtem häuslichem Abwasser" sowie DE 40 13 779 C1 "Wurzelraumkläranlage".

In der DE 40 41 241 A1 wird dargestellt, daß bei den bekannten Abwasserreinigungsanlagen mit Sumpfpflanzen in einem bodengefüllten Becken häufig eine ungenügende hydraulische Funktion der Anlagen beobachtet wird, die den Reinigungserfolg mindert. Die Erfindung sichert die vollständige Durchströmung des Bodenkörpers als Voraussetzung für eine funktionsgerechte Wirkungsweise der Abwasserreinigungsanlage. Im Bodenkörper des Pflanzenbeckens sind Leiteinrichtungen aus ebenflächig bearbeitbaren Materialien so angeordnet, daß der horizontalen Richtungskomponente der Abwasserströmung vertikale Richtungskomponenten aufgezwungen werden. Die Leiteinrichtungen sind abwechselnd im oberen und unteren Beckenbereich so angeordnet, daß das Abwasser nacheinander auf untere und obere Zonen des Bodenkörpers trifft, wodurch alle Bodenzonen gleichermaßen durchströmt und die unterschiedlichen Wirkungsweisen der Bodenzonen vorteilhaft genutzt werden. Die mit Leiteinrichtungen ausgestatteten Pflanzenbecken dienen zur biologischen Behandlung von Abwässern in Abwasserreinigungsanlagen, die in naturnaher Bauweise ausgeführt sind und in ebensolcher Weise betrieben werden.

Die DD 3 00 015 A7 betrifft eine Anlage zur biologischen Nachbehandlung von vorgereinigtem häuslichem Abwasser, die Mehrkammerfaulgruben oder Mehrkammerausfaulgruben von kleinen Gemeinden, Einzelgrundstücken oder saisonbedingten Einrichtungen, wie z. B. Campingplätzen, nachgeschaltet werden kann. Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, daß innerhalb der Folie unter dem Wurzelraum ein Bodenfilter, bestehend aus drei Filterschichten, vorgesehen ist, die mittlere Bodenfilterschicht einen um etwa drei Größenordnungen geringeren kf-Durchlässigkeitswert für Flüssigkeiten gegenüber den darüber und darunter angrenzenden Bodenfilterschichten aufweist sowie Mittel zur an sich bekannten intermittierenden Zuführung des Abwassers aus dem Zulaufschacht auf den Wurzelraum, zur intermittierenden Ableitung des gereinigten Wassers aus der unteren Bodenfilterschicht und zur Belüftung der untersten Bodenfilterschicht vorgesehen sind. Die unter dem Wurzelraum liegende und die unterste Bodenfilterschicht sind vorzugsweise aus einem Grobsand oder einem anderen Lockergestein mit einem kf-Wert von etwa 5 × 10^-2 bis 5 × 10^-3 m/s und die mittlere Bodenfilterschicht aus einem schwach lehmigen Feinsand mit einem kf-Wert von 5 × 10^-5 bis 5 × 10^-6 m/s aufgebaut.

Nach DE 40 13 779 C1 ist eine mehrstufige Anlage zur biologischen Abwasserreinigung bekannt, die aus einem flachen Wurzelraumbecken und einem Schönungsteich besteht. Das Wurzelraumbecken weist eine Tiefe von höchstens 40 cm auf und ist im Zulauf über ein Berieselungsrohr mit einem Sedimentationsbecken sowie einer Vorfiltereinrichtung mit einer Partikelschüttung aus Aktivkohle oder Koks und einer nachgeschalteten Schicht aus Stoffen, welche die Neutralisierung der im Abwasser vorhandenen Säuren bewirken, ausgestattet.

Die vorliegende Erfindung zielt auf die Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten und die Verbesserung der Funktionseigenschaften der Pflanzenkläranlagen ab. Diese Aufgabe wird durch eine Pflanzenkläranlage gemäß Anspruch 1 gelöst.

Als zentrale Funktionseinheit wird ein Drucklufterzeuger (Kompressor) geeigneter Dimensionierung eingeführt, der in dem System Pflanzenkläranlage wahlweise verschiedene Funktionen ausführt. Zum einen dient er als Belüfter und damit Einträger von Luftsauerstoff in das zu reinigende Abwasser, womit die Prozesse der Nitrifikation und Denitrifikation unterstützt werden, und zum anderen dient er als Heber (Pumpe) zur Förderung des Abwassers aus dem Pumpenschacht in das Pflanzenbeet.

Das Pflanzenbeet kann dabei in bekannter, anhand oben beschriebener Patente ausgeführter Weise aufgebaut sein.

Zur Reinigung normal verschmutzten häuslichen Abwassers genügt es, der mechanischen Reinigungsstufe die biologische Reinigungsstufe in Form des Systems Pflanzenbeet nachzuordnen.

Um Abwasser auch hoher Verschmutzungsgrade rationell und effektiv reinigen zu können, kann das System Pflanzenkläranlage durch eine vorgeschaltete zusätzliche biologische Reinigungsstufe, z. B. in Form eines Belebtschlammreaktors (Sequenting Batch Reactor SBR), ergänzt werden.

Aufbau und Wirkungsweise der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Schnitt durch die Pflanzenkläranlage,

Fig. 2 Schnitt durch die Pflanzenkläranlage ohne SBR-Behälter.

Gemäß Fig. 1 befindet sich im Sammelschacht 1 ein gasdicht verschließbarer Behälter 2, der über einen vorgelagerten Speicherbehälter 3a chargenweise mit frischem Abwasser beschickt werden kann. Im Behälter 2 sind in geeigneter Weise Belüftungsdüsen 4 angeordnet, die über Leitung und Ventil 6 mit dem Drucklufterzeuger 5 in Verbindung stehen. Somit ist Behälter 2 als Belebtschlammreaktor (Sequenting Batch Reactor SBR) einsetzbar. Am Grunde von Behälter 2 befindet sich eine Ablaßleitung mit Ventil 7 zum Abziehen des Überschußbelebtschlamms, der in einem Becken 11 zur weiteren Behandlung gesammelt wird. In der darüber liegenden Ebene tritt die Überpumpleitung mit Ventil 8 aus dem Behälter 2 aus, durch die das biologisch vorgereinigte Abwasser in die nachfolgende zweite biologische Reinigungsstufe, den bewachsenen Bodenfilter 12, gelangt. Behälter 2 ist mit Behälter 3 durch Leitung und Ventil 9 verbunden. Vom Deckel des Behälters 2 mündet eine Leitung mit Ventil 16 in die Atmosphäre. Zur Vermeidung von Verstopfungen des Bodenfilters durch Restbestandteile von Suspensa und Bioschlamm ist vor seiner Eingangskulisse 13 ein Filterkasten 14 angeordnet, der durch geeignete konstruktive Ausführung schnell austauschbar und regenerierbar ist.

Der Bodenfilter 12 kann sowohl als horizontal oder vertikal oder kombiniert durchströmtes, dem Stand der Technik entsprechendes Pflanzenbeet ausgeführt sein. In seiner Eingangskulisse 13 jedoch ist er auf dem Behältergrunde mit weiteren Belüftungsdüsen 15 ausgestattet, die das einströmende Abwasser mittels Drucklufterzeuger 5 zusätzlich belüften, wobei eine Rohrleitung mit Ventil 10 die Verbindung herstellt.

Verfahrenstechnisch werden folgende Funktionen ausgeführt:

Abwasser fließt aus der vorgeschalteten mechanischen Reinigungsstufe entsprechend seinem Anfall in den Speicherbehälter 3a und von da aus nach Öffnung des Ventils 9 chargenweise in den SBR-Behälter 2, wobei alle weiteren Ventile geschlossen sind und nur Ventil 16 geöffnet ist. Nach Erreichen des vorgeschriebenen Füllungsstandes schließt Ventil 9 und öffnet Ventil 6, so daß über Belüftungsdüsen 4 Luftsauerstoff in das Abwasser eingeblasen wird. Nach vorgeschriebener Belüftungszeit schließt Ventil 16, so daß sich nunmehr im Behälter 2 ein Luftüberdruck aufbaut, der nach Öffnung von Ventil 8 das biologisch vorgeklärte Abwasser in das Pflanzenbeet überpumpt. Bedarfsweise wird der am Grunde von Behälter 2 angesammelte Überschußschlamm abgezogen, indem Ventil 8 geschlossen und Ventil 7 geöffnet wird. Nach Schließen der Ventile 6, 7 und 8 sowie Öffnen der Ventile 9 und 16 kann die nächste Charge Abwasser in den SBR-Behälter 2 einströmen. Inzwischen kann bedarfsgemäß durch Öffnen von Ventil 10 Luftsauerstoff in die Eingangszone des Bodenfilters eingeblasen werden. Durch eine automatisierte Steuerung lassen sich diese Funktionen logisch nacheinander vollziehen und beliebig oft wiederholen.

Kann bei weniger stark verunreinigtem Abwasser auf den SBR-Behälter 2 verzichtet werden, so ergibt sich eine Systemanordnung gemäß Fig. 2. Der hierbei eingesetzte Speicherbehälter 3b verfügt, um die Hebereigenschaften mittels Luftüberdruck zu gewährleisten, über die Eigenschaft der Gasdichtheit gleichermaßen wie vordem der SBR-Behälter 2. Die nach der mechanischen Reinigungsstufe angeordnete zweistufige biologische Abwasserreinigung mittels Belebtschlammreaktor und Festbettreaktor (Bodenfilter) ist damit auf die einstufige biologische Reinigung mittels bewachsenem Bodenfilter 12 (Pflanzenbeet) reduziert.

Die für den Betrieb des Drucklufterzeugers benötigte Elektroenergie kann sowohl als Netzstrom als auch als Strom aus regenerativen Stromerzeugungsanlagen, vorzugsweise Windenergiekonverter (Windradanlage) oder Solarenergiekonverter (Photovoltaikanlage) unter Zwischenschaltung von Elektroenergiespeichern, bezogen werden.

Bezugszeichenliste

1 Sammelschacht
2 gasdicht verschließbarer Behälter
3a Speicherbehälter
3b Speicherbehälter
4 Belüftungsdüse
5 Drucklufterzeuger
6 Ventil
7 Ablaßleitung mit Ventil
8 Überpumpleitung mit Ventil
9 Leitung mit Ventil
10 Leitung mit Ventil
11 Becken
12 Bodenfilter 12 (Pflanzenbeet)
13 Eingangskulisse
14 Filterkasten
15 Belüftungsdüse
16 Ventil

Claims

1. Pflanzenkläranlage mit bewachsenen Bodenfiltern, dadurch gekennzeichnet,
daß in einem Sammelschacht (1) ein gasdicht verschließbarer Behälter (2), der über einen vorgelagerten Speicherbehälter (3a) chargenweise mit Abwasser beschickt wird, angeordnet ist,
daß im Behälter (2) Belüftungsdüsen (4) vorgesehen sind, die über Leitung und Ventil (6) mit dem Drucklufterzeuger (5) in Verbindung stehen,
daß sich am Grunde des Behälters (2) eine Ablaßleitung mit Ventil (7) zum Abziehen des Überschußbelebtschlamms befindet,
daß in der darüberliegenden Ebene die Überpumpleitung mit Ventil (8) aus dem Behälter (2) austritt, durch die das Abwasser über einen Filterkasten (14) in den bewachsenen Bodenfilter (12) gelangt,
daß der Behälter (2) mit dem Behälter (3a) durch Leitung und Ventil (9) verbunden ist und daß vom Deckel des Behälters (2) eine Leitung mit Ventil (16) in die Atmosphäre mündet.

2. Pflanzenkläranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlage eine Mehrkammerklärgrube zur mechanischen Vorreinigung des Abwassers vorgeschaltet ist.

3. Pflanzenkläranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für stark verschmutztes Abwasser der Behälter (2) als erste biologische Reinigungsstufe in Form eines Belebtschlamm-Reaktors ausgebildet ist.

4. Abwandlung der Pflanzenkläranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei weniger stark verschmutztem Abwasser auf den Behälter (2) verzichtet wird, daß der eingesetzte Speicherbehälter (3b) gasdicht geschlossen ist.

5. Pflanzenkläranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Verstopfungen des Bodenfilters (12) durch Restbestandteile von Suspensa und Bioschlamm vor seiner Eingangskulisse (13) ein austauschbarer und regenerierbarer Filterkasten (14) angeordnet ist.

6. Pflanzenkläranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Eingangskulisse (13) des Bodenfilters (12) auf dem Behältergrunde weitere Belüftungsdüsen (15) vorgesehen sind, die das einströmende Abwasser mittels Drucklufterzeuger (5) zusätzlich belüften, wobei eine Rohrleitung mit Ventil (10) die Verbindung herstellt.