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"Abwasserfilter" Priorität: 12. September 1969, V'.St.A.
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Anmelde-Nr. : 857 468 Die Erfindung bezieht sich auf mit Belüftung
arbeitende biologische Filter für die Klärung städtischer und industrieller Ab7
wässer.
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Bisher wurde eine aerobe, d.h. mit Sauerstoff arbeitende biologische
Klärung von Abwässern generell mittels-folgender drei Verfahren durchgeführt: 1.
mit einer Schlammbelebung bzw. -aktivierung, 2. mittels Rieselfiltern, und 3. mittels
Wsserung bzw. Berieselung (Rieselfelder).
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Ausserdem wurden früher auch versenkte Filter mit oder ohne Belüftung
ver#qendet;
das wurde jedoch.inzwischen aufgrund von Betriebsschwierigkeiten und wegen eines
nur geringen Nutzeffekts der Behandlung aufgegeben. Die zwei z. Zt. gebräuchlichen
Verfahren beruhen auf der Schlammbelebung oder verwenden Rieselfiltersysteme.
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Diese Systeme sind zwar wirtschaftlich und wirksam; im Fall der Schlammbelebung
erfordern sie jedoch große Luftmengen sowie #lange Verweilzeiten zwischen vier und
zehn Stunden und eine anschließende Anwendung zusätzlicher Klärapparate. Bei den
Rieselfiltern werden ausgedehnte Betonkonstruktionen benötigt, ferner treten Betriebsprobleme
bei kalten Temperaturbedingungen auf und schließlich sind'wiederum sekundäre Klärapparate
erforderlich.
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Nach der..Erfindung entfalleri die genannten Na.chteile; stattdessen
kann der aerobe B aerobe Behand@ungsproz Behand@ungsproz eß in einer ##b#d'e fltii
ch kurzen Zeitspanne und mit minimalen Druckluftmengen durchgeführt werden, und
es werden keine Zusatz-Kiärapparate mehr benötigt.
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Der Kern der Erfindung besteht darin, daß man einen ausserordentlich
großen.Oberflächenbereich für die Entwicklung biologischer Medien auf der großen
Anzahl der in einem Filterbett vorhandenen Teilchen schafft. Dieses Filterbett bzw.
diese Filterschicht wird während einer ersten Zeitphase eines normalen Arbeitsvorgangs
mit Luft belüftet, und dabei läßt man die Abwässer entweder von oben nach unten
oder von unten nach oben quer durchwdie Schicht strömen. Die Filterschicht besteht
dabei aus Sand, Kies
oder anderen Stoffen verschiedener Größe und
kann verschiedene Stoffe verschiedenen spezifischen Gewichts und verschiedener Größe
enthalten. Während des genannten Arbeitsvorgangs wird die Schicht mit solchen Mengen
unter Druck oder durch Vakuum-Saugwirkung hindurchgeleiteter Luft beschickt, daß
die Umwandlung organischen Materials der Abwässer in anorganische Salze möglich
ist, während sich die Abwässer von unten nach oben oder umgekehrt durch die Schicht
bewegen. Die Konstruktion für die Verteiler- und Sammelsysteme sowohl für die Abwässer
als auch für die Luft entspricht bekannten Grundsätzen und Verfahrensweisen, die
bei Filstern zur Reinigung von Abwässern angewandt werden. Hierzu gehören Filter
mit einem mit Siebeinsätzen ausgestatteten Zwischenboden, sowie mit unterirdischen
Abzügskanälen versehene Filter. Die Filterabmessungen#, die Luftmenge, die Schichtdicke
und die Teilunji;, und andere Konstruktionsdetails hängen von .4r..#t der Abwässer
und dem erforderlichen Grad der Reinigung ab. Die Kon-J taktzeit von Abwässern und
Schicht für eine vollständige Reini-. . . ~ . . . . . . .
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gung ist grundsätzlich sehr kurz, und die erforderliche Luftmenge
ist sehr gering. Nach einer bestimmten Zeitspanne, während der das Wachstum biologischer
Bakterien in den Filterstoffen zuge nommen hat, wird jeder- Filter stillgelegt und
gleichzeitig von unten nach obenvmittels Luft und Wasser, oder lediglich durch einen
Wasserstrom,. gewaschen bzw. gespült. Das hierfür verwendete Spülwasser kann aus
gereinigtem Abwasser oder von aussen zugeführte Wasser bestehen. Das durch den Filter
gelangte Spülwasser wird dann wieder dem einlaufenden Wasser des eigentlichen Klärapparates
zugesetzt und so wieder dem Umlauf zugeführt. Für ein solches Waschen durch Rückströmen
werden nicht mehr als 20 Minuten
benötigt, und danach wird der Filter
wieder in Betrieb genommen.
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Die Betriebsdauer zwischen zwei solchen Spülvorgängen hängt von den
Abmessungen und der Dicke des Schichtmediums sowie von dem gewtinschten Reini-gungsgrad
des jeweiligen Abwassers ab.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht demnach allgemein
darin, in kurzer Zeit für eine vollständige biologische Reinigung von Abwässern
ohne zusätzliche Klärapparate sorgen und dabei eine große Anzahl von Betonkonstruktionen
überflüssig machen zu können und so wesentliche wirtschaftliche Vorteile zu erzielen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgesehen, daß snvxeder Druckluft
durch versenkte biologische Filter geblasen oder Luft durch nicht versenkte Filter
mittels eines Unterdrucks hindurchgesaugt wird.
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Die Filter können dabei aus offenen oder alternativ geschlossenen
Beton- oder Metallzellen bestehen, die unter Einwirkung von Schwerkraft, Druck öder
Våkuum bzw. Ünterdru#ck arbeiten#uhcf mit Stoffen wie Sand, Kies, Anthrazit oder
einem anderen geeigneten, in Einfach- oder Mehrfachschichten angeordneten Material
bestehen, durch in Strömungsrichtung welche die ungeklärten Abwässer/von unten nach
oben oder von oben nach unten und dabei mit dem Belüftungsstrom oder gegenläufig
zu diesem strömen können.
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Belüftete biologische Filter, in denen die Abwässer nach unten strömen,
können ebenfalls ein in zwei Schichten angeordnetes Filtermedium aufweisen und dabei
so ausgebildet sein, daß ungeachtet des unterirdischen Abzugkanalsystems die untere
Schicht eine feine Sandschicht ist, über welcher eine zweite, die eigentliche biologische
Schicht darstellende Schicht angeordnet ist, die
eine größere Teilchengröße
und ein geringeres spezifisches Gewicht aufweist. In dieser Anordnung werden beide
Schichten während der ganzen Behandlungszeit mit Druckluft belüftet. Hierbei ist
das biologische Reduktionsverfahren dergestalt, daß in der oberen Schicht die hauptsächliche
Umwandlung suspendierter Feststoffe und Kolloidteilchen in anorganische Stoffe vor
sich geht, und in der unteren Schicht (mit geringerer Teilchengröße) die der aufgelösten
Feststoffe. Wenn die biologische Fauna bis zu einem bestimmten Grad angewachsen
ist, werden beide Schichtmedien gleichzeitig durch Rückstrom von Wasser und Luft
gespült.
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Alternativ können in derartigen.Filtern wiederum zwei Filterschichten
analog angeordnet sein, wobei jedoch nur die obere -Filterschicht kontinuierlich
belüftet wird. Diese Anordnung erlaubt eine biologische Reinigung auf der oberen
(belüfteten) Schicht, gefolgt von einer Primärfilterung auf der unteren Schicht
(Filter).
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Dadurch wird ein sehr hoher Klärungsgrad in einer Einheit erzielt
und ein zusätzlicher Klärapparat vollkommen entbehrlich. Auch in diesem Falle wird
der Filter stillgelegt, wenn die biologische Fauna in beiden Schichtstoffen anwächst,
und, wie vorstehend beschrieben, durch Rückstrom von Wasser und Luft gewaschen;
es kann #jedoch auch der untere Schichtstoff nur mit Wasser und der obere Schichtstoff
mit Wasser und Luft im Rückstrom gewaschen werden.
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Eine weitere Alternative zu den vorstehend beschriebenen, mit zwei
Schichtmedien versehenen Filtern besteht aus ähnlichen Einheiten, in welchen die
zwei Filterschichten mittels eines zusätzlichen Bodens vollständig voneinander getrennt
sind. Diese Anordnung
gestattet die Belüftung beider Schichten
oder auch nur der oberen Schicht, während die untere Schicht eine Hauptfilterschicht
bleibt. Das Waschen der Filterschichten durch Rückstrom entspricht dem vorstehend
beschriebenen Vorgang, kann jedoch für beide Schichten unabhängig voneinander geschehen.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen während
des normalen Arbeitsvorganges und während des Spülens durch Rückstrom dargestellt.
Es-zeigen: Fig. 1 einen Längssc.rsitt durch den belüfteten biologischen Filter mit
einem einzigen Schichtmedium, Fig. 2 einen Längsschnitt nach Fig. 1 mit zwei Filterschichten,
ten, Fig. 3 einen Schnitt nach Fig. 2, jedoch mit einer getrennten Lufteinlassöffnug
für die kontinuierliche Belüftung der oberen Schicht, und Fig. 4 einen Schnitt nach
Fig. 3, wobei jedoch die beiden Schichten voneinander getrennt sind.
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. ,7 -Gemäß Fig. 1 ist der offene Betontank 1 mit einer Einströmdüse
2.und einer Austrittsdüse 3 versehen. In dem Tank ist ein Filterboden 4 so angeordnet,
daß er die Filtermedien 5 trägt.
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Alternativ kann diese Anordnung auch mit einem unterirdischen oder
die FiLterschicht unterziehenden nbzuekanalsysten versehen sein. die Filterschicht
unterziehenden Abzugkanalsystem versehen sein.
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Die Verteilung des eintretenden Stromes erfolgt durch Rinnen oder
andere
herkömmliche, üblicherweise bei Filteranlagen verwendete Mittel. Die für die Belüftung
der Filterschicht benötigte Luft wird durch die Düse 6 zugeführt. Wenn die Einheit
durch Rückstrom gewaschen wird, wird der erforderliche Luftstrom ebenfalls durch
die Düse 6 zugeführt, während das Rückatromwasser durch die Düse 3#zugeführt wird.
Das Rückstromwasser tritt durch die Rinne 7 und die Einströmdüse 2 aus.
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Die vorstehend beschriebene Einheit kann auch in einem Stahltank
aufgebaut sein, der mit-Druck oder Schwerkraft arbeitet oder sogar als eine geschlossene
Vakuumeinheit angeordnet ist.
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Fig. 2 entspricht Fig. 1, zeigt jedoch ein zweischichtiges Filter,
wobei die Schicht 5 als biologische Kontaktschicht und die Schicht 8 als biologischer
Polierfilter wirken.
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Fig. 3 entspricht Fig. 2, 2, wobei"je'döch'-nür die biologische'
v, . .. .. . . . . . . . . . .
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Kontaktachicht von einem gesonderten Luftzufuhr-Kopfstück 9 belüftet
wird, Fig. 4 entspricht den Fig. 2 und 3, zeigt jedoch einen Filter mit zwei getrennten
Schichten. Dieser Filter weist zwei Böden 4 und eine zusätzliche Lufteinlassöffnung
9 auf. Die erste Schicht' 5 wirkt als biologisches KontaI#medium, während die zweite
Schicht 8 als biologischer Polierfilter wirkt. Die beiden Filterschichten können
entweder gesondert' oder simultan durch Rückstrom gewaschen werden.
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Nach der Erfindung lassen sich offene sowie geschlossene Beton- oder
Stahltanks sowie belüftete biologische Medien sowie Filterstoffe in beliebiger Folge
kombinieren, ohne daß die Anzahl der Schichten begrenzt ist.
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Patentansprüche: