<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung und/oder Reinhaltung von Wasser, insbe- sondere aus Schwimmanlagen, wobei das Wasser in einem ersten Schritt mechanisch vorgereinigt wird und in einem zweiten Schritt eine biologische Reinigung durchgeführt wird, wobei das Was- sers während und zwischen den Reinigungsschritten über Schwerkraft transportiert wird und gegebenenfalls eine Rückführung des gereinigten Wassers in die Schwimmanlage erfolgt und eine Wasseraufbereitungsanlage, zur Aufbereitung und/oder Reinhaltung von Wasser, insbesondere aus Schwimmanlagen, mit je zumindest einer mechanischen und biologischen Reinigungsvorrich- tung, wobei der Wasserspiegel in den einzelnen Reinigungsvorrichtungen auf einem unterschiedli- chen Niveau gehalten ist.
Mit der Abwasserproduktion durch die Schwemmkanalisation und die dadurch hervorgerufene Verschmutzung der Flüsse und Verbreitung von Seuchen ergab sich die Notwendigkeit der Abwasserbehandlung.
Mit steigenden Anforderungen an die Reinigung mit veränderten Abwasserinhaltsstoffen wur- den eine Vielzahl von Verfahren entwickelt, um die Schmutz- und Schadstoffe im Abwasser zu verringern. Aus einfachen Absetzbecken und Rieselfeldern hat sich inzwischen eine Hochtechno- logie unter Einsatz von Chemikalien entwickelt.
Für die Reinigung von Abwasser stehen mehrere Verfahren zur Verfügung, wie z. B. mechani- sche, chemische oder biologische Verfahren und naturnahe Abwasserbehandlungsverfahren in grossen Klärwerken, um das Wasser derart aufzubereiten, dass es wieder in Gewässer eingeleitet werden kann. Bei diesen bekannten Reinigungsverfahren wird aber das gereinigte Abwasser nicht bis zur Trinkwasserqualität aufbereitet.
Mechanische Verfahren trennen feste und unlösliche Bestandteile von Abwasser. Auch die Filt- ration (ohne Beteiligung von Mikroorganismen) ist ein mechanisches Verfahren.
Für die Verwendung von chemischen Verfahren wurde in ersten historischen Absetzbecken versucht, die Absetzgeschwindigkeit fein verteilter, unlöslicher Abwasserinhaltsstoffe mit chemi- schen Mitteln zu vergrössern. Heutzutage werden chemische Reinigungsverfahren nur mehr im Zuge weitergehender Reinigung eingesetzt, bei welcher durch den mikrobiologischen Prozess Abfallstoffe nicht abgebaut werden konnten, wie z. B. Phosphate und Schwermetalle, die bei höhe- ren pH-Werten unlösliche Verbindungen bilden.
In technischen Anlagen werden Fällungshilfsmittel (als Kalzium- oder Eisensalze) zugegeben, um die Sedimentation zu beschleunigen. Neben den Fällungsverfahren kommen auch chemische Verfahren zur Anwendung, die versuchen die Abwasserinhaltsstoffe durch starke Oxidationsmittel, wie Peroxide, abzubauen. Solche Verfahren sind teuer und haben nur enge Anwendungsbereiche bei bestimmten industriellen Abwässern.
Bei der Aufbereitung von Wasser mittels Umkehrosmose wird nicht darauf geachtet, dass dem Wasser wichtige Mineralien, wie Salze, erhalten bleiben.
Deshalb sind die bekannten Verfahren zum Reinigen von Abwasser nicht geeignet, Trinkwas- ser für den Verbrauch und die Wiederaufbereitung in einem direkten Kreislauf zu führen, ohne das Wasser als Zwischenstufe in ein Gewässer einzuleiten, oder durch eine Bodenpassage zu behan- deln.
Insbesondere sind die bekannten Reinigungsverfahren nicht für die Aufbereitung von Wasser geeignet, das in einer verhältnismässig kleinen Verbrauchseinheit genutzt wird, die nicht an ein öffentliches Wasserversorgungsnetz angeschlossen ist.
Weiters können die bekannten Verfahren nicht für die Wasserversorgung von Einrichtungen verwendet werden, die in wasserarmen bzw. keine für die Trinkwasserversorgung geeignete Gewässer aufweisenden Gegenden errichtet sind und betrieben werden.
Allen biologischen Verfahren gemeinsam, von der einfachen Landbehandlung bis zur grossen Belebungsanlage, ist der Abbau der Abwasserinhaltsstoffe durch Bakterien und andere niedere Organismen.
In der WO 02/06198 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen von Abwasser beschrieben. Dabei wird Abwasser in einem ersten Schritt mikrobiologisch aerob behandelt, danach werden in einem weiteren Schritt biologisch nicht abbaubare Fremdkörper oder Partikel aus dem Abwasser abgeschieden und es folgt eine biologische Nachreinigung und schliesslich werden biologisch und chemisch nicht abbaubare Stoffe durch Nachfiltration aus dem behandelten Abwasser entfernt. Der weitere Schritt umfasst die Leitung des Abwassers durch einen statischen
<Desc/Clms Page number 2>
Sandfilter und kann als weitere Optionen einen dynamischen Sandfilter, ein Filter mit Aktivkohle und eine Ultrafiltration umfassen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung umfasst in Reihe geschaltet eine mikrobiologisch aerobe Abwasserreinigungseinrichtung, eine Einrichtung zum Abscheiden von biologisch nicht abbaubaren Fremdkörpern und Entfernung restlicher abbaubarer Stoffe und eine Nachfiltrationseinrichtung.
Die WO 97/29056 A1 beschreibt eine Erfindung, welche ein Verfahren zur Aufbereitung von Abwasser aus Autowaschanlagen in einer mechanischen und biologischen Aufbereitungsstufe betrifft, bei dem das Abwasser nach Durchlaufen eines Schlammfangs in einem Speicherbecken gesammelt wird, danach über einen Schwebstofffilter in einen Bioreaktor geführt wird, wo es nach der biologischen Klärung in einem Reinwasserbehälter zur erneuten Verwendung gesammelt wird, sowie eine Anlage zur Durchführung insbesondere dieses Verfahrens.
Die WO 95/24362 A1 beschreibt eine Sammlung von Abwässern einer Wäscherei in einem Stapelbehälter, wobei Flusen und Textilabrieb weitestgehend über Filtersiebe abgetrennt werden.
Das Volumen des Behälters wird so dimensioniert, dass im Beispielsfalle eine Zweitagesabwas- sermenge bevorratet werden kann. Ein derartiges Abwasser wird einem unter aeroben Bedingun- gen arbeitenden Bioreaktor zugeführt. Am unteren Ende des Bioreaktors wird Luft in den Bioreak- tor eingeleitet, sodass sich aerobe Bedingungen bilden. Am oberen Ende des säulenförmigen Bioreaktors verlässt das biologisch aufbereitete Wasser den Reaktor und wird einer Aktivkohlesäu- le als Adsorber zugeführt. Das nunmehr adsorptiv gereinigte Wasser verlässt über eine Leitung den mit Aktivkohle gepackten Adsorber und wird in einem Stapelbehälter gesammelt und bei Bedarf über eine Leitung wieder in die Wäscherei eingeschleust, wobei bei Bedarf bis 20% Frisch- wasser eingespeist werden.
Nachteilig an diesem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren bzw. Vorrichtung zur Durchführung dieser Verfahren ist, dass teilweise technisch aufwendige Bioreaktoren eingesetzt werden müssen bzw. zwangsweise Sauerstoff in das System eingepumpt werden muss.
Aufgabe der Erfindung ist es ein chemikalienfreies Verfahren zur Aufbereitung und Reinhaltung von Abwasser anzugeben, welches ökologisch, wirksam, schnell und kostengünstig durchzuführen ist.
Teilaufgabe der Erfindung ist es weiters, Abwasser so weit zu reinigen, dass es hinsichtlich der Klarheit als auch hygienisch den Anforderungen von Badewasser entspricht.
Die Aufgabe der Erfindung wird jeweils eigenständig durch ein eingangs genanntes Verfahren, bei welchem das Wasser während und zwischen den Reinigungsschritten über Schwerkraft trans- portiert wird und gegebenenfalls eine Rückführung des gereinigten Wassers in die Schwimmanlage erfolgt bzw. durch eine eingangs erwähnte Wasseraufbereitungsanlage, welche es ermöglicht, dass der Wasserspiegel in den einzelnen Reinigungsvorrichtungen auf einem unterschiedlichen Niveau gehalten werden kann. Von Vorteil ist dabei, dass zum Betrieb der Anlage bzw. des Verfah- rens nur eine sehr geringe Menge an Energie zum Transport des Wassers notwendig ist, weil das Wasser von einer Reinigungsvorrichtung zur nächsten über Schwerkraft weitertransportiert werden kann.
Besonders vorteilhaft dabei erweist sich, dass die Kosten für die Energie somit sehr niedrig gehalten werden können und daher ein sehr wirtschaftlicher Betrieb der Wasseraufbereitungsanla- ge ermöglicht wird.
Von Vorteil erweist sich dabei auch, dass der zumindest eine biologische Reinigungsschritt nach dem zumindest einen mechanischen Reinigungsschritt erfolgt, wodurch für die biologische Reinigung bereits eine mechanische Grobreinigung vorher erfolgt ist und nur mehr sehr kleine Partikel in der biologischen Reinigung entfernt bzw. zersetzt werden müssen.
Weiters ist von Vorteil, dass der zumindest eine mechanische Reinigungsschritt in zumindest zwei Stufen erfolgt, wodurch die mechanische Aufreinigung zumindest zweistufig erfolgt und in einer ersten Reinigungsstufe eine grobe Vorreinigung und in der weiteren Reinigungsstufe eine mechanische Feinreinigung des Wassers erfolgen kann.
Gemäss einem weiteren Verfahrensschritt ist vorgesehen, dass in einer ersten mechanischen Reinigungsstufe Verunreinigungen durch Absonderung von an der Oberfläche schwimmender Biomasse der Schwimmanlage entfernt werden, wonach oberfiächige Verunreinigungen des Was- sers bereits im ersten Aufreinigungsschritt beseitigt sind und in den darauffolgenden Verfahrens- schritten nur mehr Verunreinigungen beseitigt werden müssen, die sich im Wasser befinden.
Dabei erweist sich weiters als besonders vorteilhaft, dass in einer zweiten mechanischen
<Desc/Clms Page number 3>
Reinigungsstufe eine Absonderung der im Wasser schwebenden Biomasse durch Filtration mit einem Filter erfolgt, wonach in dem mechanischen Reinigungsschritt bereits alle partikulären Verunreinigungen entfernt werden und dadurch in den darauffolgenden Verfahrensschritten diese nicht mehr berücksichtigt werden müssen.
Möglich ist auch, dass die Filtration mit einem Filter rückspülungsfrei durchgeführt wird, wonach durch den rückspülungsfreien Betrieb der zweiten mechanischen Reinigungsstufe das Verfahren um einen Verfahrensschritt abgekürzt und der sich auf der Filteroberfläche abgelagerter Filterkuchen bei nachlassender Durchlässigkeit entfernt wird, in welchem ein Filter rückgespült werden müsste und dadurch auch eine Anordnung einer zusätzlichen Fördereinrichtung für die Rückspülung eingespart werden kann.
Der zumindest eine biologische Reinigungsschritt kann in zumindest zwei Stufen erfolgen, wonach durch das Hintereinanderschalten von zwei Stufen eine besonders gründliche und sorgfäl- tige Reinigung des Wassers erfolgen kann.
In einer Weiterbildung des eben genannten Verfahrensschritt der Erfindung ist vorgesehen, dass der zumindest eine biologische Reinigungsschritt mit aeroben Mikroorganismen durchgeführt wird, wonach eine Geruchsbelästigung durch den Abbauprozess von anaeroben Mikroorganismen vermieden werden kann und dadurch dieses Verfahren auch in der Nähe von Wohnanlagen bzw.
Wohnhäusern durchgeführt werden kann.
Nach einer Variante hierzu ist vorgesehen, dass die aeroben Mikroorganismen in regelmässi- gen Intervallen, wie z.B. jährlich, dem zumindest einen biologischen Reinigungsschritt zugefügt werden, wonach immer eine konstante Besiedelung mit aeroben Bakterien gewährleistet werden kann und somit während des gesamten Verfahrens über die gesamte Saison gleichmässige Bedin- gungen des Verfahrens aufrecht erhalten werden können.
In der ersten und/oder zweiten biologischen Reinigungsstufe können Metaboliten als Nährstof- fe für Pflanzen zur Verfügung gestellt werden, wonach die Kosten für die zusätzliche Düngung von Pflanzen, welche in der Schwimmanlage oder in der Nähe der Schwimmanlage angepflanzt wor- den sind, eingespart werden können.
Vorteilhaft erweist sich weiters, dass in einer ersten und/oder zweiten biologischen Reini- gungsstufe das Wasser einem Verteilerschacht so zugeführt wird, dass das Wasser die Reini- gungsstufe von unten nach oben durchströmt, wodurch der dichteren bakteriellen Besiedelung im Haarwurzelbereich der Wasserpflanzen sauerstoffreiches Oberflächenwasser zugeführt wird und dadurch für einen aeroben, geruchlosen Abbauprozess gesorgt wird.
Das Wasser kann über den Verteilerschacht gleichmässig mittels stem- oder ringförmig ange- ordneter Verteilertrenagen einer unteren Trenageschicht zugeführt werden, wodurch Kurzschluss- strömungen und damit Leistungseinbussen des Filters verhindert werden können.
In einem weiteren Verfahrensschritt ist vorgesehen, dass das gereinigte Wasser durch die zweite Stufe des zumindest einen biologischen Reinigungsschrittes durch Antagonisten von humanpathogenen Keimen befreit wird, wonach eine Elimination von gesundheitsschädlichen Fremdkeimen erfolgt und dadurch keine Gefährdung von Personen, welche dieses gereinigte Wasser verwenden, besteht und andererseits durch die Entfernung dieser humanpathogenen Keime eine günstige, biotische Umgebung für die die Wasserreinigung vornehmenden Mikroorga- nismen hergestellt wird. Die organische Fracht, die durch den Abbau der humanpathogenen Keime entsteht, kann dem unterirdischen Bodenfilter als Nahrung für die dort angeimpfte bakterielle Besiedelung zur Verfügung stehen.
Gemäss einer Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens kann ein Wasserspiegel der zweiten Reinigungsstufe intermittierend verändert werden, wonach eine verbesserte Ausnützung der inneren Filteroberfläche hervorgerufen wird und dadurch die Qualitätseigenschaften des Was- sers verbessert werden. Weiters erweist sich von Vorteil, dass durch diesen Verfahrensschritt Unterdruck erzeugt wird und Luft in den Bodenfilter angesaugt wird und der Filter dadurch atmet und optimale aerobe Bedingungen für die bakterielle Besiedlung des Bodenfilters hergestellt werden.
Weiters erweist sich von Vorteil, dass Sauerstoff und/oder Kohlendioxid in den Feinfilter oder Bodenfilter eingeblasen wird, wonach eine Reduktion des Algenwachstums bewirkt wird.
Als vorteilhaft erweist sich weiters, dass die Wasserspiegel der einzelnen Reinigungsstufen auf einem unterschiedlichen Niveau gehalten werden, wodurch ein Weitertransport des Wassers von
<Desc/Clms Page number 4>
den einzelnen Reinigungsstufen zu den nachfolgenden Reinigungsstufen mit geringem Energie- aufwand durchgeführt werden kann.
Durch dieses Verfahren wird ermöglicht, dass Wasser einerseits aus häuslichen Schwimman- lagen, wie z. B. Schwimmbecken, Schwimmteichen, etc. und andererseits auch aus öffentlichen Schwimmanlagen, wie z. B. Teichen, Seen, etc., gereinigt werden kann, wodurch dieses Verfahren sehr vielseitig eingesetzt werden kann und keine Adaptionsvorgänge notwendig sind.
Nach einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Wasser, welches organi- sche Rückstände von Menschen, Tieren, deren Mischungen, etc. beinhaltet, gereinigt werden kann, wonach Krankheitserreger, welche aus den organischen Rückständen der Lebewesen vorhanden sind, entfernt werden können und somit das Wasser nicht mehr gesundheitsgefährdend ist.
Gemäss einer Weiterbildung des Verfahrens können prozessbedingte Wasserverluste durch Frischwasserzugabe ersetzt werden, wodurch immer eine ausreichende Flüssigkeitsmenge in der Schwimmanlage vorhanden ist und diese somit immer gleichbleibende Voraussetzungen bietet.
Möglich ist auch, dass im zu reinigenden Wasser gegebenenfalls zusätzliche Nährstoffe für die Mikroorganismen zugefügt werden, wodurch optimale Lebensbedingungen für die Mikroorganis- men geschaffen werden, und somit eine kontinuierliche Reinigung mit der selben Qualität während des gesamten Verfahrens über die gesamte Dauer gewährleistet wird.
Von Vorteil erweist sich, dass die Reinigungsvorrichtungen auf einem unterschiedlichen Niveau angeordnet sind, wodurch für den Weitertransport des Wassers nur ein geringer Energieaufwand notwendig ist und somit die Wasseraufbereitungsanlage sehr kostengünstig betrieben werden kann.
Gemäss einer Weiterbildung der Wasseraufbereitungsanlage ist vorgesehen, dass die mecha- nischen Reinigungsvorrichtungen einen ersten und/oder einen zweiten Filter aufweisen, wodurch eine sorgfältige Vorreinigung des Wasser von partikulären Verunreinigungen erfolgen kann.
Nach einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die erste mechanische Reinigungsvor- richtung als Überlaufrinne ausgebildet ist, die am Beckenrand der Schwimmanlage angeordnet ist, wodurch eine Vorreinigung von an der Oberfläche schwimmender Biomasse erfolgen kann und in einem weiteren Schritt nur mehr das im Wasser schwebende Material entfernt werden muss.
In einer Weiterbildung der eben genannten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass eine wasserseitige Vorderkante der Überlaufrinne im bezug auf den Wasserspiegel der Schwimmanlage höher angeordnet ist, als die dieser gegenüberliegenden Überlaufrinnenkante, wonach erreicht wird, dass schwimmende Biomasse, wie z. B. Laub und dgl., einfach durch Abkeh- ren beseitigt werden kann. Weiters erweist sich dabei von Vorteil, dass an der Oberfläche schwim- mende Verunreinigungen nicht wieder in die Schwimmanlage zurückgelangen können.
Von Vorteil ist auch, dass in zumindest einer der beiden mechanischen Reinigungsvorrichtun- gen ein Filterschacht angeordnet ist, in dem der Filter vorliegt, wodurch im Wasser befindliche Verunreinigungen herausgefiltert werden können und auf der Filteroberfläche zurückgehalten werden.
In einer Weiterbildung der eben genannten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest einer der beiden Filter als Feinfilter, insbesondere in Form eines Filterzylinders ausgebildet ist, wodurch es ermöglicht wird, dass Kleinkrebse im Filterzylinder bleiben und ständig mit sauerstoffreichem Wasser versorgt werden und weiters nicht dem Frassdruck natürlicher Geg- ner unterliegen.
Der Filter kann von einem Lochblech, wie z.B. Edelstahllochblech gehaltert sein, wonach der Durchtritt von Wassers durch den Feinfilter ermöglicht wird.
In einer Weiterbildung der eben genannten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass der Filter, insbesondere ein Filtertuch, aus einem Polyropylenvlies besteht, wobei gewährleis- tet werden soll, dass eine geeignete Durchlässigkeit für die Feinfiltration des Wassers besteht.
In einer weiteren Weiterbildung der eben genannten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der Filter eine Durchlässigkeit, ausgewählt aus einem Bereich mit einer oberen Grenze von 100 1/m/h, insbesondere von 90 1/m/h, vorzugsweise von 80 1/m/h und einer unteren Grenze von 30 1/m/h, insbesondere von 50 1/m/h, vorzugsweise von 60 1/m/h, aufweist, wodurch kleinste parti- kuläre Verunreinigungen des Wassers entfernt werden.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die biologische Reinigungsvorrichtung einen ersten
<Desc/Clms Page number 5>
und einen zweiten Bodent@ter umtasst, wonach einerseits mit dem ersten Bodent@ter Kunstncnes Grundwasser imitiert wird und andererseits mit dem zweiten Bodenfilter eine Optimierung der Abbauprozesse im unterirdischen Bereich erzielt wird.
Gemäss einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass innerhalb der biologischen Reini- gungsvorrichtung Verteilerdrainagen, insbesondere stern- oder ringförmig angeordnet sind, wonach Kurzschlussströmungen und somit Leistungseinbussen des Filters verhindert werden.
Weiters ist von Vorteil, dass im Bodenfilter ein Verteilerschacht, vorzugsweise zentral, ange- ordnet ist, wodurch das zu reinigende Wasser den Bodenfilter von unten nach oben durchfliesst und dadurch der dichteren bakteriellen Besiedelung im Haarwurzelbereich der Wasserpflanzen sauer- stoffreiches Wasser zugeführt wird und dadurch ein aerober, geruchloser Abbauprozess ermöglicht wird.
Gemäss einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass im Verteilerschacht der zweiten biolo- gischen Reinigungsvorrichtung eine Fördereinrichtung für Wasser, insbesondere eine Pumpe, angeordnet ist, wodurch der Wasserspiegel im unterirdischen Filter intermittierend verändert wer- den kann und dadurch eine verbesserte Ausnützung der inneren Filteroberfläche zur Verfügung steht. Durch diesen Vorgang wird Unterdruck erzeugt und Luft angesaugt und der Filter kann dadurch atmen. Die Wiederbefüllung des Bodenfilters erfolgt nach Ablauf des Pumpenlaufs über Schwerkraft, wodurch eine entsprechende Energiemenge eingespart werden kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bodenfilter mehrere Schichten, insbesondere aus einem porösen Trägermaterial, welches vorzugsweise partikulär ist, aufweist, wonach einerseits eine geeignete Durchlüftung des Bodenfilters gegeben ist und andererseits durch die Anordnung mehrerer Schichten unterschiedliche Reinigungsschritte vorgenommen werden können, wie z. B. die Adsorption von Phosphor und Stickstoff an lonentauscher. Von Vorteil erweist sich dabei, dass das poröse Trägermaterial aus Kohle, Ton, Kieselgel, Quarzsand, Schaumstoff, Kunststoffflocken oder Zeolithen, gegebenenfalls in pelletisierter Form besteht, wonach durch die Verwendung der unterschiedlichen Materialien unterschiedliche Reinigungsbe- dingungen geschaffen werden, wie z. B. die Adhäsion von Mikroorganismen oder Nährstoffen.
Weiters erweist sich von Vorteil, dass der Durchmesser des porösen Trägermaterials von unten in Richtung auf den Wasserspiegel nach oben abnimmt, wodurch auch im Bodenfilter der biologi- schen Reinigungsstufe indirekt eine mechanische Reinigung durchgeführt wird.
Das poröse Trägermaterial ist mit Mikroorganismen besiedelt, wodurch ein biologischer Abbauprozess der Verunreinigungen des Wassers bewirkt wird und kein Zusatz von Chemikalien für die Reinigung des Wassers notwendig ist, welcher in weiterer Folge die Umwelt belasten wür- de.
In einer Weiterbildung der eben genannten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mikroorganismen aus einer Gruppe umfassend Cytophaga-Arten, Sporocytophaga-Arten, Pseudomonas-Arten, Achromobacter-Arten, Flavobacterium-Arten, Micrococcus-Arten, Mycobacte- rium-Arten, Nocardia-Arten, Vibrio cuneata, Serratia-Arten, Bacillus-Arten, Thiobacillus-Arten, etc., ausgewählt werden, wodurch ausschliesslich aerobe Mikroorganismen für den Abbau der Verunrei- nigungen des Wassers zur Verfügung stehen und dadurch keine Geruchsbelästigung entsteht.
Nach einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der Bodenfilter eine lonentauscher- schicht umfasst, wodurch Metaboliten, welche beim Abbau von chemischen Elementen, wie z.B. von Phosphor und Stickstoff entsehen, adsorbiert werden können und somit aus dem System genommen werden.
Dabei erweist sich von Vorteil, dass der Bodenfilter der ersten biologischen Reinigungsvorrich- tung der Pflanzen überstaut ist, wodurch gelöste organische Substanzen, welche diesen Bodenfil- ter durchfliessen, entfernt werden können.
In einer Weiterbildung der eben genannten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass in der ersten biologischen Reinigungsvorrichtung Wasserpflanzen, insbesondere Repositi- onspflanzen, angeordnet sind, wodurch die vom Menschen verursachten Umweltschäden zumin- dest teilweise wieder behoben werden können.
Gemäss einer weiteren Weiterbildung der soeben genannten Ausführungsvariante der Erfin- dung ist vorgesehen, dass Repositionspflanzen aus einer Gruppe umfassend die Familie der Helophyten und/oder Hydrophyten ausgewählt werden, wodurch durch ein Zusammenwirken innerhalb dieser Pflanzenfamilien bzw. der Pflanzenfamilien mit den Mikroorganismen die Reini-
<Desc/Clms Page number 6>
gungsleistung der Wasseraufbereitungsanlage erheblich verbessert werden kann.
Weiters erweist sich von Vorteil, dass der Bodenfilter der zweiten biologischen Reinigungsvor- richtung unterirdisch angeordnet ist, wodurch eine Nährstoffentnahme aus dem System ermöglicht wird.
In einer Weiterbildung der eben genannten Ausführungsvariante erweist sich von Vorteil, dass der Bodenfilter der zweiten biologischen Reinigungsvorrichtung mit Pflanzen bewachsen ist, wodurch Abbauprodukte aus der biologischen Reinigungsstufe der photosynthetischen Produktion zugeführt werden und somit aus dem System genommen werden, indem die Pflanzen entfernt werden, wie z. B. der Rasen gemäht wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass nach der letzten biologischen Reini- gungsvorrichtung ein Ausgleichsbehälter, indem vorzugsweise eine Fördereinrichtung, wie z.B. eine Pumpe vorliegt, angeordnet ist, wodurch das gereinigte Wasser in die Schwimmanlage rück- geführt werden kann und dadurch zur weiteren Verwendung zur Verfügung steht und keine neuen Ressourcen angezapft werden müssen.
Gemäss einer weiteren Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die erste oder zweite mecha- nische Reinigungsvorrichtung mit der ersten biologischen Reinigungsvorrichtung über zumindest eine Leitung strömungsverbunden ist, wobei ein Auslauf der Leitung in der ersten biologischen Reinigungsvorrichtung oberhalb dem Verteilerschacht angeordnet ist, wonach das zugeführte Wasser über den Verteilerschacht und über die Verteilerdrainagen in den Bodenfilter gelangt und diesen von unten nach oben durchströmt und wieder abgeführt wird und dabei die einzelnen Schichten des Bodenfilters durchläuft.
In einer Weiterbildung der eben genannten Ausführungsvariante der Erfindung erweist sich als vorteilhaft, dass die Leitungen in den Verteilerschacht münden, welcher vorzugsweise zentral angeordnet ist und dadurch das zu reinigende Wasser im gesamten Bereich des Bodenfilters gleichmässig verteilt wird und somit eine Kontinuität in der Reinigung des Wassers gewährleistet werden kann.
Die zumindest eine biologische Reinigungsvorrichtung ist in Strömungsrichtung des Wassers betrachtet nach der zumindest einen mechanischen Reinigungsvorrichtung angeordnet, wodurch bereits eine Vorreinigung von partikulären Verunreinigungen des Wassers in der mechanischen Reinigungsvorrichtung erfolgen kann und in der biologischen Reinigungsvorrichtung nur mehr eine Feinreinigung auf organische Verunreinigungen des Wassers erfolgen muss.
Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand dem in der Zeichnung dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Wasseraufbereitungsanlage.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäss auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z. B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäss auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merk- malskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispie- len für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemässe Lösungen darstellen.
Das Verfahren zur Aufbereitung und/oder Reinhaltung von Wasser 1 in einer Wasseraufberei- tungsanlage 2 basiert auf zumindest je einem mechanischen und einem biologischen Reinigungs- schritt, wobei in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens, wie in Fig. 1 schematisch gezeigt wird, dieses in einem zweistufigen mechanischen, Reinigungsschritt und einem zweistufi- gen biologischen, Reinigungsschritt abläuft.
Das Wasser 1 wird durch Schwerkraft zwischen den einzelnen Reinigungsstufen der Reini- gungsschritte weitertransportiert, wobei der mechanische Reinigungsschritt vor dem biologischen Reinigungsschritt erfolgt.
Zur Absonderung von schwimmender Biomasse 3 ist die Schwimmanlage 4 mit einer ersten mechanischen Reinigungsvorrichtung 5, wie z. B. einer Überlaufrinne 6 in Form eines Laubfang- rosts, ausgestattet, deren wasserseitige Vorderkante höher angesetzt ist als die Schwimmanla-
<Desc/Clms Page number 7>
genumfangskante. Damit wird erreicht, dass Laub und schwimmende Verunreinigungen einfach durch Abkehren zu beseitigen sind und dass die schwimmende Biomasse 4 bei Überfüllung der Überlaufrinne 6 nicht wieder in die Schwimmanlage 4 zurückgelangen kann.
Über Schwerkraft wird das Wasser 1 in einer Leitung 7 der zweiten mechanischen Reinigungs- vorrichtung 8 zugeführt. In dem zweiten mechanischen Reinigungsschritt erfolgt eine Absonderung von schwebender Biomasse 3.
Nach der Passage des Wassers 1 durch den Rinnenrost der ersten mechanischen Reini- gungsstufe fliesst das zu reinigende Wasser 1, insbesondere Badewasser, über die Leitung 7 in einen Filterschacht 9. Dieser Filterschacht 9 beinhaltet einen Filter 10, wie z. B. einen Feinfilter in Form eines Filterzylinders 11 und/oder ein Filtertuch, der über Schwerkraft betrieben wird. Der Filter 10 kann zwei- oder mehrteilig ausgeführt sein, wobei der äussere Mantel des Filterzylinders 11aus einer Siebvorrichtung, wie z. B. einem Lochblech, insbesondere einem Edelstahllochblech, und der innere Mantel des Filterzylinders 11aus einem Feinfilter besteht. Das zu reinigende Was- ser 1 mündet durch die Leitung 7 in den Filterzylinder 11 und durchfliesst über Schwerkraft den Filter 10, wobei schwebende Verunreinigungen auf der Filteroberfläche zurückgehalten werden.
Als Filtermaterial wird ein Polypropylenvlies mit geeigneter Durchlässigkeit und einem Gewicht von 300 g/m2 (Dicke von 3 mm) verwendet. Die Durchlässigkeit ist aus einem Bereich mit einer oberen Grenze von 100 1/m/h, insbesondere von 90 I/m/h, vorzugsweise von 80 1/m/h und einer unteren Grenze von 30 I/m/h, insbesondere von 50 1/m/h, vorzugsweise von 60 I/m/h, ausgewählt (Wasserdurchgang Q in der Ebene bei 0,02 bar nach EN 350 12958). Als alternative Filtermateria- lien können auch silikatische Filter 10 verwendet werden.
Solche Filter 10 werden bei herkömmlichen Filteranlagen rückgespült um den Filterkuchen zu entfernen und eine längere Lebenszeit und Durchlässigkeit des Filters 10 zu erzielen, allerdings unter der Bedingung, dass für die Rückspülung Energie aufgewendet werden muss. Im Unter- schied zu herkömmlichen schwimmbaren Filtern wird der beschriebene Filter 10 nicht rückgespült.
Der sich auf der Filteroberfläche ablagernde Filterkuchen wird bei nachlassender Durchlässigkeit entfernt. Dies kann in regelmässigen Intervallen, wie z. B. wöchentlich oder monatlich, vorzugsweise nur einmal jährlich bzw. nach Abschluss der Badesaison, erfolgen. Es kann entweder nur der Filterkuchen oder der Filterkuchen und der Filter 10 entfernt werden.
Diese Anordnung verhindert beispielsweise dass reinigende Kleinkrebse in den weiteren Ver- fahrensstufen vorliegen. Die Kleinkrebse bleiben im Filterkessel, werden dort ständig mit sauer- stoffreichem Wasser 1 versorgt und unterliegen nicht dem Frassdruck von natürlichen Feinden.
Nach dem Durchtritt des Wassers 1 durch den Filter 10 gelangt dieses über eine weitere Lei- tung 7 in die erste und/oder zweite biologische Reinigungsvorrichtung (en) 12,13. Der biologische Reinigungsschritt folgt dem mechanischen Reinigungsschritt und kann wie dieser in einer bevor- zugten Ausführungsform auch in zwei Stufen erfolgen.
Die erste Stufe stellt ein bepflanzter, überstauter Bodenfilter 14 dar, der aus mehreren Schich- ten aufgebaut ist. Das mechanisch vorgereinigte Wasser 1 enthält in dieser Phase gelöste organi- sche Substanzen. Die Leitung 7 mündet in einen Verteilerschacht 15, welcher vorzugsweise zent- ral angeordnet ist. Das zu reinigende Wasser 1 gelangt vom Verteilerschacht 15 über ein Verteiler- system 16, welches vorzugsweise als Drainagensystem ausgebildet ist in den bepflanzten, über- stauten Bodenfilter 14 und durchfliesst diesen. Diese Verteilerdrainagen sind vorzugsweise stern- oder ringförmig angeordnet, die beginnend im Verteilerschacht 15 in der untersten Schicht verlegt sind. Zur optimalen Ausnützung der inneren Filteroberfläche wird das feinzureinigende Wasser 1 über den Verteilerschacht 15 der unteren, keine Feinteile enthaltenden Schicht zugeführt.
Durch diese Anordnung werden Kurzschlussströmungen und somit Leistungseinbussen des Bodenfilters verhindert.
Der Bodenfilter ist aus einem porösen Trägermaterial aufgebaut. Dieses liegt vorzugsweise kornabgestuft vor, wobei eine sinkende Korngrösse von Unten nach Oben vorliegt. Das Trägerma- terial wird von Kohle, Ton, Kieselgel, Quarzsand, Schaumkunststoffflocken oder Zeolithen, gege- benenfalls in pelletisierter Form, gebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der bepflanzte, überstaute Bodenfilter 14 wie folgend beschrieben aufgebaut. Der Bodenfilter besteht im wesentlichen aus Kalkstein in Form von gewa- schenem Rundkies. Dieser befindet sich vorzugsweise in den unteren Schichten des Bodenfilters.
In den daraufliegenden Schichten folgen Kalksand, vorzugsweise mit rundem Korn und von unten
<Desc/Clms Page number 8>
nach oben sinkender Korngrösse.
In der Schicht, in welcher die Drainagen angeordnet sind, sind Zeolithe, insbesondere mit hohem Anteil an Montmorillonit, eingebaut. In der zweiten biologischen Reinigungsvorrichtung (13, 18) liegt über der Kalksandschicht vorzugsweise gewaschener Quarzsand (4 bis 7 mm).
Im Bereich der Wasserpflanzen 17 der ersten biologischen Reinigungsvorrichtung 12 liegt eisenhaltiger Ton vor, der mit Quarzsand hydraulisch so eingestellt ist, dass ein geeigneter Durch- lässigkeitswert erreicht wird.
In einer alternativen Ausführungsform kann der Bodenfilter (14,19) beispielsweise auch aus Kalksand, Quarzsand, Ton, Schaumkunststoffflocken und Kohle aufgebaut sein, wobei die Abfolge der einzelnen Schichten wie angeführt von Unten nach Oben erfolgt. Die Abfolge der Schichten und die Zusammensetzung der Bodenfilter (14, 19) kann sich in weiteren alternativen Ausführungsformen ändern.
Diese beschriebene Zusammensetzung verfügt einerseits über eine ausreichende lonentau- scherkapazität für die ionisch vorliegenden Abbauprodukte und andererseits wirkt sie durch Puf- ferwirkung des Kalkes stärkeren pH-Wert-Schwankungen entgegen.
Das Trägermaterial ist mit aeroben Mikroorganismen ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Cytophaga-Arten, Sporocytophaga-Arten, Pseudomonas-Arten, Achromobacter-Arten, Flavobacte- rium-Arten, Micrococcus-Arten, Mycobacterium-Arten, Nocardia-Arten, Vibrio cuneata, Serratia- Arten, Bacillus-Arten, Thiobacillus-Arten, etc., besiedelt.
Das feinzureinigende Wasser 1 durchfliesst den Bodenfilter von Unten nach Oben und führt der dichteren, mikrobiellen Besiedelung im Haarwurzelbereich der Wasserpflanzen 17 sauerstoffrei- ches Wasser 1 zu und sorgt damit für aerobe, geruchlose Abbauprozesse.
Das zu reinigende Wasser 1 gelangt von der Wasseroberfläche des bepflanzten, überstauten Bodenfilters 14 über einen Überlauf in eine weitere Leitung 7, welche eine Verbindung zur zweiten biologischen Reinigungsvorrichtung 13 herstellt.
In der zweiten biologischen Reinigungsstufe wird das zu reinigende Wasser 1 über das Vertei- lersystem 16, insbesondere Verteilerdrainagen, im Bodenfilter verteilt. Durch die Anordnung eines Verteilerschachts 15, in welchem eine Fördereinrichtung 18, wie z. B. eine Pumpe angeordnet ist, wird Grundwasser künstlich imitiert. In dieser zweiten Stufe erfolgt die eigentliche Feinreinigung, die Wasserklärung sowie die Elimination von gesundheitsschädlichen Keimen. Diese Keime wer- den von besser angepassten Platzhaltern, welche Antagonisten zu den pathogenen Keimen sind, bekämpft. Durch die Vorlage idealer Bedingungen stellen sich selbsttätig günstige biotische Bedin- gungen ein, die für eine wirkungsvolle Bekämpfung von humanpathogenen Keimen erforderlich sind.
Die restliche Fracht an gelöster organischer Substanz dient im unterirdischen Bodenfilter 19 als Nahrung für die dort vorliegende, mikrobielle Besiedlung. Diese besteht, wie bereits in der ersten biologischen Reinigungsvorrichtung (12) beschreiben, aus vorkultivierten, aeroben, aquatischen Bakterien.
Der bepflanzte, überstaute und/oder unterirdische Bodenfilter 14,19 wird in regelmässigen Intervallen, vorzugsweise einmal jährlich, beispielsweise zu Beginn der Badesaison, damit ange- impft. Die durch den bakteriellen Abbau freigesetzten Nährstoffe, wie z. B. Phosphor und Stickstoff, liegen ionisch vor und werden weitestgehend an natürliche lonentauscher 20 absorbiert, die der Bodenfilter enthält.
Zur verbesserten Ausnützung der inneren Filteroberfläche wird der Wasserspiegel in der zwei- ten biologischen Reinigungsvorrichtung 13 mittels Fördereinrichtung 18, wie z. B. einer Pumpe, intermittierend verändert. Durch diesen Vorgang entsteht Unterdruck und Luft wird angesaugt und der Bodenfilter kann dadurch atmen. Die Wiederbefüllung des Bodenfilters erfolgt über Schwer- kraft.
' In einer bevorzugten Ausführungsform kann der unterirdische Bodenfilter mittels einer geeigne- ten Vliesmatte aus Polypropylen (1. 000 g/m2) abgedeckt werden. Diese Vliesmatte kann bepflanzt werden. Beispielsweise kann auf diese Vliesmatte Fertigrasen aufgerollt werden, der innerhalb weniger Tage durch die Matte in der darunter liegenden gewaschenen Quarzsandschicht (4 bis 7 mm) als Hydrokultur wurzelt. Durch diese Massnahme werden die Abbauprodukte aus der zwei- ten biologischen Reinigungsstufe der photosynthetischen Verwertung zugeführt und können dadurch aus dem System genommen werden, indem Pflanzen 21, wie z. B. Rasen, entfernt wer- den.
<Desc/Clms Page number 9>
Bis zu 100% des gereinigten Wassers 1 können für eine erneute Einspeisung in den Reini- gungsprozess als gereinigtes Wasser 1 wiedergewonnen wird.
Der in der Schwimmanlage 4 nach Fig. 1 vorgesehene Ausgleichsbehälter 22 beinhaltet eine Fördereinrichtung 18, wie z.B. eine Umwälzpumpe für den grossen Kreislauf und fördert das gerei- nigte Wasser 1 zurück in die Schwimmanlage 4, um einen konstanten Wasserspiegel zu halten, welcher über dem Wasserspiegel der Reinigungsvorrichtungen liegt. Verfahrensbedingte Wasser- verluste werden durch Frischwasserzufuhr ausgeglichen.
Im Folgenden werden die unterschiedlichen Wasserspiegelniveaus der unterschiedlichen Rei- nigungsvorrichtungen 5,8, 12,13 beschrieben. Die angeführten Zahlenwerte stellen eine beispielhafte Auswahl dar.
Das Wasserspiegelniveau der zweiten mechanischen Reinigungsvorrichtung 8 ist beispielswei- se 50 cm, vorzugsweise 40 cm, insbesondere 30 cm niedriger als das Wasserspiegelniveau der Schwimmanlage 4 ausgebildet.
Das Wasserspiegelniveau des Verteilerschachts 15 ist beispielsweise 60 cm, vorzugsweise 50 cm, insbesondere 40 cm, unter der Schwimmanlage 4 angeordnet. Das Niveau des Wasser- spiegels der ersten biologischen Reinigungsvorrichtung 12 liegt in etwas in der gleichen Höhe, wie das Wasserspiegelniveau der zweiten mechanischen Reinigungsvorrichtung 8. Das Wasserspie- gelniveau der ersten biologischen Reinigungsvorrichtung 12 liegt somit niedriger als Wasserspie- gelniveau des Verteilerschachts 15.
Die bepflanzte Oberfläche der zweiten biologischen Reinigungsvorrichtung 13 befindet sich 50 cm, vorzugsweise 40 cm, insbesondere 30 cm, unterhalb des Niveaus des Wasserspiegels der Schwimmanlage 4. Das Wasserspiegelniveau in der zweiten biologischen Reinigungsvorrichtung 13 liegt vorzugsweise 60 cm, insbesondere 50 cm, unter dem Wasserspiegelniveau der Schwimm- anlage 4. Da allerdings der Wasserstand in der zweiten biologischen Reinigungsvorrichtung inter- mittierend verändert werden kann, unterliegt das Wasserspiegelniveau grösseren Schwankungen und kann bis auf 1 m unterhalb des Wasserspiegelniveaus der Schwimmanlage 4 sinken. Das Wasserspiegelniveau in der zweiten biologischen Reinigungsvorrichtung 13 kann auch beispiels- weise 70 cm oder 80 cm unterhalb des Wasserspiegelniveaus der Schwimmanlage 4 vorliegen.
Im Ausgleichsbehälter 22 befindet sich der Wasserspiegel, ausgewählt aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 40 cm, vorzugsweise 50 cm, insbesondere 60 cm und einer oberen Grenze von 90 cm, vorzugsweise 100 cm, insbesondere 110 cm unter dem Wasserspiegelniveau der Schwimmanlage 4, wobei das Wasser aus dem Ausgleichsbehälter mit einer Fördereinrichtung 18 wiederum in die Schwimmanlage 4 zurücktransportiert werden kann.
Für die beschriebene Ausführungsform der Erfindung ist ein sehr geringer Energiebedarf erfor- derlich. Für eine zu reinigende Gesamtwassermenge von 130 m3 genügen zwei Pumpen mit einer Leistung von insgesamt 0,7 KW. Die Laufzeit der alternierend laufenden Pumpen beträgt in Sum- me 6 Stunden täglich. Die restlichen 18 Stunden läuft die Anlage über Schwerkraft (Ausspiege- lung). Dieser wirtschaftliche Betrieb wird durch Anordnung der Reinigungsvorrichtungen (5,8, 12, 13) auf unterschiedlichen Niveau, beispielsweise durch einen Wasserspiegelunterschied von 20 cm, erzielt.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten der Wasser- aufbereitungsanlage 2, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variati- onsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt. Es sind also auch sämtliche denkbaren Ausführungsvarianten, die durch Kombinationen einzelner Details der dargestellten und beschriebenen Ausführungsvariante möglich sind, vom Schutzumfang mitumfasst.
Der Ordnung halber sei abschliessend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Wasseraufbereitungsanlage 2 diese bzw. deren Bestandteile teilweise unmass- stäblich und/oder vergrössert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.