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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abwasserentsorgung in Städten und Gemeinden gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein System zur Abwasserentsorgung in Städten und Gemeinden gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8 und eine Verwendung einer zentralen Vakuumquelle zur Abwasserentsorgung in Städten und Gemeinden gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
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Abwasserentsorgung ist grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei werden die in den Städten und Gemeinden anfallenden flüssigen und festen Reststoffe des kommunalen Abwassers zur Verdünnung mit großen Mengen von wenig verschmutztem Wasser vermischt.
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Die
DE 34 42 565 A1 zeigt ein Fäkalien-Fördersystem mit einem Toilettenbecken, einem diesem nachgeschalteten Auffangbehälter, einer in diesem vorgesehenen Pumpe sowie einem sich an den Auslassstutzen der Pumpe anschließenden Abfluss-Druckrohr, das so installiert werden soll, dass weder die Umwelt noch Kläranlagen durch Fäkalien belastet werden und darüber hinaus das Abfluss-Druckrohr auf einfache und kostengünstige Weise verlegt werden kann.
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Die
DE 196 14 610 B4 beschreibt eine Vakuumentwässerungsanlage zur getrennten Sammlung von verschiedenen Abwasserarten innerhalb eines gemeinsamen Leitungsnetzes, wobei Abwasserarten gleicher oder ähnlicher Zusammensetzung, vorzugsweise verschiedener Einleitungsorte, zu etwa gleichen Zeitintervallen und von Abwasserarten mit davon verschiedener Zusammensetzung zeitlich versetzt zu den vorgenannten in einem gemeinsamen Leitungsnetz gesammelt werden in der Weise, dass am Systemauslass der Entwässerungsanlage zu gleichen Zeiten Abwasserarten gleicher oder ähnlicher Qualität, und zeitlich nacheinander Abwässer unterschiedlicher Qualität in getrennten Zeitintervallen sortenrein sammelbar sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Abwasserentsorgung in Städten und Gemeinden zu verbessern, insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine zukunftsorientierte Abwasserentsorgung in Städten und Gemeinden zur Verfügung zu stellen, mit dem das häusliche Abwasser ordnungsgemäß entsorgt wird und gleichzeitig die Nährstoffe und Energie weitgehend aus dem Abwasser zurückgewonnen werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, ein System gemäß Anspruch 8 und durch eine Verwendung gemäß Anspruch 13 gelöst.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. System können nicht nur die Ablaufqualität einer Kläranlage wesentlich verbessert, sondern auch die im kommunalen Abwasser enthaltenen Nährstoffe (Stickstoff N, Phosphor P usw.) und Energie weitergehend als bisher zurückgewonnen werden. Das durch Ausführungsformen der Erfindung gewonnene konzentrierte Schwarzwasser (Gemisch von Urin und Fäkalien) kann in der Klärschlammbehandlung der Kläranlage zur Nährstoff- und Energiegewinnung verwertet werden. Auf der Kläranlage können nach der Umstellung auf das neue Entsorgungsverfahren das wenig verschmutzte Grauwasser (häusliches Abwasser ohne Schwarzwasser), industrielle Abwässer und ggf. ein Teil vom Niederschlagswasser gereinigt werden.
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Die vorliegende Erfindung schließt die Erkenntnis ein, dass die heutige Abwasserentsorgung in Städten und Gemeinden in der Regel auf einer Schwemmkanalisation und einer oder mehreren Zentralkläranlagen basiert. Das historisch gewachsene Entsorgungsprinzip hat zwar in der Vergangenheit für eine schadlose Ableitung und ordnungsgemäße Reinigung des häuslichen Abwassers gesorgt. Die vorliegende Erfindung hat jedoch erkannt, das bestehende Entsorgungsverfahren grundsätzliche Mängel im Hinblick auf eine nachhaltige Entwicklung aufweisen.
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Ein wesentliches Problem des konventionellen Entsorgungsverfahrens ist hierbei die Verdünnung und Vermischung der in den Städten und Gemeinden anfallenden flüssigen und festen Reststoffe mit großen Mengen von Schwemmwasser. Dies führt zur Verschwendung der wertvollen Wasserressource, macht die Reinigung des Abwassers auf kommunalen Kläranlagen aufwendig und eine wirtschaftliche Rückgewinnung von Nährstoffen aus kommunalen Abwasser unmöglich. Nur ein kleiner Teil von der im Abwasser enthaltenen Energie kann mit diesem Entsorgungssystem durch aufwendige Verfahrensschritte zurückgewonnen werden.
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Mit der steigenden Knappheit von verfügbaren Ressourcen (Wasser, Energie und Nährstoffe) wurde von der Erfindung die Notwendigkeit der Einführung von neuen Entsorgungskonzepten mit einer Kreislaufwirtschaft erkannt. Die Erfindung beinhaltet die Erkenntnis, dass es zur Schonung der vorgenannten Ressourcen notwendig ist, nutzbare Nährstoffe möglichst in die örtlichen Nahrungsketten zurückzuführen. Hierbei hat die Erfindung erkannt, dass zum Ermöglichen einer Rückgewinnung der Nährstoffe aus dem Abwasser, die Abwasserströme getrennt zu sammeln sind.
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Die Erfindung hat in diesem Zusammenhang die Bedeutung erkannt, eine Abwasserentsorgung zu entwickeln, mit der die Abwässer von einer ganzen Stadt oder Gemeinde auch dann noch wirtschaftlich entwässert werden können, wenn Vakuumabsaugetechnik verwendet wird. Für eine wirtschaftliche Nutzung der Vakuumabsaugetechnik sollte das System ausbaufähig sein und sollte beliebig erweiterbar sein, so dass auch in vorhandenen Abwasserentsorgungssystemen das neue System schrittweise ausgebaut werden kann.
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Die Erfindung liefert insbesondere den wirtschaftlich bedeutsamen Ansatz, dass ein zentrales Vakuumversorgungsnetz für die Sammlung des Schwarzwassers in einer Stadt oder Gemeinde verwendet wird. Das Vakuumnetz ist für jeden zugänglich und kann beispielsweise von einem kompetenten Entsorgungsunternehmen betrieben werden.
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Entscheidend ist, dass durch die erfindungsgemäße Verwendung eines solchen Gemeinde- oder Stadt-übergreifenden Vakuumversorgungsnetzes auch wirtschaftlich sinnvoll die Möglichkeit besteht, jeden einzelnen Haushalt nach belieben an das zentrale Vakuumversorgungsnetz – auch temporär – anzuschließen und von diesem – auch temporär – wieder abzukoppeln.
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Dabei können vorteilhafte bekannte Vakuumtoiletten verwendet werden. Das verwendbare Schwarzwasser kann vor Ort in spezifischen Vakuum-/Speichertanks zwischengelagert und regelmäßig, beispielsweise wöchentlich, beispielsweise mittels Saugwagen entleert und zur Verwertung abgefahren werden. Das restliche, wenig verschmutzte Grauwasser (häusliches Abwasser ohne Urin und Fäkalien) und das Regenwasser können z. B. wie zuvor über die Kanalisation zur Kläranlage abtransportiert und dort gereinigt werden.
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Das neue Verfahren zeichnet sich bevorzugt auch dadurch aus, dass es im laufenden Betrieb von herkömmlichen Abwasserbehandlungsanlagen fließend integriert werden kann, unabhängig vom Mengenanfall des Schwarzwassers. Weiterhin unterstützt das Verfahren uneingeschränkt den Einsatz von Wasserspartechniken, ohne den Erfolg des Entsorgungsvorgangs zu gefährden, wie das bei der herkömmlichen Abwasserableitung der Fall ist.
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Zwar ist es im Zusammenhang mit einem Sammeln von Schwarzwasser grundsätzlich bekannt, Vakuumtoiletten einzusetzen. Dabei wird die Abwasserleitung unter Vakuum gehalten und damit das Abwasser abgesaugt. 1 zeigt das Prinzip dieser bekannten Vakuumabsaugung. In einem Haus 1 sind Vakuumtoiletten 2 installiert. Durch Öffnung eines Absaugventils wird der Inhalt einer Toilette 2 abgesaugt. Schwarzwasser (Gemisch von Fäkalien und Urin) wird anschließend über eine Vakuumabwasserleitung 3 in einen Sammeltank 4 transportiert. Die notwendige Vakuumerzeugung erfolgt mittels einer, in der Nähe des Hauses 1 angeordneten, in Bezug auf die Stadt oder Gemeinde jedoch dezentralen Vakuumpumpe 5. Der Sammeltank 4 wird gleichzeitig als ein Vorlagebehälter für Entleerungspumpen 6 benutzt. Mit dieser Technik können die verwertbaren Ströme getrennt erfasst und zur Verwertung in einer Kläranlage gemäß dem dargestellten Pfeil abgeführt werden.
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Die Erfindung hat aber erkannt, dass die oben beschriebene bekannte dezentrale Vakuumerzeugung folgende entscheidende Nachteile bezüglich einer Abwasserentsorgung in Städten und Gemeinden hat:
- a. Eine Mindestanzahl von Toiletten, beispielsweise mehr als 20 Toiletten, ist erforderlich, um die bekannte dezentrale Vakuumerzeugungsanlage wirtschaftlich zu betreiben. Das Betreiben einer einzelnen Toilette und insbesondere eine ständige Anpassung an eine Veränderung der Anzahl der mit Vakuum zu versorgenden Toiletten mit der Vakuumerzeugungsanlage in einem größeren Gebiet mit einer großen Anzahl von Toiletten ist somit auf wirtschaftliche Weise nicht möglich.
- b. Andererseits kann die bekannte dezentrale Vakuumerzeugungsanlage nur die Anzahl von Toiletten, beispielsweise 500 Toiletten absaugen, für die die Anlage ausgelegt ist, um für jede Toilette noch die erforderliche Vakuumkraft zu gewährleisten.
- c. Der Sammeltank kann nicht direkt mit einem Saugwagen abgesaugt werden. Dafür müsste ein zusätzlicher Zwischenspeichertank errichtet werden.
- d. Beim Defekt einer Komponente des bekannten Systems kann das ganze System lahmgelegt werden.
- e. Da die Sperrstoffe, z. B. Toilettenpapier, durch die Vakuumabwasserleitung in den Tank geführt werden müssen, ist die Verstopfungsgefahr relativ groß.
- f. Die benutzte Vakuum- und Abwassermenge von einzelnen Anwendern können nicht messtechnisch erfasst werden. Dies verhindert eine Einführung eines branchenüblichen und zur Finanzierung unbedingt notwendigen Gebührerhebungssystems.
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Aus diesen Gründen ist das oben beschrieben bekannte System höchstens für einen punktuellen Einsatz für bspw. eine Gruppe von Häusern noch wirtschaftlich, wo bspw. geographische Verhältnisse für eine Schwerkraftentwässerung ungünstig sind.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Die Zeichnung zeigt:
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2 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Absaugen von Schwarzwasser aus verschiedenen Gebäuden, wobei die Vakuumlieferung durch ein zentrales Vakuumversorgungsnetz erfolgt. Das gesammelte Schwarzwasser wird in einem Vakuum-/Speichertank zwischengespeichert und mittels Saugwagen entleert.
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3 und 4 zeigen Ausführungsformen der Erfindung, mittels derer das zentrale Vakuumversorgungsnetz erweitert werden kann. Das Netz kann leicht von einer baumartigen Form (3) für ein kleineres Abwasserentsorgungsgebiet auf eine ringartige Form (4) für ein größeres Abwasserentsorgungsgebiet vergrößert werden. Je nach Bedarf können weitere Vakuumpumpen 9' in das Netz eingebaut werden.
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5 zeigt eine Ausführungsform eines gesamten erfindungsgemäßen Entsorgungssystems mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Vakuumversorgungsnetzes.
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6 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Vakuum-/Speichertanks mit optionalen zusätzlichen erfindungsgemäßen Geräten.
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Die Funktionsweise einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Entsorgungssystems mit einem erfindungsgemäßen zentralen Vakuumversorgungsnetz für die Schwarzwasserabsaugung kann anhand der bevorzugten Ausführungsformen der Zeichnung wie folgt beschrieben werden.
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Bei dem in 5 dargestellten Entsorgungssystem wird konzentriertes Schwarzwasser, d. h. ein Gemisch aus Urin und Fäkalien, mit einem Vakuumsystem aus dem Haus 1 abgesaugt. Das Vakuumsystem besteht aus Vakuumtoiletten 2, Vakuumabwasserleitungen 3 und Vakuum-/Speichertanks 7. Die Vakuumversorgung der Vakuumtoiletten 2, der Vakuumabwasserleitungen 3 und der Vakuum-/Speichertanks 7 erfolgt erfindungsgemäß vorteilhaft durch ein zentrales Vakuumversorgungsnetz gemäß den 3 und 4. Die Speichertanks 7 werden vorteilhaft entlang und an einer Straße angeordnet, so dass sie von einem Saugwagen 15 leicht angefahren werden können. Die Speichertanks 7 werden bevorzugt regelmäßig mittels eines Saugwagens 15 entleert. Das gesammelte Schwarzwasser wird zu einer Verwertungsanlage, z. B. einer kommunalen Kläranlage 19 gefahren und dort zur Nährstoff- und Energiegewinnung verwertet. Das restliche, wenig verschmutzte Grauwasser aus Waschbecken 11, Bade- 12 und Duschwanne 13, Waschmaschine 14 usw. wird weiterhin über die Kanalisation 17 zur Kläranlage 19 transportiert und dort gereinigt. Das Regenwasser wird durch die bestehende Regenwasserkanalisation 18 abgeleitet.
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Die Entleerung des Vakuum-/Speichertanks 7 erfolgt mittels Saugwagen 15. Dazu wird der Vakuum-/Speichertank 7 vom Saugwagen 15 angefahren. Ein Saugschlauch des Saugwagens 15 wird an eine Kupplung des Tanks 7 angeschlossen. Bevor man mit dem Saugvorgang beginnt, wird ein über eine Leitung 20 mit dem Tank 7 in Verbindung stehendes Dreiwegeventil 27 umgeschaltet. Eine zur Vakuumbeaufschlagung des Tanks 7 über eine Leitung 20 mit dem Tank 7 in Verbindung stehende Vakuumluftleitung 21 der Vakuumversorgung 8 wird dadurch gesperrt und die Leitung für einen Luftdruckausgleich 22 gegenüber Umgebungsdruck geöffnet. Nach dem Luftdruckausgleich wird das Ventil 26 geöffnet. Der Inhalt des Tanks 7 kann dann vom Saugwagen 15 abgesaugt werden. Der Vakuumverbrauch kann mit einem Messgerät 24 ermittelt werden und eine abgesaugte Schwarzwassermenge kann mit einem Messgerät 25 gemessen werden.
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Nach der Absaugung werden das Dreiwegeventil 27 und das Entleerungsventil 26 zurückgeschaltet, so dass der Tank 7 wieder mit Vakuum durch die Vakuumluftleitung 21 der Vakuumversorgung 8 beaufschlagt wird.
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Für öffentliche Gebäude, z. B. Schulen, Theater, Bürogebäude, Krankenhäuser, Sportstadien usw. können das Gelbwasser (Urin) und die Abwässer wie das Braunwasser (Fäkalien) mit dem gleichen System getrennt gesammelt werden. Hierfür können spülwasserfreie Urinale eingesetzt werden.
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In einer großen Stadt ist es zweckmäßig und wirtschaftlich vorteilhaft, mehrere Abladestationen für das Schwarzwasser zu errichten, um den Transportaufwand zu minimieren bzw. zu optimieren. Die Saugwagen fahren das Schwarzwasser bis zu den Abladestationen. Von dort wird das Schwarzwasser mit Pumpen und Druckleitungen in eine Kläranlage 19 gefördert.
