DE102009022922A1

DE102009022922A1 - Regenwasserreinigungsanlage

Info

Publication number: DE102009022922A1
Application number: DE102009022922A
Authority: DE
Inventors: Paul Schreck
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-05-27
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2010-12-02

Abstract

Regenwasserreinigungsanlage, bestehend aus einem Zulaufrohr, durch welches Regenwasser, das mit Feststoffen und Metallionen belastet ist, in einen Behälter eingeleitet wird, dessen Innenwand mit Filtermaterial bedeckt ist, das Feststoffe und Metallionen zurückhält und der an seiner tiefsten Stelle an ein Ablaufrohr angeschlossen ist, wobei der Behälter durch etwa vertikale Trennwände in wenigstens zwei Kammern aufgeteilt ist, die ebenfalls mit Filtermaterial bedeckt sind und die an ihrer tiefsten Stelle mit dem Ablaufrohr verbunden sind und deren Oberseite jeweils offen ist und ein Verteiler an das Zulaufrohr angeschlossen ist, durch den der Zulauf von Regenwasser zu jeder einzelnen Kammer aktivierbar oder deaktivierbar ist und der durch einen Füllstandsensor in jeder Kammer steuerbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regenwasserreinigungsanlage, bestehend aus einem Zulaufrohr, durch welches Regenwasser, das mit Feststoffen und Metallionen belastet ist, in einen Behälter eingeleitet wird, dessen Innenwand mit Filtermaterial bedeckt ist, das Feststoffe und Metallionen zurückhält und der an seiner tiefsten Stelle an ein Ablaufrohr angeschlossen ist.
Zur Reinigung von Regenwasser werden nach dem bisherigem Stand der Technik vorrangig Feststoffe ausgefiltert, die mit dem Regenwasser mitgeschwemmt werden. Durch zunehmende Verwendung von Kupfer- und Zinkblech auf Hausdächern sowie wegen einer wachsenden Anzahl von anderen metallenen Gegenständen, die dem Regen ausgesetzt sind, enthält das zu klärende Oberflächen Wasser einen wachsenden Anteil an Kupfer- und Zinkionen sowie andere Metallionen.
Diese Metallionen kontaminieren die Wände von Kläranlagen und können von da aus ins Grundwasser diffundieren. Da es als sehr nachteilig einzustufen ist, wenn sie in das Trinkwasser gelangen, werden derzeit verschiedene Methoden erprobt, um diese Metallionen möglichst frühzeitig nach ihrem Eindringen in das Wasser wieder herauszusondern. Es ist sogar vorgesehen, dass das gesammelte Oberflächenwasser von Grundstücken oberhalb einer bestimmten Größe der Grundfläche oder der Dachfläche beim Verlassen des Grundstückes von Kupfer und Zinkionen gereinigt werden muss.
Auf aktuellem Stand der Technik schlägt für diese Aufgabe die OS DE 10 2007 011 225 A1 vor, dass in einem Behälter mehrere Betonplatten vertikal so aufgestellt werden, dass sie für durchlaufendes Regenwasser einen längeren, mäandrierenden Weg formen, auf dem alle Metallionen des durchfließenden Wassers in Kontakt mit den Betonplatten kommen sollen. Durch Ionenaustausch mit dem Kalziumhydroxid des Betons sollen die Metallionen wasserunlösliches Metallhydroxid bilden, das im Wasser flockig ausfällt und anschließend ausgefiltert werden muss.
Nachteilig ist, dass nicht alle im Wasser befindlichen Metallionen zwangsläufig in Kontakt mit den Betonplatten kommen. Wenn ihre Oberfläche durch im Wasser enthaltene Feststoffe und Schwebestoffe zugesetzt und mit einer anhaftenden Schicht versehen ist, kann sich in der Mitte des labyrinthartigen Weges zwischen den senkrecht stehenden Betonplatten ein „Schlupfweg” für das kontaminierte Regenwasser ausbilden, auf dem die Metallionen „durchlaufen”.
Ein weiteres Problem entsteht dadurch, dass das flockig ausfallende Metallhydroxid vom Wasser mitgerissen wird und in einem weiteren, anschließenden Behälter ausgefiltert werden muss. In erster Annäherung ist also die notwendige Größe der Reinigungsanlage gegenüber dem bisherigen Stand der Technik verdoppelt und daher entsprechend aufwändig.
Ungünstig ist, dass zwischen den vertikalen Betonplatten befindliche Verunreinigungen nur sehr aufwändig entsorgt werden können, da nur sehr schmale Reinigungsgeräte in den labyrinthartigen Gang abgesenkt und auf dessen Boden arbeiten können.
Falls dabei hartnäckige Verschmutzungen oder Verkrustungen nicht lösbar sind, ist eine Entfernung der Betonplatten, ihre externe Reinigung, eine Reinigung der Behältergrundfläche und ein Wiedereinsetzen der Betonplatten erforderlich.
Auf diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Reinigungsanlage zum Aussondern von Metallionen aus Regenwasser zu entwickeln, die gegenüber dem bisherigen Stand der Technik keine Vergrößerung der Behälter erfordert, eine einfache Entsorgung der ausgesonderten Rückstände ermöglicht und die eine vergleichsweise lange Standzeit bis zur nächsten Reinigung erfordert.
Als Lösung lehrt die Erfindung, dass der Behälter durch etwa vertikale Trennwände in wenigstens zwei Kammern aufgeteilt ist, die ebenfalls mit Filtermaterial bedeckt sind und die an ihrer tiefsten Stelle mit dem Ablaufrohr verbunden sind und deren Oberseite jeweils offen ist und ein Verteiler an das Zulaufrohr angeschlossen ist, durch den der Zulauf von Regenwasser zu jeder einzelnen Kammer aktivierbar oder deaktivierbar ist und der durch einen Füllstandsensor in jeder Kammer steuerbar ist.
Ein Merkmal der Erfindung sind die Filtermaterialien auf den Innenwänden des Behälters und den Trennwänden, die die einzelnen Kammern voneinander separieren. Durch diese Filtermaterialien läuft das zu reinigende Regenwasser hindurch. Auf aktuellem Stand der Technik sind Filtermaterialien bekannt, die nicht nur grobe und kleine Feststoffe ausfiltern, sondern die sogar Metallionen zurückhalten.
Das Zurückhalten der Metallionen wird dabei in positiver Weise mit zunehmender Verschmutzung des Filtermateriales noch weiter verbessert. Praktische Einsätze haben nachgewiesen, dass Festkörper und Metallionen bis herunter zu einem Durchmesser von rund 2 Mikrometer zurückgehalten werden. Ein Nachteil dieser Filtermaterialien ist, dass sie sich relativ schnell zusetzen, sodass der Durchfluss im mer weiter verlangsamt wird und schließlich ganz zum Erliegen kommt.
Deshalb ist es ein erstes, vorteilhaftes Merkmal der Erfindung, dass die verfügbare Filterfläche dadurch vergrößert wird, dass in die bisherigen Behälter zusätzliche Wände eingezogen werden, die ebenfalls mit Filtermaterial bedeckt sind, sodass die zur Verfügung stehende Fläche deutlich vergrößert wird. Dadurch wird die mögliche Durchflussmenge im gleichen Maße wie die Vergrößerung der Fläche erhöht. Eine einfache Ausführungsform ist es z. B., in einem zylindrischen Behälter eine rechteckige Platte als Trennwand einzusenken, sodass zwei halbkreisförmige Kammern entstehen. Wenn jede dieser halbkreisförmigen Kammern wiederum halbiert wird, bilden sich vier Kammern mit jeweils viertelkreisförmigem Profil. Dadurch ist die wirksame Filterfläche nahezu verdoppelt.
Wenn diese Kammern gegeneinander wasserdicht ausgeführt sind, dann ist es möglich, über einen Verteiler nur einer einzigen Kammer oder nur einem Teil aller vorhandenen Kammern kontaminiertes Regenwasser zuzuführen. derweil die übrigen, momentan nicht genutzten Kammern leer laufen und dadurch trocken fallen.
Der entscheidende Vorteil ist, dass dann auch die Filtermaterialien an den Innenwänden der nicht beschickten Kammer trocknen, so dass Ablagerungen in den senkrechten Bereichen des Filtermaterials, die sich durch die Strömungsgeschwindigkeit und/oder kapillar daran angebundenes Wasser und/oder durch Aufquellen im Filtermaterial festgesetzt haben, nach ihrer Abtrocknung lösen, von der senkrechten Wand abfallen und sich auf dem Boden des Behälters sammeln.
Dadurch wird das Filtermaterial zu einem nennenswerten Teil von Verschmutzungen befreit, sodass sich die mögliche Durchflussmenge wieder erhöht und damit die mögliche Betriebsdauer bis zur nächsten Reinigung deutlich verlängert.
Reinigungsanlagen werden üblicherweise so ausgelegt, dass sie auch die größten zu erwartenden Mengen von Regenwasser – z. B. bei Starkregen – aufnehmen können, wofür alle vorhandenen Kammern befüllt werden müssen.
Bei schwachem Regen, wie z. B. sogenanntem Landregen, ist die Durchflussmenge erheblich kleiner, so dass es ausreicht, das einströmende Regenwasser nur in einer einzigen oder zumindest nur in einem Teil einer Kammer zu sammeln und für die übrigen Kammern den Zulauf von Regenwasser zu unterbrechen. Diese dann nicht befüllten Kammern können in der Folge abtrocknen, was für nach dem beschriebenen Mechanismus für eine Verlängerung der Betriebsdauer sorgt.
Ein alternatives Verfahren ist es, das einströmende Regenwasser in einem ersten Schritt nur in eine einzige Kammer zu leiten und zwar solange, bis sie gefüllt wird. Erst wenn der jeweilige Sensor das Signal der maximalen Befüllung dieser ersten Kammer gibt, wird das Regenwasser in eine zweite Kammer geleitet, die wiederum vollständig befüllt wird, und dann im dritten und jeden weiteren Schritt zu einer einzigen nächsten Kammer bis in dieser Reihenfolge alle Kammern eines Behälters befüllt sind. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass unabhängig von der Dauer des jeweiligen Regenfalls eine maximal mögliche Anzahl von Kammern noch trocken steht.
Ein weiterer, wenn auch nicht spektakulärer Vorteil ist dabei, dass während des Befüllens durch mögliche kleine Erschütterungen der Trennwände in der trockenen Nachbarkammer weitere Feststoffe aus dem Filter heraus fallen.
Ein Merkmal der Erfindung ist also ein Verteiler, der das durch das Zulaufrohr einfließende Regenwasser auf die jeweiligen Kammern verteilt. Eine mechanisch sehr einfache, robuste und einfach anzusteuernde Ausführungsform eines solchen Verteilers besteht aus zwei winklig miteinander verbundenen Abschnitten einer Rinne, die zu ihrem Ende hin ansteigen, also die Form eines sehr stark gespreizten V einnehmen. Etwa durch den Verbindungspunkt der beiden Abschnitte verläuft eine horizontale Schwenkachse, um welche der Verteiler verschwenkt werden kann.
Dadurch ist der Ausgang des ersten Rinnenabschnittes niedriger angeordnet als der Ausgang des zweiten Rinnenabschnittes. Durch „Kippen” dieses Verteilers kann entweder der eine oder der andere Ausgang aktiviert werden, wobei sich der jeweils aktivierte Rohrabschnitt nach unten hin neigt. Aus dem anderen gesperrte Rohrabschnitt fließt kein Regenwasser ab, weil er gesperrt ist, z. B. indem er nach oben weist. Die beiden Ausgänge der Rinnenabschnitte sind oberhalb je einer Kammer angeordnet.
Zum Verteiler zugeführt wird das Regenwasser aus dem Zulaufrohr in die Nähe des Verbindungspunktes der beiden Abschnitte, damit sich die Zuführung beim „Kippen” nicht mitbewegen muss.
Alternativ ist natürlich auch ein Verteiler möglich der aus Rohren besteht, die vom Zulaufrohr zu jeder einzelnen Kammer führen. Wenn die einzelnen Kammern entlang der Außenwand eines zylindrischen Behälters angeordnet sind, dann nehmen diese Verteiler die Form eines Sterns an. Es sind jedoch auch rechteckige Behälter mit rasterartig daran angeordneten einzelnen Kammern denkbar. Auch für die Zuführung eines derartig aufgeteilten Behälters sind einzelne Rohre denkbar.
Wenn die Betriebsart mit der jeweils sequentiellen Befüllung einer einzelnen Kammer besonders oft erforderlich ist, dann kann die Zuführung auch über einen flexiblen Schlauch erfolgen, der z. B. von einem zweiachsigen Handlingarm in der Ebene oberhalb der einzelnen Kammern verschoben werden kann und so jeweils einer bestimmten Kammer zuzuordnen ist.
Wie prinzipiell bereits bekannt, können die Filtermaterialien, mit denen die einzelnen Kammern ausgekleidet sind, zu einem Filtersack miteinander verbunden werden. Der Vorteil ist, dass dann der Sack mitsamt seinem Inhalt einfach nach oben hin herausgenommen und entsorgt werden kann.
Für eine weitere Verlängerung der Standzeit dieses Filtermateriales ist es sinnvoll, zwischen dem Filtermaterial und der Innenwand des Behälters bzw. zwischen dem Filtermaterial und den Trennwände der Kammern eine Noppenbahn einzufügen. Auch andere Distanzelemente zwischen den Wandflächen und dem Filtermaterial sind geeignet. Dank dieser Distanzelemente muss das Wasser aus den oberen Bereichen der Filtermatten nicht mehr innerhalb der Filtermatten parallel zur Oberfläche nach unten fließen, sondern nur noch etwa senkrecht oder leicht zur Oberfläche geneigt und dann weiter im Zwischenraum zwischen Filtermatte und Innenwänden. Dann kann auch bei teilweise zugesetztem Filter das Wasser immer noch durch die offenen Bereiche des Filters abfließen.
Mit den auf aktuellem Stand der Technik bekannten Filtermatten können bis zu 80% der im Oberflächenwasser vorhandenen Metallionen ausgesondert werden. Für eine weitere Steigerung dieser Rate kann der Behälter Flockungswirkstoffe enthalten, die mit den Metallionen einen aus dem Regenwasser ausflockenden Feststoff bilden. Der Feststoff wird dann vom Filter zurückgehalten.
Für eine weitere Steigerung der Aussonderungsrate kann ein Absorbermaterial in den Behälter eingegeben werden, das Metallionen bindet.
Im Folgenden sollen weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung anhand eines Beispiels näher erläutert werden. Dieses soll die Erfindung jedoch nicht einschränken, sondern nur erläutern. Es zeigt in schematischer Darstellung:
1 Schnitt durch eine Regenwasserreinigungsanlage
In 1 ist eine erfindungsgemäße Regenwasserreinigungsanlage im Schnitt gezeichnet. Zu erkennen ist, dass ein zylindrischer Behälter 3 am oberen Ende trichterförmig erweitert ist. Dadurch entsteht Raum für einen Verteiler 5, der das Regenwasser 2 aus dem Zulaufrohr 1 aufnimmt.
Der Verteiler 5 besteht aus zwei winklig miteinander verbundenen Rinnenabschnitten, die hier jeweils entlang ihrer Längsachse zeichnerisch aufgeschnitten sind. Unterhalb des Verteilers 5 ist nur schematisch seine Schwenkachse 52 eingezeichnet, um welche er verschwenkt werden kann.
In der gezeigten Stellung ist er soweit nach links verschwenkt, dass der linke Rohrabschnitt nach unten weist und der rechte Rohrabschnitt horizontal ist. Dadurch strömt in den Verteiler einfließendes Regenwasser 2 nur aus dem linken Rohrabschnitt heraus.
Zu erkennen ist, dass das Regenwasser 2 dann in die linke der beiden Kammern 33 des Behälters 3 fließt und diese bereits fast vollständig befüllt hat. Derweil ist die rechte Kammer 33 leer und kann trocknen.
Das Wasser in der linken Kammer 33 strömt dann in das Filtermaterial 4, mit dem die Innenwände des Behälters 3 und die Trennwand 32 zwischen den beiden Kammern 33 bedeckt ist. Diese Schicht ist in 1 durch gestrichelte Linien dargestellt.
Damit die gesamte Fläche des Filtermaterials 4 möglichst lange einsatzfähig ist, ist zwischen dem Filtermaterial 4 und den angrenzenden Wänden noch eine Schicht mit Distanzelementen 6 eingebracht, wie z. B. eine Noppenbahn, die in 1 durch aneinander grenzende kleine Kreise dargestellt ist. Durch die Freiräume zwischen den Noppen hindurch strömt das Wasser dann nach unten.
Ohne diese Freiräume zwischen den Noppen müsste es innerhalb des Filtermaterials 4 parallel zu dessen Oberfläche einen Weg finden, wobei es zwar sehr gründlich gefiltert werden würde, aber durch die ausgesonderten Partikel das Filtermaterial 4 auch sehr schnell verstopfte.
Gut zu erkennen ist, dass am unteren Ende einer jeden Kammer 33 das Wasser austritt und in ein Ablaufrohr 31 eintritt. Von dort wird es entweder einer Kläranlage zugeführt oder versickert. Dabei ist sehr schön zu erkennen, dass nur im linken Bereich des Ablaufrohres 31 Wasser strömt, während der Bereich der rechten Kammer trocken steht.
In 1 wird nachvollziehbar, dass die rechte Kammer 33 während der Befüllung der linken Kammer 33 Zeit hat, um zu trocknen. Dabei trocknen auch die im Filtermaterial eingedrungenen größeren und kleineren Feststoffe ab sowie die Wasserschichten zwischen den Elementen des Filtermaterials und den Feststoffen. Die Feststoffe reduzieren zum Teil ihren Durchmesser und es schwindet sie verbindende Feuchtigkeit, was dafür sorgt, dass zahlreiche Feststoffe aus den senkrechten Wänden sich lösen können und auf den Boden der Kammer 33 absinken. Dadurch wird die Filterfläche zu einem sehr großen Teil wieder gereinigt und so die mögliche Betriebsdauer der Regenwasserreinigungsanlage zwischen zwei Reinigungen deutlich verlängert.

1: Zulaufrohr, führt das verunreinigte Regenwasser 2 zu
2: Regenwasser, mit Feststoffen und Metallionen verunreinigt
3: Behälter zur Aufnahme des Regenwassers 2
31: Ablaufrohr des Behälters 3
32: Trennwände, teilen den Behälter 3 in Kammern 33 auf
33: Kammern in Behälter 3, durch Trennwände 32 abgeteilt
4: Filtermaterial, bedeckt die Innenwände des Behälters 3 und der Trennwände 32
5: Verteiler, verteilt das Regenwasser aus dem Zulaufrohr 1 auf die einzelnen Kammern 33
51: Füllstandsensor, in jeder Kammer 33
6: Distanzelemente zwischen Filtermaterial und Wänden

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102007011225 A1 [0004]

Claims

Regenwasserreinigungsanlage bestehend aus – einem Zulaufrohr 1, durch welches Regenwasser 2, das mit Feststoffen und Metallionen belastet ist, in – einen Behälter 3 eingeleitet wird, – dessen Innenwand mit Filtermaterial 4 bedeckt ist, das Feststoffe und Metallionen zurückhält und – der an seiner tiefsten Stelle an ein Ablaufrohr 31 angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der Behälter 3 durch etwa vertikale Trennwände 32 in wenigstens zwei Kammern 33 aufgeteilt ist, – die ebenfalls mit Filtermaterial 4 bedeckt sind und – die an ihrer tiefsten Stelle mit dem Ablaufrohr 31 verbunden sind und – deren Oberseite jeweils offen ist und – ein Verteiler 5 an das Zulaufrohr 1 angeschlossen ist, – durch den der Zulauf von Regenwasser zu jeder einzelnen Kammer 33 aktivierbar oder deaktivierbar ist und – der durch einen Füllstandsensor 51 in jeder Kammer 33 steuerbar ist.
Regenwasserreinigungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler 5 – aus zwei winklig miteinander verbundenen Abschnitten einer Rinne besteht, die zu ihrem Ende hin ansteigen und – um eine etwa durch den Verbindungspunkt der beiden Abschnitte verlaufende, horizontale Schwenkachse verschwenkbar ist, so dass der Ausgang des einen Rinnenabschnittes niedriger angeordnet ist als der Ausgang des anderen Rinnenabschnittes und – der Ausgang jedes Rinnenabschnittes jeweils oberhalb einer Kammer 33 angeordnet ist und – die beiden Rinnenabschnitte mit dem Zulaufrohr 1 verbunden sind.
Regenwasserreinigungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler aus Rohren besteht, – die vom Zulaufrohr 1 zu jeder Kammer 33 führen und – durch ein Ventil geöffnet und verschlossen werden können.
Regenwasserreinigungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem auf den Innenwänden des Behälters 3 und der Kammern 33 aufliegendem Filtermaterial 4 und der Innenwand des Behälters oder den Trennwänden 32 eine Noppenbahn oder andere Distanzelemente 6 angeordnet sind.
Regenwasserreinigungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gesamte Filtermaterial 4 in einer einzelnen Kammer 33 miteinander zu einem Sack verbunden ist, der sich mitsamt den darin gesammelten Feststoffen nach oben hin herausheben lässt.
Regenwasserreinigungsanlage nach dem vorhergehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter 3 Flockungswirkstoffe enthält, die mit den Metallionen einen aus dem Regenwasser ausflockenden Feststoff bilden.
Regenwasserreinigungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter 3 ein Absorbermaterial enthält, das Metallionen bindet.
Verfahren zur Reinigung von Regenwasser mit einer Regenwasserreinigungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der jeweils anfallenden Regenmenge – das einströmende Regenwasser in einer einzigen oder zumindest in nur einem Teil aller Kammern 33 gesammelt wird und – für die übrigen Kammern 33 der Zulauf von Regenwasser unterbrochen wird.
Verfahren zur Reinigung von Regenwasser mit einer Regenwasserreinigungsanlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das einströmende Regenwasser – in einem ersten Schritt nur zu einer einzigen ersten Kammer 33 geleitet wird, bis diese gefüllt ist und – dann in einem zweiten Schritt nur zu einer einzigen zweiten Kammer 33 geleitet ist, bis diese gefüllt ist und – dann in einem dritten und in weiteren Schritten diese sequentielle Befüllung jeweils nur einer einzigen Kammer 33 über die gesamte Anzahl aller Kammern eines Behälters 3 hinweg fortgesetzt wird.