DE19630831C2

DE19630831C2 - Horizontal und vertikal druchströmte Pflanzenkläranlage

Info

Publication number: DE19630831C2
Application number: DE1996130831
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dernbach
Original assignee: HEINRICH DERNBACH INH BERNHARD
Current assignee: FIRMA HEINRICH DERNBACH INH.BERNHARD DERNBACH E. K
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1996-07-31
Publication date: 2002-04-25
Anticipated expiration: 2016-08-01
Also published as: DE19630831A1

Description

Die Erfindung betrifft eine horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage, bestehend aus einem und/oder mehreren abgedichteten Becken, das/die jeweils in eine Eingangskammer, Pflanzenkammer und eine Ausgangskammer aufgeteilt ist/sind, die Eingangs- und Ausgangskammer ohne Bepflanzung sind und die Ausgangskammer einen zur Anstauung des Wasserspiegels geeigneten hydrostatischen Ausflußregler enthält und in der Pflanzenkammer Pflanzen eingesetzt sind.

Alle biologischen Verfahren zur Abwasserreinigung, wie Belebungsanlage, Tropfkörper oder Pflanzenkläranlage, beruhen auf dem Prinzip, daß die Schmutzstoffe von Mikroorganismen unter Verbrauch von Sauerstoff in Biomasse umgewandelt werden. Zugleich werden aus dem Stoffwechsel Wasser, Kohlendioxid und elementarer Stickstoff in die Umgebung abgegeben.

Der Unterschied liegt in der Art, wie die Mikroorganismen in dem jeweiligen System sich verteilen. In Belebungsanlagen schließen sich die Bakterien in Flocken zusammen, die bei der intensiven Belüftung durch das Schmutzwasser gewirbelt werden. Beim Tropfkörper wachsen sie als Schleim auf einer Schüttung über die das Schmutzwasser läuft und dabei mit Sauerstoff versorgt wird. Bei einer Pflanzenkläranlage siedeln sich die Bakterien auf den Pfanzenteilen, insbesondere auf den Wurzeln an und die Pflanzen sorgen für den notwendigen Sauerstoff. Biomasse wird hier im wesentlichen als Pflanzenmaterial gebildet, wohingegen bei den anderen Verfahren Biomasse aus Bakterien als Zusatzschlamm gebildet wird.

In der Vergangenheit wurden bereits verschiedene Typen von Pflanzenkläranlagen entwickelt. Das Krefelder System, von K. Seidel geschaffen, wurde in verschiedenen Ländern patentiert und später zum Mettmanner System weiterentwickelt. Ein anderes System ist die Wurzelraumentsorgung nach Kickuth, bei der ein bindiger Boden vorausgesetzt wird, da nur mit Hilfe einer hohen Bakteriendichte Fixierung des Phosphats und bakterielle Denitrifikation möglich sei. Viele nach diesem Konzept gebaute Anlagen waren hydraulisch so dicht, daß das Abwasser ohne jegliche Reinigung über die Schilfbeete abfloß.

Das Krefelder System ist durch mehrere Stufen gekennzeichnet, die in bestimmter Reihenfolge durchflossen werden. In jedem der Becken entwickeln sich charakteristische Lebensgemeinschaften von Pflanzen und Mikroorganismen. Füllmaterial, in das die Pflanzen eingepflanzt sind, ist lockerer Boden, Sand und Kies. Pflanzen sind hauptsächlich Schilf und Binsen. Auf dem Boden sind Dränagerohre zur Bodenbelüftung eingelegt.

Eine Patentanmeldung zum Krefelder System ist die DE-AS 14 84 841, der die Aufgabe zugrunde lag, ein Filter zum Reinigen von Abwässern oder dergleichen verunreinigten Flüssigkeiten so auszubilden, daß die Notwendigkeit der Reinigung des Filters auf ein Mindestmaß beschränkt wird. Gelöst werden sollte diese Aufgabe dadurch, daß das Filter mit mindestens einer vom Abwasser durchströmten und gegenüber der Umgebung abgegrenzten Schicht eines als Filtermaterial geeigneten Gutes, mit mindestens einem Sammelraum für das gefilterte Abwasser und nur oberhalb des Filters angeordneten Pflanzen, deren Wurzeln in die Filterschicht hineinwachsen, das dadurch gekennzeichnet sein soll, daß als Filtermaterial ein im wesentlichen nährstofffreies Material verwendet wird und daß die Pflanzen unmittelbar in die Filterschicht eingepflanzt sind, und zwar so, daß die Wurzeln (15) sich innerhalb der Filterschicht erstrecken und die Hauptwachstumsrichtung der Wurzeln (15) zu der Durchflußrichtung des Abwassers durch die Filterschicht im wesentlichen parallel verläuft. Nach dem Patentanspruch 7 der DE-AS 14 84 841 soll eine Regeleinrichtung (37) zum Einstellen der Höhe des Wasserspiegels (38) über der Filterschicht vorgesehen sein.

Da diese Pflanzenkläranlage im wesentlichen nährstofffreies Filtermaterial, das nach der Beschreibung nährstoffarmer Sand oder vorzugsweise Kies sein soll, verwendet, wirkt sich ein schubweiser Zulauf wegen des hydraulischen Widerstandes erst mit Verzögerung in der Ablaufkammer aus und der Abfluß erfolgt trotz Unregelmäßigkeiten beim Zuflußpunkt am Abflußpunkt gleichmäßiger. Die vorgesehene Regeleinrichtung zum Einstellen der Höhe des Wasserspiegels (38) über der Filterschicht ist in der Ausbildung als Überlaufrohr nicht geeignet, den Ablauf zu vergleichmäßigen, wenn nicht der hydraulische Widerstand der Filterschicht mitwirken kann.

Darüber hinaus sind die einzelnen Kammern mit im wesentlichen nährstofffreiem Filtermaterial, das nach der Beschreibung nährstoffarmer Sand oder vorzugsweise Kies sein soll, also einem Substrat gefüllt, in das die Pflanzen eingepflanzt sind.

Das Mettmanner System ist durch ein Becken mit einem grobkiesigen Boden und Aufteilung mittels dammähnlicher Schüttungen in mehrere Sektionen gekennzeichnet.

Es wurde auch bereits beim System "Friedrich-Krupp-Abwasserreinigung" versucht, Helophyten, die schwimmend an geeigneten Trägern befestigt waren, zur Abwasserreinigung einzusetzen. Trotz guter Anfangserfolge wurde dieses System nicht weiter verfolgt, weil das Wurzelwachstum der Teichbinsen sich nur schwach entwickelte (Althaus, H. Gas- und Wasserfach (1966) 18, 486-488).

Ein anderes System, bei dem nicht Abwasser, sondern in einem Wasserkreislauf Sporen pathogener Pilze durch Reposisitionspflanzen abgefangen werden sollen, beschreibt H. H. Will im Taspo-Magazin 9/91.

Aus dem Gebrauchsmuster DE 93 04 306 U1 ist ein biologischer Teichfilter bekannt, bei dem mit Hilfe von Sumpf- und Wasserpflanzen und dem Prinzip der Nahrungskonkurrenz und der Sauerstoffanreicherung dem Problem der vermehrten Algenbildung und des Fadenalgenwachstums und der damit verbundenen Trübung des Wassers entgegengewirkt werden soll, indem Teichfilterkästen (1), die langsam von Teichwasser durchströmt werden, mit Pflanzenhalterungen (7) aus leicht gepreßten Cocosfasern versehen sind, die die Teichfilterkästen (1) in einzelne Parzellen (15) zum Einsetzen von Jungpflanzen unterteilen.

Der Neuerung lag die Aufgabe zugrunde, einen biologischen Teichfilter zu schaffen, der sich die Lebensweise von Sumpf- und Wasserpflanzen und deren schnell wachsenden Pflanzenwurzeln zu Nutze macht, wobei davon ausgegangen wird, daß sich in unmittelbarer Nähe an den sauerstoffproduzierenden Pflanzenwurzeln Mikroorganismen ansiedeln, die diesen Sauerstoff als Lebensgrundlagen brauchen, um das Teichwasser von abgestorbenem Material und Fischausscheidungen zu reinigen. Die Mikroorganismen wandeln mit Hilfe des Sauerstoffes das abgestorbene Material u. s. w. in Nährstoffe um, die von den Pflanzenwurzeln aufgenommen werden. Weil die Nährstoffe, die die Pflanzenwurzeln benötigen auch von den Algen und dem Plankton gebraucht werden, spricht man hier vom Prinzip der Nahrungskonkurrenz.

Der Biologische Teichfilter soll bevorzugt aus mindestens 10 Teichfilterkästen bestehen, die im Wasserzulauf des Teiches oder direkt im Teich selbst postiert sind, wobei die mit Sumpf- und Wasserpflanzen bestückten Teichfilterkästen von langsam fließendem Teichwasser durchströmt werden, so daß es hierfür genügt, eine energiesparende Pumpe mit geringer Förderleistung einzusetzen.

Es ist außerdem vorgeschlagen worden, daß der biologische Teichfilter in seiner einfachsten Ausführung fünf Zweierreihen von Teichfilterkästen besitzt, wovon drei Zweierreihen mit Sumpf- und Wasserpflanzen bestückt sind und von den anderen beiden Zweierreihen eine mit Torf, der für einen geregelten Säurehaushalt des Teichwassers sorgt und die andere mit Grobkies (9) gefüllt ist.

Pflanzenhalterungen sollen aus im Wasser nahezu unverrottbaren Cocosfasern bestehen, damit die Pflanzenhalterungen eine sehr lange Lebensdauer haben und nachgewiesenermaßen nicht einmal von salzigem Meerwasser zersetzt werden. Cocosfasern als Pflanzenhalterung sind leicht gepreßt und mit natürlichem Kautschuk formstabil gemacht.

Teichfilter sind keine Pflanzenkläranlagen, weil Teichzulaufwasser üblicherweise kein mit Fäkalien und anderen Schadstoffen verunreinigtes Abwasser ist, sondern die Aufgabe des Teichfilters ist, worauf auch in der DE 93 04 306 U1 ausdrücklich hingewiesen wird, die Verhinderung der vermehrten Algenbildung und des Fadenalgenwachstums und der damit verbundenen Trübung des Wassers.

Soweit hier von Cocosfasern die Rede ist, sollen diese ausdrücklich nicht verrottbar, also nicht kompostierbar sein. Es handelt sich also um chemisch haltbargemachte Materialien, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung ausdrücklich als ungeeignet beschrieben wurden.

Nachteile der bisher bekannten Systeme von Pflanzenkläranlagen sind deren relativ großer Platzbedarf (3 bis 10 m²/EW), eine geringe Flexibilität zur Anpassung an veränderte Rahmenbedingungen und auch die fehlende Regelungsmöglichkeit bei stoßweisen Mengenänderungen. EW oder auch EGW ist die Abkürzung für den Einwohnergleichwert, der den Umrechnungswert für die Verschmutzung von industriellem, gewerblichem oder häuslichem Abwasser mit gleichem Verschmutzungsgrad ausdrückt. 1 EW entspricht einer Belastung von 60 g BSB₅ (bzw. ca. 150 g CSB) pro Tag (DIN 4045). Nach K. und K. R. Imhoff beträgt die Schmutzlast je Einwohner 150 l pro Tag. (Taschenbuch der Stadtentwässerung München 1985, R. Oldenbourg-Verlag). Von einer Pilotanlage in Germerswang mit einer spezifischen hydraulischen Belastung von ca. 3 m² /EGW wurde bei einem Zulauf von ca. 200 mg/l CSB bei einem mit Schilfrohr, Schwertlilien, Rohrkolben, Kalmus und Teichsimsen bepflanzten feinkörnigen Filter eine Minderung auf ca. 60-100 mg/l und bei einem in gleicher Weise bepflanzten grobkörnigen Filter eine Minderung auf ca. 50-110 mg/l CSB im Durchschnitt eine Minderung um 60 bis 75% erzielt. (Darüber berichtete R. Netter, Garching in einem Vortrag beim 21. Wassertechnischen Seminar in Darmstadt).

Pflegearbeiten bedeuten bei den bekannten Systemen immer wieder einen erheblichen Arbeitsaufwand.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, eine horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage zu finden, die die beschriebenen Nachteile vermeidet und darüber hinaus weitere vorteilhafte Eigenschaften aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine gattungsgemäße Pflanzenkläranlage, bestehend aus einem und/oder mehreren abgedichteten Becken, das/die jeweils in eine Eingangskammer, Pflanzenkammer und eine Ausgangskammer aufgeteilt ist/sind, die Eingangs- und Ausgangskammer ohne Bepflanzung sind und die Ausgangskammer einen zur Anstauung des Wasserspiegels geeigneten hydrostatischen Ausflußregler enthält und in der Pflanzenkammer Pflanzen eingesetzt sind, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Becken nur eine Pflanzenkammer (1) aufweist und der zur Anstauung des Wasserspiegels in gewünschter Höhe in der Ausgangskammer (3) angeordnete hydrostatische Ausflußregler (4) aus einem mit einem Faltenbalg (9), einem Schwimmkörper (10), einer Ablaufdosierung (11) und einem Ablaufbogen (12) verbundenen Überlaufrohr (13) besteht, in Führungen (14) vertikal bewegbar ist, und der Zulauf (15) aus der Pflanzenkammer (1) in die Ausgangskammer (3) am Boden der Ausgangskammer (3) angeordnet ist, wobei die Pflanzen (5) in der Pflanzenkammer (1) ohne Substrat gehalten und die in der Pflanzenkammer (1) substratlos gehaltenen Pflanzen (5) in einer verrottbaren Halteschicht (8) angeordnet sind.

Bei der erfindungsgemäßen horizontal und vertikal durchströmten Pflanzenkläranlage gibt es keinen hydraulischen Widerstand durch ein Filtermaterial, weit auf jegliches Substrat verzichtet wird. Man kann dadurch, je nach Belastung der Anlage, den Wasserspiegel anstauen und den Abfluß begrenzen. Dazu dient erfindungsgemäß ein hydrostatischer Ausflußregler in der Ausgangskammer (3) der Pflanzenkläranlage. Bei der Erfindung enthält das Becken nur eine Pflanzenkammer (1).

Der zur Anstauung des Wasserspiegels in gewünschter Höhe in der Ausgangskammer (3) verwendete hydrostatische Ausflußregler (4) besteht aus einem mit einem Faltenbalg (9), einem Schwimmkörper (10), einer Ablaufdosierung (11) und einem Ablaufbogen (12) verbundenem Überlaufrohr (13) und ist in Führungen (14) vertikal bewegbar, wobei der Zulauf (15) aus der Pflanzenkammer (1) in die Ausgangskammer (3) am Boden der Ausgangskammer (3) angeordnet ist. Dieser Ausflußregler (4) gestattet einen intermittierenden Betrieb der Anlage und die weitgehende geregelte Entleerung.

In besonderer Weise kann das Überlaufrohr (13) bei diesem hydrostatischen Ausflußregler (4) aus zwei jeweils mit ein oder mehreren Löchern am Umfang versehenen, zueinander verdrehbaren, ineinander gesteckten Rohrstücken bestehen, wodurch auf einfache Weise die Verweilzeit geregelt werden kann. Schließlich ist es von Vorteil, wenn vor dem Zulauf (15) aus der Pflanzenkammer (1) in die Ausgangskammer (3) ein Sieb (16) angeordnet ist. Vorzugsweise sind die Führungen (14) in einer Fixierplatte (17) befestigte Stangen und/oder Rohre. Um beim Winterbetrieb ein Einfrieren des Auslaufwassers zu verhindern, ist es günstig, daß die Führungen (14) des hydrostatischen Ausflußreglers (4) beheizbar sind. Bei diesem hydrostatischen Ausflußregler (4) befindet sich wegen der Schwimmkörper (10) der Überlauf stets in der Höhe des Wasserspiegels, der sich bei einer bestimmten Zulaufmenge und einer bestimmten Auslaufmenge Wasser einstellt. Durch Regeln des Auslaufes bzw. Schließen des Überlaufs kann der Wasserspiegel gesenkt oder angehoben werden. Bei einem konstanten Wasserstrom bleibt im stationären Zustand der Wasserspiegel in Höhe des Überlaufrohres konstant. Da bei diesem hydrostatischen Ausflußregler vorzugsweise vorgesehen ist, den Wasserfluß durch zwei mit einem oder mehreren Loch/Löchern am Umfang versehenen, zueinander verdrehbaren ineinander gesteckten Rohrstücken zu regeln, wird dies bereits durch einfaches Verdrehen der Rohrstücke erreicht. Der Faltenbalg und die Führungen gestatten ein störungsfreies Ausrichten des Über- bzw. Einlaufes auf dem Wasserspiegel. Wenn als Führungen Rohre verwendet werden, lassen sich diese bequem als Heizkörper ausbilden, um im Winter ein Einfrieren des hydrostatischen Ausflußregler zu verhindern.

Vorzugsweise ist für das oben in die Eingangskammer (2) zulaufende Abwasser ein Sieb (6) vorgesehen. Durch dieses Sieb (6) werden Grobteile, die aus einer Sammeleinrichtung bis zur Eingangskammer (2) gefördert wurden, zurückgehalten.

Grobstoffe können von vornherein dadurch vermieden werden, daß für das in die Eingangskammer (2) zulaufende Abwasser eine Zerkleinerungspumpe (7) vorgesehen ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Zerkleinerungspumpe (7) am Boden der Eingangskammer (2) angeordnet. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Zerkleinerungspumpe (7) vor der Eingangskammer (2) angeordnet.

Für die erfindungsgemäße horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage sind speziell substratarm und/oder substratlos gezogene Pflanzenarten besonders bevorzugt. Solche speziell substratarm und/oder substratlos gezogene Pflanzenarten sind die erfindungsgemäß vorteilhaft einsetzbaren Repositions-Pflanzen (z. B. Flor-Rekult-Logatainer® mit Flachkeilballen), die mit ihren Wurzeln leicht ein dreidimensionales Geflecht ausbilden.

Die verrottbare Halteschicht (8) ist vorzugsweise ein Netzgewebe oder Gewirke aus Pflanzenfasern, wobei die Pflanzenfasern cellulosische Fasern, insbesondere Kokosfasern, Sisalfasern und/oder Zellwollfasern sind.

Bei der erfindungsgemäßen horizontal und vertikal durchströmten Pflanzenkläranlage ergeben sich durch die Kombination von Stauhöhe, dichtem Wurzelhorizont und angepaßter Verweilzeit geringe Ablaufwerte, insbesondere auch beim CSB (Chemischer Sauerstoffbedarf), bei deutlich verringertem Flächenverbrauch (bis herab zu 1 m²/EW). Außerdem eignet sich die erfindungsgemäße horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage zur Gestaltung als Baukastensystem, wobei zur Anpassung an eine bestimmte Zahl von Abwasser erzeugenden Einwohnern die Größe des Beckens erhöht werden kann.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pflanzenkläranlage, aus der die Anordnung der einzelnen Bestandteile der erfindungsgemäßen horizontal und vertikal durchströmten Pflanzenkläranlage hervorgeht.

Fig. 2 zeigt schematisch den erfindungsgemäßen Auslaufregler.

Bezugszeichenliste

1

Pflanzenkammer

2

Eingangskammer

3

Ausgangskammer

4

hydrostatischer Auslaufregler

5

Pflanzen

6

Sieb

7

Zerkleinerungspumpe

8

verrottbare Halteschicht

9

Faltenbalg

10

Schwimmkörper

11

Ablaufdosierung

12

Ablaufbogen

13

Überlaufrohr

14

Führungen

15

Zulauf

16

Sieb

17

Fixierplatte

Claims

1. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage, bestehend aus einem und/oder mehreren abgedichteten Becken, das/die jeweils in eine Eingangskammer, Pflanzenkammern und eine Ausgangskammer aufgeteilt ist/sind, die Eingangs - und Ausgangskammer ohne Bepflanzung sind und die Ausgangskammer einen zur Anstauung des Wasserspiegels geeigneten hydrostatischen Ausflußregler enthält und in der Pflanzenkammer Pflanzen eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Becken nur eine Pflanzenkammer (1) aufweist und der zur Anstauung des Wasserspiegels in gewünschter Höhe in der Ausgangskammer (3) angeordnete hydrostatische Ausflußregler (4) aus einem mit einem Faltenbalg (9), einem Schwimmkörper (10), einer Ablaufdosierung (11) und einem Ablaufbogen (12) verbundenen Überlaufrohr (13) besteht, in Führungen (14) vertikal bewegbar ist, und der Zulauf (15) aus der Pflanzenkammer (1) in die Ausgangskammer (3) am Boden der Ausgangskammer (3) angeordnet ist, wobei die Pflanzen (5) in der Pflanzenkammer (1) ohne Substrat gehalten und die in der Pflanzenkammer (1) substratlos gehaltenen Pflanzen (5) in einer verrottbaren Halteschicht (8) angeordnet sind.

2. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das oben in die Eingangskammer (2) zulaufende Abwasser ein Sieb (6) vorgesehen ist.

3. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß für das in die Eingangskammer (2) zulaufende Abwasser eine Zerkleinerungspumpe (7) vorgesehen ist.

4. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerkleinerungspumpe (7) am Boden der Eingangskammer (2) angeordnet ist.

5. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verrottbare Halteschicht (8) ein Netz, Gewebe und/oder Gewirke aus Pflanzenfasern ist.

6. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pflanzenfasern cellulosische Fasern, insbesondere Kokosfasern, Sisalfasern und/oder Zellwollfasern sind.

7. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufdosierung (11) des in der Ausgangskammer (3) angeordneten hydrostatischen Ausflußreglers (4) aus zwei gegeneinander verdrehbar ineinander angeordneten und mit einem oder mehreren Loch/Löchern am Umfang versehenen Rohrstücken besteht.

8. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Zulauf (15) aus der Pflanzenkammer (1) in die Ausgangskammer (3) ein Sieb (16) angeordnet ist.

9. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungen (14) in einer Fixierplatte (17) befestigte Stangen und/oder Rohre sind.

10. Horizontal und vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungen (14) beheizbar sind.