DE19807890A1 - Verfahren und Kleinkläranlage zum Behandeln von Schwarz und/oder Grauwasser - Google Patents
Verfahren und Kleinkläranlage zum Behandeln von Schwarz und/oder GrauwasserInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben modular aufgebauter Kleinkläranla
gen zur Aufstellung in frostfreien geschlossenen Räumen, im wesentlichen Kellerräumen.
In diesen modular aufgebauten Kleinkläranlagen kann das gesamte häusliche Abwas
ser, das heißt Schwarz- und/oder Grauwasser, vollbiologisch gereinigt werden.
Es ist bekannt, Verfahren zur biologischen Reinigung von organisch belasteten Abwäs
sern, bei dem die gelösten Abwasserinhaltsstoffe mikrobiologisch umgesetzt werden und
das behandelte Abwasser anschließend von dem biologischen Schlamm abgetrennt
wird, einzusetzen, bei welchen die mikrobielle Umsetzung unter Überdruck ausgeführt
wird und die Abtrennung des behandelten Abwassers vom biologischen Schlamm durch
eine Membran- oder Ultrafiltration vorgenommen wird.
Es sind auch geregelte Oxydationskleinkläranlage als Kleinklärsystem für Haushaltsab
wässer und gewerbliche Schmutzwässer bekannt, welche vollbiologisch arbeiten und bei
denen die Verbindungen (Zu- und Abflüsse) zwischen Vorhaltebecken, Belebungs
schacht, Nachklärung und Stapelraum des Klärschlamms, ebenso wie die Luftzufuhr in
den Belebungsschacht (Oxydation) durch elektronisch-pneumatische Steuerung geregelt
werden, so daß ein hoher Mineralisierungsgrad des Klärgutes erreicht wird.
Bekannt sind auch Mehrkammerkleinkläranlagen, bei denen die vorhandenen
Verbindungs- und Überlauföffnungen verschlossen werden, wobei das zu reinigende Ab
wasser durch pneumatische Pumpen chargenweise und geregelt von Kammer zu Kam
mer transportiert wird.
Es sind auch Kleinkläranlagen, ausgeführt als Aufstau-Überlüftungsanlage mit Belüftung
durch Oberflächenkreisel oder mittels eines Rührwerkes und Zusatzlufteinspeisung be
kannt.
Weiterhin sind auch Varianten als Aufstau-Oxidationsanlage in Schachtbauweise be
kannt, welche in einem Schachtbehälter Vorklärschacht, Oxidationsschacht und
Nachklärschacht vereinigen.
Bekannt ist weithin, daß mit Membranen, insbesondere mit Mikrofiltrationsmembranen
eine weitgehende Abtrennung von Feststoffen aus Flüssigkeiten direkt im Belebungstank
möglich ist.
Bei Kläranlagen mit Belebungsbecken sind bisher im kommunalen Bereich mit hohen
TS-Konzentrationen nur Crossflow-Anlagen im Einsatz.
Zur Verhinderung von Ablagerungen beziehungsweise Deckschichten beim Crossflow-
Verfahren auf den Membranen wird ein Gas/Flüssigkeitsgemisch mit einer genügend
turbulenten Strömung oder aber auch die Reibung der Membranen aneinander
ausgenutzt. Die transmembrane Druckdifferenz wird dabei durch Anlegen eines
negativen Überdrucks, welcher durch Pumpen oder unter der Ausnutzung der Schwer
kraft erzeugt wird, auf der Permeatseite überwunden.
Kleinkläranlagen gemäß DIN 4261 Teil 1/2 für weniger als 8 m3Abwasser pro Tag wer
den bisher als abflußlose Gruben, Dreikammerklärgruben, Tropfkörper-, Belebungsanla
gen, beziehungsweise Pflanzenkläranlagen oder ähnlich ausgeführt.
Alle bisher bekannten Kleinkläranlagen weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie nach ei
nem bekannten Verfahren mit den drei Verfahrensstufen Vorklärung, Oxidation und
Nachklärung arbeiten.
Desweiteren läuft bei den bisher bekannten Kleinkläranlagen ein hydraulischer Stoß nur
geringfügig gedämpft durch alle Verfahrenstufen. Das hat ein eine verringerte Aufent
haltszeit und einen erhöhten Schlammanteil und damit eine schlechtere Reinigungs
leistung zur Folge.
Aus kommunalen Kleinkläranlagen müssen oft große Volumen ein bis mehrmals im Jahr
entsorgt werden. Hierzu wird der Schlamm aus der Vorklärung oder anderen Behältern
wie Becken oder Tanks entnommen.
Dieser entnommene Fäkalschlamm aus der Vorklärung wirkt geruchsbelästigend und ist
hygienisch bedenklich.
Nachteilig ist außerdem, daß konventionelle Abwassertauchmotorpumpen drehende
Teile enthalten, die vor allem bei geringen elektrischen Anschlußleistungen nicht über
längere Zeit hinweg zuverlässig arbeiten. Die im Abwasser enthaltenen Verunreinigun
gen wie beispielsweise Haare und andere Fasern führen dabei häufig zum Ausfall der
Pumpe.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Abwasserreinigung zu schaffen, welches
mittels einer modular aufgebauten Kleinkläranlage raumsparend in Wohngebäuden ein
gesetzt werden kann und weitestgehend wartungsfrei arbeitet, welche geeignet ist für die
Behandlung von nichtkonstant anfallendem häuslichem Abwasser und energieoptimiert
arbeitet.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das häusliche Abwasser über ein Fallrohr in ei
ne Vorklärkammer eingebunden wird, in welcher das Abtrennen der größeren ungelösten
Abwasserinhaltsstoffe erfolgt.
Die sich über den größeren ungelösten Abwasserinhaltsstoffe absetzende flüssige Phase
des Abwassers gelangt durch Strömung aus einer Vorklärkammer in einen Belebungs
tank.
In dem Belebungstank können mit einer höheren Konzentration an Mikroorganismen
(TS-Konzentration) (Dickschlammbiologie) unter Zufuhr von Luft die in der flüssigen
Phase mitgeführten Abwasserinhaltstoffe umgesetzt werden.
Diese Luftzufuhr erfolgt aus energetischen Gründen in Abhängigkeit zum Anfall des Ab
wassers.
Das Abwasser gelangt durch Mikrofiltrationsmembranen im freien Gefälle in einen
Brauchwasserspeicher beziehungsweise in eine Hebeanlage oder über einen Überlauf
in eine Versickerung. Aus dem Brauchwasserspeicher kann der Sekundärkreislauf mit
einem Hauswasserwerk gespeist werden.
Der Brauchwasserspeicher enthält eine geeignete Einrichtung um die Wiederverkeimung
zu unterdrücken.
Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderliche modulare Klein
kläranlage für den Einbau in geschlossenen Räumen besteht aus zwei Verfahrensstufen,
nämlich einer Vorklärkammer und einer Belebungsstufe mit getauchten Membranen. Da
bei ist die Vorklärkammer als zusätzlicher Abwasserspeicher dimensioniert.
In der Vorklärkammer ist eine Umwälzeinrichtung und eine Fördereinrichtung angeord
net.
Diese Umwälzeinrichtung ist dabei so gestaltet, daß ein senkrecht in der Vorklärkammer
angeordnetes Rohr an seinem unteren Ende mit einer Frischluftzufuhr verbunden ist.
Die untere Öffnung des Rohres ist mit einem Filter versehen, welcher wiederum an sei
ner der Vorklärkammer zugewandten Seite mit einer Frischluftzufuhr ausgestattet ist.
Das obere Ende des senkrecht stehenden Rohres ist u-förmig nach unten abgewinkelt.
Die in der Vorklärkammer angeordnete Fördereinrichtung ist erfindungsgemäß so gestal
tet, daß in einem senkrecht in der Vorklärkammer stehenden Rohr ein weiteres dünneres
Rohr angeordnet ist.
Dieses innenstehende Rohr weist in seinem unteren Bereich eine Frischluftzufuhr auf.
Das äußere Rohr ist in seinem mittleren Bereich mit Filterelementen versehen und beide
Rohre sind an ihren unteren Enden zueinander offen.
Das innere Rohr ist an seinem oberen Ende so gestaltet, daß seine Austrittsöffnung sich
über dem Belebungsbecken befindet.
Der Belebungstank ist über eine weitere Rohrverbindung mit einem Brauchwasserspei
cher verbunden.
Dazu ist im oberen Bereich des Belebungstanks eine mit Mikrofiltrationsmembranen aus
gestattete Austrittsöffnung angeordnet.
Die austretende Abluft wird mittels einer Rohrverbindung über die Abwasserszuführungs
leitung abgeführt.
Nachfolgend soll das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden.
In der Vorklärkammer (1) ist eine Umwälzeinrichtung (2) installiert, welche eine weitge
hende Umsetzung der groben Abwasserinhaltsstoffe ermöglicht.
In dieser Vorklärkammer (1) werden die groben Abwasserinhaltsstoffe zerteilt, mit Sauer
stoff versetzt und in der flüssigen Phase gelöst.
Der sich in der Vorklärkammer (1) absetzende Schlamm wird dadurch soweit reduziert,
daß auch die größeren bis dahin ungelösten Abwasserinhaltsstoffe biologisch abgebaut
werden.
Mittels einer Füllstandsmessung in der Vorklärkammer (1) wie auch im Belebungstank
(3) wird die Anlage den hydraulischen Belastungen, die bei kleinen Anschlußgrößen
besonderen Schwankungen unterworfen sind, angepaßt.
Vorklärkammer (1) wie auch Belebungstank (3) sind in ihrem Füllstand variabel und in
die Steuerung der Kleinkläranlage eingebunden.
Das für die Filtration notwendige transmembrane Druckgefälle wird durch eine
Überstauung der Membranen realisiert.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren variiert der Flux durch die sich aufbauende
sekundäre Deckschicht zwischen 0,2-40 l/m2.
Der selbstregulierende Prozeß in der erfindungsgemäßen Kleinkläranlage wird dadurch
realisiert, daß eine dem natürlichen Regelkreis Membran-Deckschicht-Flux angepaßte
Membranfläche eingesetzt wird und dieser selbstregulierende Prozeß eine sekundäre
Deckschicht auf der Membran verursacht, die einen ausreichenden Flux über viele
Monate ohne Reinigung, Rückspülung etc. ermöglicht.
Die erfindungsgemäße Umwälzeinrichtung ist vorzugsweise so gestaltet, daß über die
Frischluftzufuhr (4) Luft in das Rohr eingeblasen wird und somit eine aufsteigende Strö
mung erzeugt wird.
Diese aufsteigende Strömung nimmt die sich in der Vorklärkammer befindlichen Abwas
serinhaltsstoffe bis zu einer Korngröße von 30 mm verstopfungsfrei mit und wälzt damit
die Vorklärkammer um.
Dabei erfolgt die Zerteilung der Grobstoffe im wesentlichen durch unter Druck in das
Wasser eingeblasene Luft.
Der Druck der eingeblasenen Luft liegt vorzugsweise zwischen 3 kPa (0,03 bar) und
300 kPa (3 bar). Vorzugsweise wird das ansaugende Ende der Umwälzeinrichtung mit ei
nem grobmaschigen Filter (5) gegen Verstopfungen ausgerüstet.
In einer besonderen Ausgestaltung besteht das Filter aus einem flexiblen Netzschlauch,
der über ein Stützrohr (6) gezogen wird.
Die an diesem Filter angeordnete Frischluftzufuhr (7) befördert unter Druck Luft an das
Filter, wobei dieses vorzugsweise von innen nach außen freigespült und damit von Abla
gerungen befreit wird.
Diese Art der Umwälzung hat den Vorteil, nicht nur durch die Vermeidung rotierender
Pumpenteile wartungsärmer als herkömmliche Lösungen zu sein, sondern weist auch
den Vorteil auf, daß ein Faulen des Abwassers durch den Eintrag von Sauerstoff
unterbunden wird und die gröberen Abwasserinhaltsstoffe durch Zerteilung dem biologi
schen Abbau zugänglich gemacht werden.
Die in der Vorklärkammer angeordnete Fördereinrichtung (8) ist erfindungsgemäß so ge
staltet, daß in einem senkrecht in der Vorklärkammer stehenden Rohr (9) ein weiteres
dünneres Rohr (10) angeordnet ist.
Dieses innenstehende Rohr weist in seinem unteren Bereich eine Frischluftzufuhr (11)
auf. Das äußere Rohr (9) ist in seinem mittleren Bereich mit Filterelementen (12)
versehen und beide Rohre sind an ihren unteren Enden zueinander offen.
Das innere Rohr ist an seinem oberen Ende so gestaltet, daß seine Austrittsöffnung (13)
sich über dem Belebungsbecken befindet.
Der Belebungstank ist über eine weitere Rohrverbindung (14) mit einem Brauchwasser
speicher verbunden.
Dazu ist im oberen Bereich des Belebungstanks eine mit Mikrofiltrationsmembranen aus
gestattete Austrittsöffnung angeordnet, die mit einem Magnetventil verschlossen werden
kann.
Die Abtrennung der Korngrößen über 8 mm wird dadurch realisiert, daß ein elastischer
Gitternetzschlauch (12), welcher über das mit Öffnungen versehenes äußeren Rohr (9)
gezogen ist.
Über die Öffnungen in dem äußeren Rohr tritt das Abwasser in den Raum zwischen den
beiden Rohren ein und wird durch den Sog, welcher durch die aufsteigende Luft in dem
inneren der beiden Rohre erzeugt wird in die Belebungskammer transportiert.
Durch die Ausstattung des Brauchwasserspeichers mit einer geeigneten Einrichtung zur
Minderung der Wiederverkeimung ist eine Nachbehandlung vor einer Verwendung als
Brauchwasser des Abwassers nicht mehr erforderlich.
Die Fördereinrichtung (8) in ihrer erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann Abwasser bis
Korngrößen 10 mm verstopfungsfrei fördern und ist derart aufgebaut, daß sie eine Ab
trennung aller Abwasserinhaltsstoffe mit einer Korngröße größer 8 mm unabhängig von
ihren spezifischen Gewicht ermöglicht.
Diese Abwasserinhaltsstoffe größer 8 mm verbleiben zur weiteren Zersetzung in der Vor
klärung und nur das Abwasser aus der mittleren Behälterzone gelangt in die Förderein
richtung.
In einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung wird bei entspre
chend höheren Anschlußgrößen die Anzahl der Vorklärkammern und Belebungsstufen
mit getauchten Membranen variiert.
Es ist mit der kleinsten Ausbaustufe dieser erfindungsgemäßen Kleinkläranlage mit Bele
bungsstufe mit getauchten Membranen möglich, das gesamte häusliche Abwasser
(Grau- und oder Schwarzwasser) von 4 Einwohnergleichwerten auf einer Stellfläche von
nur 2 m2 bei einer Raumhöhe von 1,8 in zu Brauchwasserqualität (MF-Permeat als
Ablauf) aufzuarbeiten.
Das Permeat kann in dieser hohen Qualität versickert werden oder in einer weiteren Ver
wendung gespeichert werden.
In einer weiteren besonderen Ausgestaltungsform können die Behälter aus Kunststoff
bestehen und sind mit handelsüblichen HT-Rohren verbunden.
Die Entlüftung (16) erfolgt vorzugsweise über das Fallrohr (17) über Dach, es ist keine
zusätzliche Leitung erforderlich.
Vorteilhafterweise ist die Aufenthaltszeit des Abwassers in der biologischen Stufe
nahezu gleichbleibend und nur vom Flux durch die Membran abhängig.
Eine besondere konstruktive Gestaltung der Filtereinheit (15) besteht vorzugsweise dar
in, daß diese selbstjustierend ausgeführt ist und dadurch ein Schnellwechsel bei der
Wartung ohne Unterbrechung des Betriebes und ohne Ableitung ungeklärten Abwassers
möglich ist.
Ein Abreinigen der Filter unter Einsatz chemischer Mittel oder aber auch ein Senken des
Füllstandes ist dabei nicht nötig.
Die für solche Kleinkläranlagen vorgeschriebenen chemischen und physikalischen Para
meter zur Abwasserqualität werden im verfahrenstechnischen Ablauf sicher eingehalten.
Das gereinigte Abwasser ist zusätzlich weitgehend keimfrei und kann somit als Brauch
wasser für eine weitere Nutzung gespeichert werden.
Ein weitere Vorteil der erfindungsgemäßen Kleinkläranlage besteht darin, daß ein Ein
satz von Niederspannungsantrieben mit beispielsweise Solarenergie ermöglicht wird.
Claims (21)
1. Verfahren zum Behandeln von Schwarz- und/oder Grauwasser, dadurch gekennzeich
net, daß das häusliche Abwasser über ein Fallrohr in eine Vorklärkammer eingebunden
wird, in welcher das Abtrennen der größeren ungelösten Abwasserinhaltsstoffe erfolgt
und die sich über den größeren ungelösten Abwasserinhaltsstoffe absetzende flüssige
Phase des Abwassers durch Strömung aus einer Vorklärkammer in einen Belebungs
tank gelangt, in dem mit einer höheren Konzentration an Mikroorganismen unter Zufuhr
von Luft die in der flüssigen Phase mitgeführten Abwasserinhaltstoffe umgesetzt wer
den und die Luftzufuhr in Abhängigkeit zum Anfall des Abwassers erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Vorklärkammer eine
Umwälzeinrichtung installiert ist, in welcher eine weitgehende Umsetzung der groben
Abwasserinhaltsstoffe dadurch erfolgt, daß in dieser Vorklärkammer die groben
Abwasserinhaltsstoffe zerteilt, mit Sauerstoff versetzt und in der flüssigen Phase gelöst
werden und der sich in der Vorklärkammer absetzende Schlamm dadurch deutlich redu
ziert wird, daß auch die größeren bis dahin ungelösten Abwasserinhaltsstoffe biologisch
abgebaut werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Füllstands
messung in der Vorklärkammer wie auch im Belebungstank die Anlage den hydrauli
schen Belastungen, die bei kleinen Anschlußgrößen besonderen Schwankungen unter
worfen sind, angepaßt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorklärkammer wie auch
der Belebungstank in ihrem Füllstand variabel und in die Steuerung der Kleinkläranlage
eingebunden sind.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Filtration
notwendige transmembrane Druckgefälle durch eine Überstauung der Membranen reali
siert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der selbstregulierende Pro
zeß in der erfindungsgemäßen Kleinkläranlage dadurch realisiert wird, daß eine dem
natürlichen Regelkreis Membran-Deckschicht-Flux angepaßte Membranfläche einge
setzt wird und dieser selbstregulierende Prozeß eine sekundäre Deckschicht auf der
Membran verursacht, die einen ausreichenden Flux über viele Monate ohne Reinigung,
Rückspülung ermöglicht.
7. Kleinkläranlage zum Behandeln von Schwarz- und/oder Grauwasser, dadurch gekenn
zeichnet, daß sie aus zwei Verfahrensstufen besteht, nämlich einer Vorklärkammer und
einer Belebungsstufe mit getauchten Membranen, wobei die Vorklärkammer als zusätz
licher Abwasserspeicher dimensioniert ist und in der Vorklärkammer eine Umwälzein
richtung und eine Fördereinrichtung angeordnet sind.
8. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Vorklärkam
mer angeordnete Fördereinrichtung so gestaltet ist, daß in einem senkrecht in der Vor
klärkammer stehenden Rohr ein weiteres dünneres Rohr angeordnet ist und dieses in
nenstehende Rohr in seinem unteren Bereich eine Frischluftzufuhr aufweist, wobei das
äußere Rohr in seinem mittleren Bereich mit Filterelementen versehen ist und beide
Rohre an ihren unteren Enden zueinander offen sind und das innere Rohr an seinem
oberen Ende so gestaltet ist, daß seine Austrittsöffnung sich über dem Belebungs
becken befindet.
9. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Vorklärkam
mer angeordnete Umwälzeinrichtung so gestaltet ist, daß ein senkrecht in der Vorklär
kammer angeordnetes Rohr an seinem unteren Ende mit einer Frischluftzufuhr verbun
den ist, die untere Öffnung des Rohres mit einem Filter versehen ist, welcher wiederum
an seiner der Vorklärkammer zugewandten Seite mit einer Frischluftzufuhr ausgestattet
ist und über diese Frischluftzufuhr Luft in das Rohr eingeblasen wird und somit eine
aufsteigende Strömung erzeugt wird, welche die sich in der Vorklärkammer befindlichen
Abwasserinhaltsstoffe bis zu einer Korngröße von 30 mm verstopfungsfrei mitnimmt und
damit die Vorklärkammer umwälzt.
10. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Belebungstank über
eine weitere Rohrverbindung mit einem Brauchwasserspeicher verbunden ist.
11. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Bereich des
Belebungstanks eine mit Mikrofiltrationsmembranen ausgestattete Austrittsöffnung an
geordnet ist.
12. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die austretende Abluft
mittels einer Rohrverbindung über die Abwasserszuführungsleitung abgeführt wird.
13. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das ansaugende Ende
der Umwälzeinrichtung mit einem grobmaschigen Filter gegen Verstopfungen ausgerü
stet ist.
14. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die an diesem Filter an
geordnete Frischluftzufuhr unter Druck Luft an den Filter befördert, wobei dieser vor
zugsweise von innen nach außen freigespült und damit von Ablagerungen befreit wird.
15. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei entsprechend höhe
ren Anschlußgrößen die Anzahl der Vorklärkammern, Belebungsstufen oder getauchten
Membranen variiert wird.
16. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter aus Kunst
stoff bestehen und mit HT-Rohren verbunden sind.
17. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftung über das
Fallrohr über das Dach erfolgt.
18. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß hydraulische Stoßbela
stungen gedämpft werden und damit die Aufenthaltszeit des Abwassers in der
biologischen Stufe nahezu gleichbleibend ist und nur vom Flux durch die Membran ab
hängt.
19. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinheit selbst
justierend einsetzbar ist.
20. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinheit als Fil
terpatrone ausgeführt ist.
21. Kleinkläranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einsatz von Nieder
spannungsantrieben mit beispielsweise Solarenergie ermöglicht wird.
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