DE29513154U1

DE29513154U1 - Sandfilter-Kleinkläranlage

Info

Publication number: DE29513154U1
Application number: DE29513154U
Authority: DE
Original assignee: SCHUDEL PAUL DR
Current assignee: SCHUDEL PAUL DR
Priority date: 1995-03-16
Filing date: 1995-08-16
Publication date: 1995-10-19
Anticipated expiration: 2005-08-17
Also published as: CH689593A5

Description

Patent- und Rechtsanwaltssozietät PA Dipi.-ing. H. Schmitt .. ..PAgjpL-iPg.W.Maucher ; : &Igr;·\&Rgr;&iacgr;\^*·$· Börjes-Pestalozza

Sandfilter-KleinkläranlagV^ ^.w·»·*·.»·»«« ■*■*■*

Die Erfindung betrifft eine Kleinkläranlage mit einem ein- oder zweiteiligen Sandfilter und einer Dosiereinrichtung, die eine intervallweise Beschickung des Sandfilters mit vorgereinigtem Abwasser ermöglicht.

Bekannte Sandfilter-Kleinkläranlagen weisen drei Stufen auf, nämlich eine Vorklärstufe mit mindestens einem Vorklärbecken (mechanische Reinigung), einer Dosiereinrichtung zur intervallweisen Beschickung des Filters und einem Sandfilter als biologische Reinigungsstufe. Beim Betrieb gelangt das, der Anlage zugeführte Abwasser von den Vorklärbecken über eine Dosiereinrichtung zum Sandfilter, sickert durch diesen hindurch und gelangt danach gereinigt in die Umwelt (Vorfluter, Versickerung). Im Vorklärbecken kann sich ein Teil der im Abwasser vorhandenen Feststoffe absetzen, wobei der Schlamm teilweise abgebaut wird und von Zeit zu Zeit entfernt werden muss. Die mit dem vorgereinigten Abwasser zum Sandfilter gelangenden, gelösten, organischen Stoffe, werden im Sandfilter hauptsächlich durch fakultativ aerobe Mikroorganismen abgebaut, aber auch physikalisch ausgefiltert und biochemisch umgewandelt.

Sandfilter haben gegenüber Tropfkörpern den Vorteil, dass sie nicht dauernd (mehrmals pro Stunde) beschickt werden müssen, um einwandfrei zu funktionieren, weil sie Beschickungsunterbrüche über Stunden und sogar Tage ertragen, ohne in ihrer Filterleistung nachzulassen. Der Grund dazu liegt in der Tatsache, dass die zur Reinigung notwendige, biologisch aktive, sehr dünne Schlammschicht (biologischer Rasen) auf den Steinen eines Tropfkörpers schnell austrocknen kann, und dadurch zerstört wird, in Sandfiitern wird Wasser in den Feinporen des Filters zwischengespeichert, so dass ein Austrocknen erst nach langer Zeit erfolgt. Bei Sandfiitern treten zudem auch bei hohen Belastungen praktisch keine Geruchsprobleme auf und es entwickein sich keine Tropfkörperfliegen.

Es werden in der amerikanischen Literatur, z.B. in "Onsite Wastewater Treatment and Disposal Systems", U.S Env. Protection Agency, 1982, zwei verschiedene kompakte Sandfilter-Anlagetypen aufgeführt: Die einfach durchströmten Sandfilter (free access intermittent sand filters) und Sandfilteranlagen mit Rezirkulation (recirculating intermittent sand filters). Beide

Anlagetypen gelten als relativ aufwenaig^ezugBcfrV&artung-tirid heikel, was die Verteilung des Abwassers auf der Filteroberfläche betrifft. Zudem müssen sie mit einer Pumpe beschickt werden. In der Literatur finden sich auch Hinweise auf Saughebersysteme (z.B. Kanalspüler), mit denen das Abwasser auch ohne elektrische Energie intervallweise auf einen Sandfilter geleitet werden kann. Die bekannten Saugheber haben aber den Nachteil, dass bei kleinen Abwasserzuflussmengen der Absperrsiphon seine Unterbrecherfunktion einbüsst, und das Abwasser kontinuierlich auf den Filter rinnt, was die Reinigungsleistung erheblich mindert.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Abwasserreinigung, insbesondere kleiner Abwassermengen, zu schaffen, das Nachteile der bekannten Sandfilter-Verfahren vermeidet, wobei die zur Durchführung des Verfahrens notwendige Anlage mit möglichst geringen Kosten produzierbar und möglichst ohne elektrischen Energieaufwand, sowie mit einfacher, und damit geringer Wartungsarbeit realisierbar sein soll.

Dieses Ziel wird durch eine Kleinkiäranlage erreicht, die durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet ist. Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Das Reinigungssystem wird so aufgebaut, dass das Abwasser den vertikalen Sandfilter nur einmal durchströmen, oder, bei höheren Reinigungsansprüchen das gereinigte Abwasser, aus letzterem nochmals rezirkuliert werden kann. Entscheidend ist die intervallweise Beschickung des Filters mit gleichmässiger Verteilung des Abwassers auf der Filteroberfiäche, da dadurch mit jedem Intervall Luft in den gesamten Filter gepresst wird und ein weitgehend aerober Abbau der organischen Substanz ermöglicht wird. Insbesondrere kann damit auch der Notwenägkeit folge geleistet werden, in Gewässern unerwünschter Ammonstickstoff weitgehend in Nitratstickstoff umzuwandeln.

Die Anlage funktioniert, dank Ausnutzung der Gravitation in geeignetem Gelände mittels eines Spezialsiphons {Saugheber und Gegensiphon), immer auch ohne elektrische Energie. Eine allfällige Rezirkulation mit einer Tauchmotorpumpe, erhöht die Reinigungsleistung, wenn das gereinigte Abwasser z.B. versickert werden muss, die Rezirkulationspumpe ist für den Betrieb aber nicht zwingendes Funktionselement. Dies bedeutet, dass die Anlage auch ohne Pumpe reinigt, was eine hohe Funktionssicherheit ermöglicht, sofern der minimale Wartungsaufwand erbracht wird. Damit die kleinen Wartungsarbeiten

leicht durchgeführt werden können, ist die Filteroberfläche gut zugänglich und in der Regel mit Brettern abgedeckt.

Der Speziaisiphon leitet aus dem Dosierschacht eine konstante Abwassermenge auf die Oberfläche des Sandfilters, so dass pro Quadratmeter Fläche, je nach Kornverteiiung des Sandes, 5-15 Liter Abwasser je Intervall aufgebracht werden. Die Verteilung erfolgt durch Kunststoffrohre mit Sprinklerdüsen, die waagrecht auf der Filteroberfläche verlegt oder drehbar montiert sind. Die Dimensionierung der Rohre und der Düsen richtet sich nach dem Gravitationsdruck des Wassers, der Sandfilterfläche und dem Fiitervolumen. Sprinklerdüsen erhöhen die Reinigungsleistung der Sandfilter erheblich, da durch eine gleichmässige Verteilung des vorgereinigten Abwassers auf der Oberfläche das Filtervolumen optimal genutzt wird, und das Abwasser nicht nur örtlich begrenzt durch einzelne Filterbereiche fiiesst. Damit können die Nachteile des sog. preferential Flow im Filter auf ein Minimum reduziert werden.

Kernstück der Anlage ist der Speziaisiphon, der das Abwasser dem Sandfilter intermittierend zuführt und die Sprinklerdüsen zur optimalen Verteilung des Abwassers auf dem Filter. Dies hat zur Folge, dass bei der Entleerung der Dosierkammer, jeweils gerade eine so grosse Wassermenge pro Intervall anfällt, dass das Abwasser gleichmässig über die Sandfilterfläche verteilt wird und der Sandfilter benetzt, aber nicht überflutet wird. Die Wassermenge je Intervall ist so bemessen, dass sie der Wassermenge im Porenvolumen des jeweiligen Sandes entspricht, die zwischen zwei Intervallen wieder aus dem Filter sickert. Diese Wassergehaltsänderung im Filterkörper wird für jeden verwendeten Sandtyp z.B. mit Hilfe von hydrologischen Tracerversuchen ermittelt.

Die Erfindung soll nun anhand der in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert werden. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Grundriss der Sandfilter-Kläranlage bestehend aus Vorklärung, Dosierkammer, Sandfilter und Kontrollschacht,

Fig. 2a einen Längsschnitt durch die Sandfilter-Kiäranlage ohne Rezirkulation Fig. 2b einen Längsschnitt durch den Sandfilter mit Rezirkulation
Fig. 3 einen Querschnitt durch den Speziaisiphon in grösserem Massstab.

&igr;;

Die in den Figuren 1 und 2 a ersichtliche S'andfilter-Kleinkläraniage, weist mindestens zwei Vorklärkammern 1 (Emscherbrunnen mit Absetzschacht oder zwei- bis dreikammrige Faulgrube) auf, eine Dosierkammer 2, eine meist zweiteilige Sandfilterbecken 3 und einen Kontrollschacht 4. in die Dosierkammer 2 mündet eine Zuleitung 5 des vorgereinigten Abwassers von den Vorklärbecken herkommend. Die aus vorfabrizierten Betonelementen bestehende Dosierkammer enthält den Spezialsiphon 6, der das Abwasser intermittierend auf die tiefer gelegene Sandfilteroberfläche 7 leitet. Der Boden und die Wände des Behälters 3 kann etwa aus Beton bestehen, bei kleinen Anlagen aus vorfabrizierten Betonelementen. Aufbau der Anlage, die Art der Vorklärung, Grosse und Form der Sandfilter wird immer entsprechend den jeweiligen Bedürfnissen des Standortes und der zugeleiteten Abwassermenge angepasst.

Der Filteraufbau in Behälter 3 besteht zuunterst aus grobem Splitt 8 mit möglichst geringem Kalkanteii, einer Trennschicht aus feinerem Splitt oder Rundkies 9, und einer 60 - 80 cm mächtigen Sandfilterschicht 10, bestehend aus relativ grobem Sand mit wenig Feinanteil. Das vertikal durch den Filter sickernde Abwasser wird über ein Drainagerohr 11 in den Kontrollschacht entwässert. Am anderen Ende sind die Drainagerohre über dem Sandfilter entlüftet. Die Verteilerrohre 12 werden auf der Sandfiiteroberfläche 7 waagrecht verlegt oder drehbar montiert. Die Wasserzuleitung kann auf jedem Filterteil durch einen Absperrhahn 13 unterbrochen werden. Auf den Verteilerrohren sind Flachstrahi-Sprinklerdüsen 14 montiert, die die Verteilung auf der Filteroberfläche optimieren. Anzahl Sprinkler und die Sprühleistung der Sprinkler wird jeweils bei jeder Anlage dem Gravitationsdruck und der Grosse der Sandfilteranlage, entsprechend der täglichen Abwasserrate, angepasst. Die Sandfilter können etwa mit Holz 15 abgedeckt werden. Im Becken 3 kann bei Bedarf auch eine Rezirkulationspumpe 16 installiert werden (Fig. 2b).

Der Spezialsiphon 6 (Detailzeichnung Fig. 3) besteht aus einer Saugglocke 18 mit Wassereintrittsöffnungen 22 über einem Absaugrohr 19, das in einem Gegensiphon 20 endet. Die Saugglocke 18 ist oben mit einem Entlüftungsrohr 21 versehen, das neben der Saugglocke in das Abwasser eintaucht und über den Wassereintrittsöffnungen 22 endet. Das ableitende Rohr 23 ist zudem mit einer weiteren Entlüftung 24 ausgestattet, das Verbändungsrohr zum Sandfilter entlüftet. Der Spezialsiphon und die Rohre des Verteilsystems können aus Kunststoff bestehen.

Beim Betrieb gelangt das vorgereinigte Abwasser über Zuleitung 5 in die Dosierkammer.

Das Entlüftungsrohr 21 der Saugglocke unterbricht den Absaugvorgang wenn der Wasserstand unter das Ende des Rohres gelangt, und durch Lufteintritt wird der Hebevorgang unterbrochen. Das Absaugrohr 19 unter der Saugglocke 18 saugt das vorgereinigte Abwasser durch die Wassereintrittsöffnungen 22 in der Saugglocke an, sobald der vorgegebene Wasserstand in der Dosierkammer erreicht ist. Damit auch bei kleinen Zufiussmengen das Abwasser angesaugt wird, und der Siphon nicht zu tropfen beginnt, erzeugt der Gegensiphon 20 einen Ueberstau dH, der bewirkt, dass das Abwasser das Absaugrohr 19 sofort füllt, auch wenn der Zufluss kleiner ist als die Absaugleistung. Die Ueberstauhöhe dH entspricht etwa der Eintauchtiefe des Absaugrohres 19 im Gegensiphon. Die Ueberstauhöhe dH ist immer auf den entsprechenden Absaugrohrdurchmesser abgestimmt, so dass das Absaugrohr 19 rasch gefüllt wird, wenn der Wasserstand in der Saugglocke den oberen Rand des Absaugrohres übersteigt, und der Absaugvorgang ausgelöst wird. Mit der Anpassung der gesamten Absaughöhe H des Speziaisiphons wird die Abwassermenge so dosiert, dass letztere der vorgegebenen Beschickungsmenge von meist etwa 10 Litern je Intervall entspricht, multipliziert mit der gesamten, in Betrieb stehenden Sandfilterfiäche. In der Regel wird nur die Hälfte der Sandfilterfläche beschickt, bei hohem Abwasseranfall können aber auch beide Filterteiie gleichzeitig betrieben werden. Die Abwassermenge die je Beschickungsintervall auf den Filter gelangt, ist dann nur halb so gross (mind. 5 Liter pro Quadratmeter).

Das Abwasser wird auf dem horizontalen Sandfilter mit Sprühdüsen 14 möglichst gleichmässig verteilt und der Sandfilter wird in der Folge vertikal durchströmt. Die Beschickungsmenge je Intervall wird so dosiert, dass kaum Wasser sofort durch den Sandfilter sickert, sondern im Sand etwa eine Stunde oder langer zum biologischen Abbau zwischengespeichert wird. Das derart gereinigte Abwasser wird anschliessend über der Sohle des Sandfilterbeckens 3 gesammelt und durch Ableitung 24 dem Kontrollschacht und anschliessend einem Vorfluter oder der Versickerung zugeführt, oder, bei Rezirkuiation, teilweise nochmals durch den Filter gepumpt. Bei Rezirkuiation ermöglicht ein Einstau über der Beckensohle das Absaugen des gereinigten Abwassers mit einer Tauchmotorpumpe, zurück in die Dosierkammer oder die Vorklärung. Fiiesst zusätzlich Wasser in den Filter nach, gelangt das gereinigte Abwasser über einen Ueberlauf in den Kontrollschacht und anschliessend in die Umwelt.

Kleinkläraniagen der beschriebenen Art können zur Klärung des Abwassers von einzelnen Gebäuden oder kleinen Gebäudegruppen (Höfe, Ferienhäuser, Restaurants) verwendet werden, die nicht an eine Kanalisation angeschlossen werden können. Sie können je nach Dimensionierung das anfallende Abwasser von 4 bis etwa 200 Einwohnergleichwerte reinigen.

Die Sandfilter-Kleinkläranlage weist einen Sandfilter 3,10 auf, der mit vorgereinigtem Abwasser intermittierend beschickt wird. Letzteres fliesst in eine Dosierkammer 2, die mit einem Spezialsiphon 6 ausgerüstet ist, sofern der Sandfilter tiefer liegt als die Dosierkammer und deshalb eine Beschickung der Sandfilteroberfläche 7 ohne Pumpe möglich ist. Das Füllvolumen in der Dosierkammer ist so bemessen, dass der Sandfilter benetzt, aber nicht überflutet wird. Das Verieilersystem 12,13 für die Beschickung des Sandfilters mit vorgereinigte Abwasser besteht aus Verteilerrohren 12 mit Sprinklerdüsen 14, die die Sandfilteroberfläche möglichst gieichmässig beaufschlagen. Der Spezialsiphon 6, bestehend aus einem Saugheber 18,19,21,22 und einem Gegensiphon 20, ermöglicht eine zuverlässige Unterbrechung des Abwasserzuflusses auf die Sandfilteroberfläche 7, auch wenn dieser Zufluss sehr gering ist.

/ Ansprüche

Claims

Ansprüche

1. Kleinkläranlage mit einem ein- oder zweiteiligen Sandfilter (3,10) und einem oberhalb diesem angeordneten Dosierschacht (2) mit einem Spezialsiphon (6,18-23),

dadurch gekennzeichnet,

dass das an den Spezialsiphon (6, 18-23) angeschlossene Verteilersystem (12,13,14) Verteilerrohre (12) mit Sprinklerdüsen (14), zum gleichmässigen Verteilen des Abwassers auf der Sandfilteroberfläche aufweist.

2. Anlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

dass die Verteilerrohre (12) mit den Sprinklerdüsen (14) waagrecht auf der Sandfilteroberfläche verlegt, oder drehbar darüber montiert sind.

3. Anlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,

dass auf den Verteilerrohren (12) Flachstrahl-Sprinklerdüsen (14) montiert sind.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,

dass das Einstau-Volumen im Dosierschacht höchstens derjenigen Abwassermenge pro Quadratmeter der Sandfilteroberfläche (7) entspricht, die für die Aufsättigung des darunterliegenden, teilentwässerten Porenvolumens des Sandfilters (10) benötigt wird.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,

dass die Anlage einen den Filter intermittierend beschickenden Absperrsiphon (6, 18-23) aufweist, so dass der Filter zwischen den Beschickungsintervallen optimal mit Sauerstoff versorgt wird, und kaum ungereinigtes Abwasser zu schnell durch die Grobporen des Filters fliesst und in die Umwelt gelangt.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,

dass der Spezialsiphon aus einem Saugheber (18,19,21,22), bestehend aus einer Saugglocke (18) mit Wassereintrittsöffnungen (22), einem Absaugrohr (19) und einem Gegensiphon (20) besteht, und dass das Absaugrohr (19) im Gegensiphon (20) endet.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,

dass der Saugheber (18,19,21,22) aus einer Saugglocke (18), der ein Entlüftungsrohr (21) aufgesetzt ist, besteht, das über den Wassereintrittsöffnungen (22) der Saugglocke (18) endet.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,

dass ein Absaugrohr (19), im Gegensiphon (20) im Wasser eintaucht und
eine derartige Eintauchtiefe dH hat, dass in der Saugglocke ein Ueberdruck entsteht, der bewirkt, dass ausserhalb von der Saugglocke (18) das Wasser ungefähr um die Eintauchtiefe des Absaugrohres (19) im Gegensiphon (20) höher steigt, als innerhalb von der Saugglocke.

Parentanwalt