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Dokumentenidentifikation DE202006014291U1 08.11.2007
Titel Tropfkörperanlage zur Abwasserreinigung
Anmelder UAS Messtechnik GmbH, 94234 Viechtach, DE
Vertreter Benninger und Partner, 93047 Regensburg
DE-Aktenzeichen 202006014291
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 08.11.2007
Registration date 04.10.2007
Application date from patent application 13.09.2006
IPC-Hauptklasse C02F 3/12(2006.01)A, F, I, 20060913, B, H, DE
IPC-Nebenklasse C02F 3/06(2006.01)A, L, I, 20060913, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine umgebaute Kläranlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Alte Kläranlagen stammen häufig aus den 1950er oder 1960er Jahren und müssen erneuert werden, um den aktuellen Richtlinien zu genügen. Tropfkörperanlagen der Firma Schreiber wurden bereits in den 50er Jahren gebaut und sind in Deutschland weit verbreitet. Diese Kompaktanlagen unterscheiden sich von anderen Tropfkörperanlagen dadurch, dass sämtliche Komponenten (mit Ausnahme von Rechen und Sandfang) in einem einzigen Bauwerk vereint sind. Die Vorteile des Schreiber-Modells liegen im geringen Platzanspruch und der hydraulisch einwandfreien Funktionalität. Dies ist unter anderem darauf zurückzuführen, dass das Funktionskonzept der Anlage stets gleich war. Das Schreiber-Klärwerk, wie zum Beispiel der in Frauenau gebaute Typ K6000, war zur Zeit des Baus auf dem neusten Stand der Technik und erzielten deutlich bessere Reinigungsergebnisse als zum damaligen Zeitpunkt gefordert wurden.

Im Laufe der letzten Jahrzehnte sind die Anforderungen an die Reinigungsleistung bestehender Kläranlagen jedoch deutlich gestiegen. Alte Anlagen können die vorgeschriebenen Reinigungswerte nicht mehr erreichen. Gründe dafür sind beispielsweise die Änderung der Ablaufwerte durch den Gesetzgeber, ein Anstieg der Bevölkerungszahl im Anschlussbereich, oder geänderten Bemessungsansätze für Kläranlagen. Werden die gesetzlichen Anforderungen nicht erfüllt, erhält der Anlagenbetreiber keine wasserrechtliche Genehmigung für diese Anlage mehr. Aus diesem Grund müssen Altanlagen erneuert bzw. durch Neuanlagen ersetzt werden. Durch den Ersatz des alten mineralischen Füllkörpermaterials im Tropfkörper bestehender Anlagen gegen eine Kunststofffüllung kann die Reinigungsleistung bereits deutlich gesteigert werden. Dies wird u. a. in einem Artikel von La Motta E. J. und Jimenez J. A., im Journal of Environmental Engineering Vol. 128 Seite 764 (2002) diskutiert. Sollten die vorher durchzuführenden Berechnungen ergeben, dass trotz des Austausches des Tropfkörper-Füllmaterials die Ablaufwerte nicht eingehalten werden können, steht der Anlagenbetreiber vor der Entscheidung, die bestehende alte Tropfkörperanlage zu erweitern oder eine völlig neue Kläranlage zu konzipieren. In den letzten Jahren wurde in Deutschland überwiegend die Variante des Neubaus von so genannten Belebungsanlagen praktiziert. Für den Kostenträger bedeutet dies eine hohe finanzielle Belastung.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die kostengünstige Sanierung bestehender Schreiber-Kläranlagen, um Abwasser gemäß den heutigen gesetzlichen Anforderungen zu reinigen.

Dieses Ziel der Erfindung wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

In der hier beschriebenen Erfindung werden bereits vorhandene Schreiber-Tropfkörperanlagen kostengünstig umgebaut und erweitert. Eine Sanierung kommt dann in Frage, wenn ein Gutachten der Bausubstanz einen ausreichend guten Zustand des Bauwerks bescheinigt.

Unter der Bezeichnung Schreiber-Anlage versteht man von Dr. August Schreiber vertriebene Kläranlagen, wie sie beispielsweise in dessen Patentanmeldung DE 11 93 439 A und weiteren Anmeldungen dargestellt sind.

Die sich im Abwasser befindlichen groben bzw. leicht sedimentierbaren Verschmutzungen werden mithilfe eines Rechens und Sandfangs abgetrennt. Dann wird das Abwasser zuerst klassisch einer mechanischen Reinigung durch Grobentschlammung in einer Emscherrinne mit anschließender Feinreinigung von sedimentierbaren Stoffen in der Vorklärung unterzogen. Der dabei entfernte Schlamm wird in Schlammfaulräumen gesammelt. Anschließend wird das vorgereinigte Abwasser über die bereits vorhandenen Pumpen, die bei Bedarf ausgetauscht und erneuert werden, nach oben gepumpt und auf den Tropfkörper geleitet. Von dort aus wird das Abwasser über einen Drehsprenger auf dem Tropfkörper verregnet, um eine gleichmäßige Verteilung zu erzielen. Das Wasser durchläuft dann den Tropfkörper und wird durch die dort lokalisierte Biozönose biologisch gereinigt, indem organische Komponenten im Biofilm absorbiert und metabolisiert werden. Viele Inhaltsstoffe (freie Bakterien, Flocken und Kolloide, etc.) adsorbieren dabei an den Biofilm in einem als Bioflockung bekannten Prozess. Dabei bilden sich Aggregate aus Bakterien und anderen mikroskopischen Partikel mit Hilfe z.T. natürlicher, biologisch gebildeter Flockungsmittel. Als solche Mittel wirken beispielsweise von den Mikroorganismen hergestellte hochpolymere Verbindungen und andere Makromoleküle (beispielsweise Komponenten aus der bakteriellen Zellwand), aufgrund der von Natur aus negativ geladenen Flockenoberfläche aber auch Salze, die häufig in Form von Eisen(III)- und Aluminiumverbindungen zugesetzt werden. Der natürliche Zersetzungsprozess (sog. Häutung) des Biofilms führt dazu, dass die Bioflockungsprodukte z.T. aus dem Tropfkörper ausgeschwemmt werden. Die Abtrennung der Bioflockungsprodukte erfolgt durch Nachschalten einer Bioflockungsstufe, bei der durch Sedimentation eine Trennung der Biomasse inklusive adsorbierter und absorbierter Abwasserkomponenten vom gereinigten Abwasser erzielt wird.

Durch den Umbau des innerhalb der Schreiber-Anlage bestehenden Nachklärbeckens zum Belebungsbecken und dem Neubau eines den heutigen Anforderungen entsprechenden Nachklärbeckens, werden die Kosten bei der Sanierung im Vergleich zum kompletten Neubau bei gleichzeitig erhöhter Reinigungsleistung drastisch reduziert. Die bestehenden Schlammfaulräume können später als Mehrzweckbecken für Regenüberlauf, Press- und Trübwasserspeicherung, Schlammräume und anderem dienen. Ein Schlammsilo kann als externe Einheit aufgebaut werden.

Das Belebungsbecken macht sich die Fähigkeit von Mikroorganismen (Bakterien, Proto- und Metazoen u. a.) zunutze, die im Abwasser gelösten organischen und anorganischen Schmutzstoffe, dazu zählen auch Stickstoff- und Phosphorverbindungen, unter Sauerstoffzufuhr für ihren Stoffwechsel zu verwerten und z.T. in ihren Zellen zu akkumulieren. Durch den Eintrag mechanischer Energie findet außerdem ein Flockenwachstum statt.

In dem abschließenden, neu gebauten Nachklärbecken erfolgt die Sedimentation der in der Belebung gebildeten Flocken. Für eine hohe Effizienz des Verfahrens ist die rasche und vollständige Sedimentation des Belebtschlamms in dem neu gebauten Nachklärbecken erforderlich. Damit dies erreicht werden kann, müssen sich die Belebtschlammflocken im Nachklärbecken zu größeren Flockenverbänden vereinigen. Bei diesem Vorgang, der sog. Flockung, spielen Mechanismen wie Massenanziehung, Wasserstoffbrückenbildung und elektrostatische Anziehung eine Rolle.

Die dabei entstehenden Flockenpakete sollten einen möglichst großen Durchmesser bei einer möglichst hohen Dichte haben. Auch sollte ihre Oberfläche beim Absetzvorgang möglichst nur geringe Strömungswiderstände erzeugen.

Der sich im Nachklärbecken absetzende Belebtschlamm wird beispielsweise mithilfe einer kontinuierlich laufenden Räumerbrücke mit einem Bodenschild oder einer ähnlichen Einrichtung in den Bereich des Schlammabzugs gebracht und kann dann zur Aufrechterhaltung einer konstanten Biomasse zurück in das Belebungsbecken gepumpt werden (Rücklaufschlamm oder Impfschlamm). Der entstehende laufende Schlammzuwachs (Überschussschlamm) wird kontinuierlich aus dem System entfernt und in einen Schlammspeicher (z.B. Schlammsilo) eingebracht.

Reine Belebungsbeckenanlagen sind leistungsfähiger als reine Tropfkörperanlagen, weisen jedoch einen höheren Stromverbrauch auf. Durch die Nachschaltung eines Belebungsbeckens hinter den Tropfkörper (Hochlaststufe), erhält die umgebaute Schreiber-Tropfkörperanlage das Reinigungsniveau einer Belebungsanlage, wobei deutlich weniger Strom (Belüftungsenergie) verbraucht wird.

Die in den alten Schreiber-Tropfkörperanlagen verwendeten mineralischen Füllstoff können zur Vergrößerung der aktiven biologischen Oberfläche außerdem durch eine Kunststofffüllung ersetzt werden.

Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nun folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hervor, die als nicht einschränkendes Beispiel dient und auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kläranlage,

2 eine umgebaute Schreiber-Tropfkörperanlage mit zusätzlicher Nachklärung

3 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine umgebaute Schreiber-Anlage,

4 zeigt einen Vertikalschnitt durch das zum Belebungsbecken umgebaute Nachklärbecken der umgebauten Schreiber-Anlage,

5 zeigt einen Horizontalschnitt durch die umgebaute Schreiber-Anlage und

6 zeigt eine andere Darstellung von 1 dar, bei der die umgebaute Schreiber-Anlage in Draufsicht dargestellt ist.

Eine mögliche Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Gesamt-Kläranlage 10 wird in 1 gezeigt. Das in Rechen und Sandfang vom Grobgut gereinigte Abwasser wird zuerst über einen Zulauf 15 einem Vorklärbecken 20 zugeführt und vorgereinigt. In diesem Vorklärbecken 20 setzen sich alle sedimentierenden Bestandteile des Abwassers am Boden ab und können dann z. B. über ein Räumer- oder Schiebersystem abgezogen werden.

Das von groben Verschmutzungen gereinigte Abwasser wird über einen Pumpensumpf 22 in eine umgebaute Schreiber-Tropfkörperanlage 24 gepumpt. Dort wird es sowohl absorptiv als auch biologisch gereinigt und zu dem zur Belebung umgebauten Nachklärbecken 44 weiter geleitet. Das gereinigte Abwasser wird dann im Nachklärbecken 26 vom sedimentierten Belebtschlamm abgetrennt. Ein Teil des Wassers gelangt über eineneinstellbaren Rücklauf 16 zurück zum Pumpenschacht 22 und durchläuft die Reinigung durch die umgebaute Schreiber-Anlage 24 und das Nachklärbecken 26 erneut. Der andere Teil wird über den Ablauf 17 der Anlage dem Vorfluter zugeführt. Der sedimentierbare Schlammanteil wird teilweise der Belebung 44 oder einer anderen vorgeschalteten Einheit zugeführt (Rücklaufschlamm) und teilweise zur weiteren Stabilisierung in entsprechenden Schlammräumen als Überschussschlamm aus dem Kreis entfernt.

2 zeigt wiederum eine umgebaute Schreiber-Tropfkörperanlage 24 sowie die weitere Nachklärung des im Tropfkörper vorgereinigten Abwassers.

Das Abwasser wird in Schreiberanlage 24 eingeleitet (a). Dort erfolgt eine mechanische Vorreinigung im Vorklärbecken 20 durch Sedimentationsprozesse (b). Das vorgereinigte Wasser wird über Pumpen nach oben befördert (c) und auf dem Tropfkörper 40 bspw. durch Verregnung verteilt (d). Das Wasser fließt dann zusammen und wird zuerst in das biologische Belebungsbecken 12 (f) und danach in das zusätzlich gebaute neue Nachklärbecken 14 eingeleitet (g).

Bei dem biologischen Belebungsbecken 12 zur Stickstoff- und Phosphorbeseitigung sowie Denitrifikation handelt es sich um ein altes, bereits vorhandenes Nachklärbecken, welches entsprechend umgebaut wird. Das zusätzliche Nachklärbecken 14 muss hingegen neu gebaut werden.

Die 3 bis 5 zeigen den detaillierten Aufbau der umgebauten Schreiber-Anlage. Das Abwasser wird über den Zulauf 30 zunächst der Vorklärung 20 zugeführt, wo es eine Feinentschlammung (Feinreinigung 46) durchläuft. Eine bestehende Emscherrinne muss in ihrer Funktion nicht beibehalten werden. Der in der Vorklärung sedimentierte Schlamm wird in den bestehenden Mehrzweckbecken 34 oder in externen Schlammspeichern gesammelt.

Das Wasser wird dann über den Pumpenschacht 36 mithilfe einer Druckleitung zu einem Verteiler 38 gepumpt, der das Wasser über den Tropfkörpern 40 durch Verregnung verteilt. Der Tropfkörper enthält normalerweise mineralisches Füllmaterial auf welchem sich der Biofilm befindet. Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung kann es jedoch gegen Kunststoffmaterial mit einer größeren Oberfläche und damit einer höheren Belastungskapazität ausgetauscht werden. Das Wasser läuft von oben nach unten durch den Tropfkörper und wird dabei durch die Mikroorganismen gereinigt, indem diese organische und/oder anorganische Bestandteile des Abwassers absorbieren und für ihren Stoffwechsel verwenden oder aber zur Ausflockung von Verschmutzungen in einem so genannten Bioflockungs-Prozess führen.

Das vollbiologisch gereinigte Abwasser wird anschließend in ein Belebungsbecken 44 geleitet. Bei diesem handelt es sich um das frühere Nachklärbecken, welches entsprechend umgebaut und mit einer Belüftungsanlage nachgerüstet wurde. Im Belebungsbecken 44 wird das Abwasser noch einmal von organischen und anorganischen Inhaltsstoffen gereinigt, indem die Mikroorganismen diese Komponenten, dazu zählen vor allem Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen, unter Sauerstoffzufuhr für ihren Stoffwechsel verwerten. Auch der Betrieb unter anoxischen Bedingungen ist möglich. Des weiteren tragen adsorptive Prozesse zur Reinigungsleistung bei.

Damit erhält die umgebaute Schreiber-Anlage das Reinigungsniveau einer Belebungsbeckenanlage, wobei deutlich weniger Strom verbraucht wird und kein arbeits- und kostenintensiver Abriss mit anschließendem Komplett-Neubau erfolgen muss.

Das in zwei Stufen biologisch gereinigt Abwasser wird anschließend in ein neu gebautes Nachklärbecken 26 geleitet, wo der Bioschlamm sedimentiert und aufgrund der Trichterform gut abgetrennt werden kann. Ein Teil des gereinigten Abwassers wird über einen Rücklauf 16 dem Reinigungskreislauf über den Pumpenschacht 22 zugeführt. Es durchläuft die Reinigung in der umgebauten Schreiber-Anlage 24 erneut, bevor es anschließend vom Nachklärbecken 26 aus über einen Ablauf 17 wieder dem Vorfluter zugeführt wird.

Der abgetrennte überschüssige Belebtschlamm wird in das Vorklärbecken 20 zurückgeführt. Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung kann der überschüssige Schlamm auch komplett dem Kreislauf entnommen werden und beispielsweise in einem separaten Faulturm gespeichert und ausgefault werden.


Anspruch[de]
Kläranlage vom Typ Schreiber-Anlage mit Vorklärbecken zur Entfernung grober Verunreinigungen und zusätzlichem Nachklärbecken, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Schreiber-Anlage (24) anstelle des Nachklärbeckens ein Belebungsbecken (44) integriert ist. Kläranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial des Tropfkörpers (40) zur Vergrößerung der Belastungskapazität im Wesentlichen aus Kunststoff besteht.






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