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Dokumentenidentifikation DE102006021922A1 15.11.2007
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Abwasser
Anmelder Jung Pumpen GmbH, 33803 Steinhagen, DE
Erfinder Höwener, Jens, 32457 Porta Westfalica, DE
Vertreter Thielking und Kollegen, 33602 Bielefeld
DE-Anmeldedatum 11.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006021922
Offenlegungstag 15.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.11.2007
IPC-Hauptklasse C02F 3/12(2006.01)A, F, I, 20060511, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Abwasser, bei dem Abwasser zur Behandlung aus einer Vorkläreinrichtung in ein Behandlungsbecken befördert wird. Es ist ein Reinigungszyklus vorgesehen, der folgende Schritte aufweist:
a. Beschicken eines mit Belebtschlamm angereicherten Behandlungsbeckens mit zu behandelndem Abwasser;
b. Durchmischen des Belebtschlamm-/Wassergemisches;
c. Belüften des Belebtschlamm-/Wassergemisches;
d. Sedimentieren des Belbtschlamms im Behandlungsbecken;
e. Abziehen des Klarwasserüberstandes nach dem Sedimentieren bis zu einem vorgegebenen Mindestwasserstand WS2;
f. Durchmischen des Belebtschlamm-/Wassergemisches im Behandlungsbecken;
g. Rückführung eines Teils des durchmischten Belebtschlamm-/Wassergemisches in eine Vorkläreinrichtung.
Bei Erreichen/Überschreiten eines vorgegebenen Wasserstandes WS1 im Behandlungsbecken wird ein erster Strömungsweg zwischen Behandlungsbecken und einer Abzugsleitung zum Klarwasserabzug geöffnet. Bei Unterschreiten des Mindestwasserstandes WS2 wird der Abpumpvorgang gemäß Schritt e. unterbrochen. Hierdurch wird ein zweiter Strömungsweg zwischen Behandlungsbecken und Vorkläreinrichtung zur Rückführung geöffnet.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Derartige Verfahren werden in sog. SBR-Anlagen durchgeführt. Diese arbeiten in sich wiederholenden Reinigungszyklen, also diskontinuierlich. Das zu reinigende, mit Belebtschlamm versetzte Abwasser wird hierbei aus einer Vorklärkammer bzw. aus einem Puffervolumen in ein Behandlungsbecken (SBR-Becken) eingeleitet. Dort erfolgen die Durchmischung des zu behandelnden Wassers mit Belebtschlamm und die eigentliche Behandlung mit einer anschließenden Absetzphase, in der der Belebtschlamm sedimentiert. Der Klarwasserüberstand wird dann abgepumpt. Um eine kontinuierlich steigende Ansammlung von Belebtschlamm im SBR-Becken im Laufe mehrere Reinigungszyklen zu verhindern, wird bei jedem Reinigungszyklus ein Teil des mit Belebtschlamm durchmischten Wassers in die Vorklärkammer zurückgeführt. Zum Abzug von Klarwasser und zur Schlammrückführung müssen im SBR-Becken Pumpaggregate installiert werden, was hohen apparativen Aufwand erfordert.

Ziel der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung anzugeben, die es ermöglichen, für die Schlammrückführung und den Klarwasserabzug mit lediglich einem Pumpaggregat auszukommen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß ist im SBR-Becken eine Pumpe zur Rückführung von Schlamm sowie zum Abziehen von Klarwasser vorgesehen, welche über ein Ventil mit einer Schlammrückführungsleitung und einer Klarwasserabzugsleitung verbunden ist. Das Ventil öffnet je nach Wasserstand im SBR-Becken den Strömungsweg von der Pumpe entweder zum Klarwasserabzug oder zur Schlammrückführung. Hierzu weist das Ventil ein Auftriebselement auf, welches bei Überschreiten eines Wasserstandes im SBR-Becken den Strömungsweg zum Klarwasserabzug öffnet. Bei Unterschreiten eines Mindestwasserstandes wird dieser Strömungsweg geschlossen und der zur Schlammrückführung geöffnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden 1 bis 3C schematisch näher erläutert:

1 – zeigt eine Querschnittansicht einer Kläranlage mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

2A und 2B – zeigen eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Ventils in seinen beiden Schaltzuständen; Schlammrückführung (2A) und Klarwasserabzug (2B),

3A bis 3C – zeigen schematisch Ansichten der Pumpe, des Niveauschalters und der Ventilstellung bei verschiedenen Wasserständen; Minimalwasserstand: 3A; Wasserstand nach der Schlammrückführung: 3B und Wasserstand nach Beschicken: 3C.

In 1 ist eine erfindungsgemäß ausgestaltete Kläranlage gezeigt. Diese weist in der Regel eine Vorklärkammer bzw. ein Pufferbecken 1 mit einem Zulauf 1a auf. Über eine Pumpe 9 kann das in der Vorklärkammer befindliche Abwasser in das Behandlungsbecken (SBR-Becken) 2 eingeleitet werden. In diesem SBR-Becken 2 ist eine Tauchmotorpumpe 3 untergebracht, welche über ein Ventil 4 mit einer Klarwasserabzugsleitung 6, die zu einem Auslaß 2a führt, und einer Schlammrückführungsleitung 7 verbunden ist. Weiter ist im SBR-Becken 2 eine Belüftungseinrichtung 5, vorzugsweise ein Tauchmotorbelüfter, vorgesehen, um im SBR-Becken 2 Belebtschlamm und Wasser zu verwirbeln bzw, zu belüften.

Das Ventil 4 und die Pumpe 3, die entweder direkt oder über eine Schlauchleitung (nicht gezeigt) miteinander verbunden sein können, arbeiten wasserstandsabhängig. Das Ventil 4 weist ein Auftriebselement 4a auf, welches bevorzugt die Form eines Ballons aufweist. Für das Ventil 4 sind dabei zwei Schaltzustände vorgesehen, die in den 2A und 2B im Detail gezeigt sind. 2A zeigt den Zustand zur Schlammrückführung: hierbei wird das von der Pumpe 3 ankommende, durch die Öffnung 4f eintretende Wasser zum oberen Ausgang 4c in die Schlammrückführungsleitung 7 gepumpt. Wird im SBR-Becken ein bestimmter Wasserstand erreicht, so wird das Auftriebselement 4a angehoben. Dieses ist mittels einer Stange 4d mit einem Verschlußkörper 4e verbunden, der eine Bewegung des Auftriebselements 4a mitgeht. Im gezeigten Beispiel ist die Ventilstellung UNTEN eingestellt, bei der der Verschlußkörper 4e die zur Klarwasserleitung 6 führende Öffnung 4g verschließt und die Öffnung 4f öffnet.

Wird das Auftriebselement 4a nach oben bewegt, so wird die in 2B dargestellte Ventilstellung eingenommen. Der Verschlußkörper 4e wird gegen einen oberen Anschlag gedrückt und verschließt die Öffnung 4f und damit den Strömungsweg zur Schlammrückführungsleitung 7, wobei gleichzeitig der Strömungsweg zur Klarwasserabzugsleitung 6 geöffnet wird.

Ein Reinigungszyklus läuft bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wie folgt ab (vgl. 1 sowie 3A bis 3C):

Zunächst wird das zu reinigende Abwasser aus dem Pufferbecken oder einer Vorkläreinrichtung 1 in das SBR-Becken 2 gepumpt. Die Menge dieser Beschickung wird durch Niveauschalter in Vorklär- oder SBR-Becken 2 begrenzt oder durch eine zeitgesteuerte Funktion, welche die Oberfläche der Abwasserkammern 1, 2 einbezieht. Das oben anhand der 2A und 2B beschriebene Ventil 4 ist in Stellung OBEN (2B) und gibt den Strömungsweg zum Klarwasserabzug 6 frei. Der Niveauschalter 3a der Pumpe 3 im SBR-Becken 2 muß aufgeschwommen sein, so daß er an die Steuerung (nicht gezeigt) der Pumpe 3 ein Einschaltsignal meldet. Vorteilhaft ist es, einen Energiesparmodus vorzusehen, in dem bei zu geringer Menge an dem SBR-Becken 2 zugeleiteten Abwasser lediglich eine Belüftung des Wasser-/Belebtschlammgemisches im SBR-Becken 2 jedoch keine weiteren Pumpvorgänge erfolgen.

Ist genügend „frisches" (d. h. noch zu behandelndes) Abwasser in das SBR-Becken 2 gelangt, wird das Wasser-/Belebtschlammgemisch mittels intermittierenden Betriebs des Tauchmotorbelüfters 5 durchmischt. Hierbei wird unter nur sehr geringer Luftzufuhr das frische Abwasser mit der Biologie des SBR-Beckens 2 vermischt. In dieser Phase findet der biologische Vorgang der Denitrifikation statt. Anschließend folgt eine längere Phase des Durchmischens und Belüftens. Das biologische System im SBR-Becken 2 reinigt mittels Zufuhr von Luftsauerstoff durch den Tauchmotorbelüfter 5 das Abwasser, wodurch ein Nitrifikationsvorgang bewirkt wird.

Nach erfolgter Nitrifikation folgt eine Sedimentationsphase, in der sich der Belebtschlamm im SBR-Becken 2 absetzen kann. Das System befindet sich dabei etwa für den Zeitraum einer Stunde in Ruhe, so daß sich die aufgewirbelten Schlammflocken im SBR-Becken 2 absetzen.

Nach dem Absetzvorgang und vor dem Einschalten der Pumpe 3 wird die Stellung des Niveauschalters 3a im SBR-Becken 2 überprüft. Ist dieser aufgeschwommen, befindet er sich in Stellung „EIN" und nur dann wird Klarwasserüberstand über die Leitung 6 und den Ablauf 2a in das Grundwasser oder einen Vorfluter geleitet. Der Niveauschalter 3a erkennt den Mindestwasserstand WS2 und gibt der Steuerung das Signal „AUS" zum Abschalten der Pumpe 3. Der unterhalb des Mindestwasserstandes WS2 befindliche Belebtschlamm verbleibt im System.

Anschließend werden der Belebtschlamm und das restliche, im SBR-Becken 2 verbliebene Wasser durch den Tauchmotorbelüfter 5 durchmischt. Das erfindungsgemäße Umschaltventil 4 befindet sich in der Stellung UNTEN (2A), der Strömungsweg 7 zum Schlammabzug ist geöffnet. Nun wird durch kurzes Einschalten der Pumpe 3 im SBR-Becken 2 ein kleiner Teil des durchmischten Wasser-/Belebtschlammgemisches in das Vorklär- bzw. Pufferbecken 1 gefördert.

Die erfindungsgemäße Ansteuerung des Ventils 4 während des oben beschriebenen Reinigungszyklus erfolgt im folgenden anhand der 3A bis 3C:

Als Startzustand (3A) wird der Mindestwasserstand WS2 nach dem Abpumpen des geklärten Abwassers am Ende des oben beschriebenen Reinigungszyklus angenommen. Das Ventil 4 befindet sich am unteren Endanschlag, d.h. der Strömungsweg 6 zum Ablauf 2a der Kläranlage ist versperrt und der Strömungsweg 7 zum Vorklär- bzw. Pufferbecken 1 ist vollständig geöffnet. Die Hydraulik der Pumpe 3 befindet ausreichend unter Wasser, der Schwimmerschalter 3a, welcher sich in einem festen räumlichen Verhältnis zu Pumpe 3 und Ventil 4 befindet, hat unmittelbar vorher in Stellung „AUS" geschaltet.

Der Belebtschlamm befindet sich in abgesetztem Zustand. Nun wird der Tauchmotorbelüfter 5 des Systems für einige Minuten aktiviert und der abgesetzte Belebtschlamm aufgewirbelt, so daß eine homogene Phase entsteht. Nach Abschalten des Tauchmotorbelüfters 5 wird die Pumpe 3 aktiviert und das Wasser/Belebtschlammgemisch wird durch das Ventil 4, welches sich in Stellung UNTEN (Schlammrückführung) befindet, in das Vorklär- bzw. Pufferbecken 1 gepumpt. Dieser Vorgang ist zeitgesteuert und dauert nur einige Sekunden. Nach Abschalten der Pumpe 3 ist das Ende des Klärzyklus erreicht. Der Wasserstand im SBR-Becken ist auf das Niveau WS3 gesunken (vgl. 3B). Der Unterschied der Wasserstände zu Beginn (WS2) und Ende (WS3) des geschilderten Schlammrückführungsvorgangs beträgt je nach Abmessung der Anlage in der Regel nur wenige Millimeter.

Mit Beginn eines neuen Reinigungszyklus wird das SBR-Becken 2 über die Dosierpumpe 9 aufgefüllt. Der Wasserstand WS1 steigt nun je nach tatsächlichen Zufluß oder der Bemessung der Kläranlage mehr oder weniger stark an und das Auftriebselement 4a des Ventils 4 zieht die Stange 4d (vgl. 2B) mit nach oben, so daß die Ventilstellung OBEN (Klarwasserabzug) erreicht ist. Diese Situation ist in 3C dargestellt. Wird eine vorgegebene Schaltdifferenz des Niveauschalters 3a im SBR-Becken 2 nicht überschritten, so gibt dieser keinen Signalwechsel an die Steuerung weiter und die Anlage befindet sich – wie oben beschrieben – im Energiesparmodus, in welchem die Stellung des Umschaltventils 4 ohne Belang ist, weil lediglich ein intermittierendes Durchmischen und kein Abpumpvorgang erfolgt.

Steigt der Wasserstand über das Einschaltniveau des Niveauschalters 3a, schaltet die Steuerung das System in den Normalmodus. Spätestens mit Erreichen dieser Wasserstandsdifferenz ist das Ventil 4 im oberen Endanschlag angekommen (3C). Nach erfolgter Belüftungs- und Absetzphase (s.o.) kann nun das geklärte Abwasser durch das Ventil 4 und die Leitung 6 dem Ablauf 2a zugeführt werden. Beim Abpumpen sinkt der Wasserspiegel wieder. Das Auftriebselement 4a am Ventil 4 bleibt jedoch unabhängig vom Wasserspiegel im SBR-Becken 2 aufgrund des im Ventil 4 während des laufenden Pumpvorgangs anliegenden Wasserdrucks in der Stellung OBEN. Erst mit Abschalten der Pumpe 3 fällt das Auftriebselement infolge des nachlassenden Wasserdrucks und der Schwerkraft ab und das Ventil 4 wechselt in die Stellung UNTEN (Schlammrückführung).

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Schlammrückführung und der Klarwasserabzug mit lediglich einem Pumpaggregat im Behandlungsbecken realisiert.


Anspruch[de]
Verfahren zur Behandlung von Abwasser, bei dem Abwasser zur Behandlung aus einer Vorkläreinrichtung (1a, 1) in ein Behandlungsbecken (2) befördert wird und ein Reinigungszyklus vorgesehen ist, der folgende Schritte aufweist:

a. Beschicken eines mit Belebtschlamm angereicherten Behandlungsbeckens (2) mit zu behandelndem Abwasser;

b. Durchmischen des Belebtschlamm-/Wassergemisches;

c. Belüften des Belebtschlamm-/Wassergemisches;

d. Sedimentieren des Belebtschlamms im Behandlungsbecken (2);

e. Abziehen des Klarwasserüberstandes nach dem Sedimentieren bis zu einem vorgegebenen Mindestwasserstand WS2;

f. Durchmischen des Belebtschlamm-/Wassergemisches im Behandlungsbecken;

g. Rückführung eines Teils des durchmischten Belebtschlamm-/Wassergemisches in eine Vorkläreinrichtung (1a, 1),

dadurch gekennzeichnet,

daß bei Erreichen/Überschreiten eines vorgegebenen Wasserstandes WS1 im Behandlungsbecken ein erster Strömungsweg zwischen Behandlungsbecken (2) und einer Abzugsleitung (6) zum Klarwasserabzug geöffnet wird, und daß bei Unterschreiten des Mindestwasserstandes WS2 der Abpumpvorgang gemäß Schritt e. unterbrochen und hierdurch ein zweiter Strömungsweg zwischen Behandlungsbecken (2) und Vorkläreinrichtung (1a, 1) zur Rückführung geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte a. bis g. wiederholt werden. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem Schritte b. und d. bis g. des Reinigungszyklus nur ausgeführt werden, wenn der Wasserstand im Behandlungsbekken (2) nach Schritt b. einen bestimmten Schwellenwert übersteigt, und der Schritt c. über einen vorgegebenen Zeitraum intermittierend ausgeführt wird. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnen des ersten Strömungsweges mit Hilfe eines Auftriebselements (4a) erfolgt. Vorrichtung zur Behandlung von Abwasser, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, welche folgendes aufweist:

– eine Vorkläreinrichtung (1a, 1) zur Bereitstellung von zu behandelndem Abwasser;

– ein Behandlungsbecken (2) zur Behandlung von bereitgestelltem Abwasser mit Belebtschlamm;

– eine Zuführeinrichtung (9) zum Zuführen von Abwasser aus der Vorkläreinrichtung (1a, 1) in das Behandlungsbecken (2);

– eine Pumpeinrichtung (3), die über eine Ventileinrichtung (4) mit einer Abzugsleitung für Klarwasser (6) und mit einer Rückführungsleitung (7) für belebtschlammhaltiges Wasser verbunden ist,

– einer Verwirbelungseinrichtung (5) zur Belüftung und ggf. zur Durchmischung von Abwasser und Belebtschlamm,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Ventileinrichtung (4) so ausgelegt ist, daß oberhalb eines vorgegebenen ersten Wasserstandes WS1 ein erster Strömungsweg zwischen der Pumpeinrichtung (3) und der Abzugsleitung (6) geöffnet wird, und daß die Pumpeinrichtung (3) so ausgelegt ist, daß ein laufender Abpumpvorgang bei Unterschreiten eines vorgegebenen Mindestwasserstandes WS2 unterbrochen wird, wobei die Ventileinrichtung (4) weiter so ausgelegt ist, daß durch diese Unterbrechung ein Strömungsweg zwischen der Pumpeinrichtung (3) und der Rückführungsleitung (7) geöffnet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (4) ein Auftriebselement (4a) aufweist, welches mit einem Verriegelungselement (4d, 4e) zusammenwirkt, das abhängig vom Wasserstand im Behandlungsbecken (2) der erste bzw. der zweite Strömungsweg geöffnet bzw. geschlossen wird. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Pumpeinrichtung (3) steuernde Steuereinheit vorgesehen ist, die das Signal eines mit der Pumpeinrichtung (3) kommunizierenden Niveauschalters (3a) empfängt. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Pumpeinrichtung (3) und Ventileinrichtung (4) über eine Schlauchleitung miteinander verbunden sind.






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