DE4101332A1 - Vorrichtung zum reinigen von abwasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen von Abwasser, welche ein kreisförmiges Nachklärbecken mit einer Räumerbrücke zur biologischen Abwasserreinigung und zur Abscheidung von Reststoffen ein dem Nachklär­ becken nachgeschaltetes offenes Filterbecken mit einer horizontal ausgerichteten Filterschicht aufweist.

TECHNOLOGISCHER STAND

Die Abläufe aus Kläranlagen mit biologischen Verfahrens­ stufen sind in aller Regel mit feinflockigen Reststoffen belastet, die sich wegen fehlenden oder zu geringen Dichteunterschieds, örtlich ausgeprägter, oftmals tempe­ raturbedingter Strömungsgradienten oder aufgrund von molekularer Gasbildung einer Sedimentation im Nachklär­ becken entziehen. Die weitergehende Abwasserreinigung sieht zur Herabsetzung dieser Restbelastung u. a. das Filtrationsverfahren vor, das als Druckfilter in ge­ schlossenen Behältern oder als offene Filterbetten in be­ sonders ausgebildeten Betonbecken technisch angewendet wird. Beim Filtrationsprozeß selbst werden auf oder in dem Filtergut Festteilchen aus der durchströmenden Flüs­ sigkeit zurückgehalten, die zu einem Anstieg des Filter­ widersandes führen. Es sind daher in periodischen, meist druckabhängig gesteuerten Zeitabschnitten Filterspülun­ gen mittels entgegengerichteter Einpressung von Spül­ wasser und unter zusätzlicher Einleitung von Luft vorzu­ nehmen. Während der Spülphase muß die zu filtrierende Flüssigkeit auf ein anderes Filter geleitet werden.

Sowohl für die Ausbildung der Filtereinrichtung als auch für die Filterrückspülung sind mehrere Arten und Ver­ fahren bekannt. Die Erfindung betrifft die Anwendung des Dünnschichtfiltrationsverfahrens, bei dem das zu filtrie­ rende Abwasser in eine aus mehreren schmalen, nebeneinan­ der angeordneten Zellen bestehende Filtereinheit gelei­ tet wird. Üblicherweise fließt es vom Stauraum durch die ca. 30 cm hohe Filterschicht, die auf porösen Filter­ platten aufgebracht ist, in einen sogenannten Polster­ raum. Die Rückspülung erfolgt zellenweise, indem das Spülwasser in den Polsterraum gedrückt und im Stauraum mittels einer die ganze Zelle überdeckenden Absaughaube wieder abgesaugt wird. Diese ist herausziehbar an einer auf den Beckenwänden seitlich verfahrbaren Brücke ange­ hängt, auf der auch die benötigten Pumpen installiert sind. Nach Beendigung der Filterspülung wird die Vorrich­ tung über die nächste Zelle verfahren, wobei die Absaug­ haube angehoben und nach Erreichen der genauen Arbeits­ stellung wieder in den Stauraum abgelassen wird. Mit einer zweiten Pumpe wird filtriertes Abwasser aus den Nachbarzellen in den Polsterraum zur Spülung des Filter­ materials gedrückt.

In einer bekanntgemachten Ausführung (P 12 90 497) ist in dem Stauraum über dem Filterbett und mit Abstand von diesem ein Klärbecken mit Überlaufwehr und Schlammräumer angeordnet. Hierdurch soll erreicht werden, daß bei nur geringen Gefälleverlusten eine Abwasservorklärung er­ zielt wird, die die Laufzeit des Filters zwischen zwei Spülvorgängen verlängert.

Ein anderes bekanntes Verfahren sieht die Einpressung von Spülwasser in das Filtermaterial mittels einer Reihe senkrecht an einer Eindrückvorrichtung befestigter Rohre vor. In einer weiteren Ausführung (P 16 36 300) wird vor­ geschlagen, die Einpressrohre als Lanzen mit rundem Ein­ drückkopf und allseitigen Austrittsöffnungen auszubil­ den, die das Eindringen in die Filterschicht erleich­ tern. Außerdem sei eine Vereinfachung dadurch gegeben, daß die aus einer Reihe von Lanzen bestehende Spülvor­ richtug schwenkbar unter der zu verfahrenden Brücke aus­ geführt wird.

Gemäß anderer Bekanntmachungen (P 24 32 443 bzw. P 26 30 195) wird die Wirksamkeit des Rückspülens dadurch er­ höht, daß zwei Rückspülmedien eingesetzt werden, die ge­ trennt steuerbar sind, wobei dem einen, z. B. Luft, die Aufgabe des Auflockerns oder der vollständigen Verwirbe­ lung des Filterbettes zufällt und dem anderen, z. B. einer Flüssigkeit, die Aufgabe des Austragens der abge­ lagerten Verunreinigungen. Beide Medien können wegen der gegebenen Steuerbarkeit gleichzeitig und kontinuierlich oder eines kontinuierlich und das andere intermittierend während des Spülvorganges eingesetzt werden.

NACHTEILE

Die bekannten Filtrationsanlagen sind allgemein getrenn­ te Bauwerke, mit speziellen Behältern oder mehrzelligen Becken ausgestattet. Ein aufwendiges Leitungsnetz für die Abwasser- und Spülwasserzuführung sowie die Ablei­ tung des Filtrats bzw. des verunreinigten Spülwassers sind ebenso erforderlich wie eine entsprechende steue­ rungstechnische Ausrüstung. Die erforderlichen Filter­ spülungen stellen einen sich ständig wiederholenden Ein­ griff in den Betriebsablauf bzw. eine Betriebsunter­ brechung dar. Die beschriebenen maschinellen Einrichtun­ gen zur Spülung des Filterbettes und zur Beseitigung des Spülwassers sind nur intermittierend einsetzbar, was nicht nur zeitaufwendig ist, sondern auch stets eine sorgfältige Betriebsüberwachung erfordert.

Die Absaugung des Spülwassers mittels einer Absaughaube, die die mehrere Quadratmeter große Filterfläche über­ deckt, ist aufgrund des Durchbruches von Spülwasser an bestimmten Stellen des Filterbettes nur unzreichend. Bei dieser Technik ist auch die Anwendung von Druckluft zur Auflockerung des Filterbettes nicht möglich, weil unter der Haube sich ansammelnde luft die Saugleistung der Pumpe unterbrechen oder sogar verhindern würde.

Das Einpressen von Spülwasser über Lanzen, die in das Filterbett mittels eines Schwenkantriebes hineingedrückt werden, ermöglicht zwar ein maschinelles Verfahren der Spülvorrichtung von einer Filterzelle zur nächsten, je­ doch sind wegen der Mindestbaubreite des Spülwagens ent­ sprechend breite Filterzellen sowie wegen des begrenzten Wirkradius einer Lanze entsprechend viele Lanzen erfor­ derlich. Hierdurch ist jedoch eine ungleiche Verteilung nicht ausgeschlossen, so daß es neben einer ungenügenden Reinigung des Filtermaterials auch zu einem erhöhten Fahrwiderstand kommt, da einige Lanzen von kompakterem Filtermaterial umgeben sind als andere. Da auch bei der Ausführung das verunreinigte Spülwasser nur bereichs­ weise unterhalb einer Glocke abgesaugt werden kann, steht Luft zur Auflockerung des Filtermaterials nicht zur Verfügung.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrich­ tung zum Reinigen von Abwasser zu entwickeln, bei der der Aufwand und Platzbedarf für das dem Nachklärbecken nachgeschaltete Filterbecken möglichst gering ist und bei dem die Reinigung der Filterschicht des Filterbec­ kens einfach und kostengünstig erfolgen kann.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Filterbecken als das Nachklärbecken umgebende kreis­ ringförmige Filterrinne ausgebildet ist, daß der Abwas­ serzulauf der Filterrinne über eine diese vom Nachklär­ becken trennende Beckenwand und der Wasserablauf nach unten durch die Filterschicht hindurch in einen eben­ falls kreisringförmigen Klarwasser-Sammelraum erfolgt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

VORTEILE DER ERFINDUNG A. Kosteneinsparungen im baulichen Bereich

Die Vergrößerung des Nachklärbeckens um die Bereite eines Filtergrabens steht in keinem Verhältnis zu den Kosten, die für ein separates Filterbauwerk aufzubringen sind.

Der Klarwassersammel- und ablaufraum kann kostenmäßig vernachläßigt werden, da er praktisch die Ablaufrinne eines herkömmlichen Nachklärbeckens ersetzt.

B. Kosteneinsparungen bei der Wasserführung

Bei den bisher in kommunalen Kläranlagen eingesetzten Filtrationsanlagen handelt es sich um eigenständige An­ lagenteile, zu denen das aus der Nachklärung ablaufende Abwasser in entsprechend große Rohrleitungen in der Regel gepumpt werden muß. In einem weiteren Leitungs­ strang muß das verunreinigte Spülwasser wieder zur Klär­ anlage zurückgeführt werden.

Die innerhalb der konventionellen Filtrationsanlage ent­ haltenen Behälter oder Becken müssen mittels eines sehr komplizierten und mit einer Vielzahl von Steuerorganen ausgestatteten Leitungsnetztes ver- und entsorgt werden, um trotz intermittierenden Betriebes der Einzelfilter einen durchgehenden Filtrationsprozeß sicherzustellen.

Das erforderliche Leitungswerk bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dagegen so minimal, daß es bei einer Kostenbetrachtung vernachläßigt werden kann.

C. Kosteneinsparungen bei der Steuerungstechnik

Eine Filtereinrichtung nach den Wesensmerkmalen der Er­ findung kommt wegen des kontiniuerlichen Betriebsablau­ fes weitgehend ohne Steuerungstechnik aus. Selbst die Be­ triebsüberwachung kann sich auf eine einfache Lauf- und Störmeldung der Pumpen und Verdichter beschränken, da auch bei längerem Ausfall der Aggregate passive Sicher­ heitsvorkehrungen getroffen sind.

D. Zeitsparende Betriebskontrolle

Der kontinuierliche und sich ständig selbstreinigende Filterbetrieb beschränkt die Uberwachung der Anlage und ihrer Funktionstüchtigkeit auf tägliche Sichtkontrollen. Gegenüber der erforderlichen Betriebsüberwachung heuti­ ger Wasser- und Abwasserfilter durch geschultes Personal und mit hochwertiger elektronischer Datenerfassung er­ gibt sich für die Erfindung ein besonderer Anwendungsvor­ teil bei kleineren und mittleren Kläranlagen.

E. Hervorragende Filterwirkung

Nicht zuletzt sollte darauf hingewiesen werden, daß das erfindungsgemäße Filter aus zwei Gründen einen besonders hohen Filterwirkungsgrad auszeichnet:

• 1. Der äußere Kreisring mit einer Breite des Filterbet­ tes von 1,0 bis 2,0 m stellt eine Filterfläche dar, die ungefährt 20% der Nachklärbeckenfläche ausmacht, d. h. die Filtergeschwindigkeit ist nur ca. um das Fünffache höher als die Flächenbeschickung der Nachklärung. Bezo­ gen auf die Bemessungsrichtwerte von Nachklärbecken be­ trägt damit die Filtergeschwindigkeit nur 2,0 bis 4,0 m/h und liegt damit weit unter den üblicherweise ange­ setzten Werten für die Filterbeaufschlagung von 5,0 bis 15,0 m/h.
• 2. Die Filterrückspülung wird in Abhängigkeit vom An­ stieg des Filterwiderstandes vorgenommen. Hierbei kommen Spülintervalle im 12- bis 24-Stundenzyklus zustande, für die die entsprechende Betriebsdrücke bzw. Überstauhöhen vorzuhalten sind. Bei dem erfindungsgemäßen Filter werden die Spülintervalle ausschließlich durch die Um­ laufzeit der Räumerbrücke bestimmt und diese beträgt in Abhängigkeit vom Beckendurchmesser bei einer Räumge­ schwindigkeit von 3 cm/s in den meisten Fällen zwischen 0,3 und 1,0 h. Daraus ergibt sich, daß sich das Filterma­ terial permanent in einem idealen Zustand zur Aufnahme abfiltrierbarer Stoffe befindet.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon und eine Ausführungsvariante sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. In ihr zeigen die

Fig. 1 eine teilweise Draufsicht auf eine erfin­ dungsgemäß gestaltete Vorrichtung,

Fig. 2 einen Blick auf die Filterrinne der Vor­ richtung von der Seite gesehen und ohne äußere Trennwand,

Fig. 3 einen radialen Schnitt durch den äußeren Bereich der Vorrichtung,

Fig. 4 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung einer geänderten Ausführungsform der Reini­ gungsvorrichtung des Filterbeckens.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Die Erfindung bezieht sich auf den baulichen Zusammen­ schluß eines runden Nachklärbeckens (1) mit einem offe­ nen Filter (2) sowie einen das Filter umgebenden Klarwas­ ser-Sammelraum (3). Filter (2) und Klarwasser-Sammelraum (3) erweitern kreisringförmig das Nachklärbecken (7) und treten an die Stelle der üblicherweise an runden Becken vorhandenen Ablaufrinne. Vorteilhaft ist die Ausbildung des Filters als Dünnschichtfilter ("Kuchenfiltration") bestehend aus einer geeigneten Sandschichtung (4) bzw. einer Mehrfachschichtung, wobei das grobkörnigere oder schwerere Filtermaterial eine Tragschicht (5) bildet. Das Filtermaterial wird auf porösen Filterplatten bzw. Feinlochplatten (6) in einer Dicke von 25 bis 40 cm auf­ gebracht. Die Breite des Filters wird durch die aus der senkrechten Beckenwand (7) der Nachklärung mit einem ge­ wissen Abstand zum Beckenboden (8) in Verlängerung des Beckenbodens der Nachklärung hervortretenden Kragarme (9) bestimmt, auf denen die Filterplatten (6) aufgelegt sind. Eine an den Stirnflächen der Kragarme (9) ange­ setzte, bis auf die Höhe des Wasserspiegels (10) der Nachklärung reichende Trennwand (11) aus Stahlblech oder Stahlbeton bildet dann die äußere Begrenzung.

Gleichzeitig bildet die Trennwand (11) mit der Außenwand (12) einen weiteren Ringkanal, den Klarwasserraum (3).

Die Räumerbrücke (13) überspannt den Halbdurchmesser des Rundbauwerkes vom Mittelbauwerk (14) bis zur Außenwand (12). Sie führt umlaufend die Boden- und Schwimmschlamm­ räumung im Nachklärbecken (1) und die Spülung des Fil­ ters (2) durch. Für diese Aufgabe sind auf der Brücke zu­ sätzlich ein Luftverdichter (15) sowie Haltevorrichtun­ gen (16, 17, 18, 19) für die unter das Filter führende Luftleitung (20) mit Luftverteilungselement (21), für die Spülwasserzuführung (22), für die Spülwasserablei­ tung (34) und für den Spülkasten (23). Die Spülwasserzu­ führung (22) verbindet eine in den Klarwasser-Sammelraum (3) reichende Tauchmotorpumpe (24) mit einer Reihe von Spüllanzen (25), die sich über ein bewegliches Zwischen­ stück (26) in das körnige Filtermaterial (4) bei außer­ mittig gelegenem Schwerpunkt (27) schieben. Die Aus­ trittsöffnungen der Spüllanzen (25) zeigen in Drehrich­ tung der Räumerbrücke (13) und sind so ausgebildet, daß das Spülwasser (28) gefächert nach schräg oben austritt, wodurch das Eindringen der Spüllanzen (25) in das Filter­ material (4) erleichtert wird. Bei Ausfall der Spülwas­ serpumpe (24) ist der Widerstand im Filtermaterial (4) höher als das durch den außermittig gelegenen Schwer­ punkt (27) bewirkte Drehmoment und die Spüllanzen (25) schwenken nach hinten weg, wobei sie wie eine Harke durch die Oberschicht des Filtermaterials (4) gezogen werden.

In geeignetem Abstand von den Spüllanzen (25) reicht eine weitere Tauchmotorpumpe (29) in den Überstauraum (30). Die Förderleistung dieser Pumpe (29) ist wesent­ lich höher als die der Spülwasserpumpe (24), so daß nicht nur das in den Überstauraum (30) gedrückte und stark verunreinigte Spülwasser abgesaugt wird, sondern auch eine bestimmte Abwassermenge aus dem Nachklärbecken­ ablauf, die unter dem Spülkasten (23) hindurch der Tauch­ motorpumpe (29) zuströmt. Damit werden nahezu alle aus dem Filtermaterial (4) herausgelösten und in den Über­ stauraum (30) hochgewirbelten Verunreinigungen erfaßt und über die Spülwasserableitung (34) in den Einlauf­ schacht des Mittelbauwerkes (14) zurückgeführt. Bei einem eventuellen Ausfall der Tauchmotorpumpe (29) wür­ den sich die Verunreinigungen wieder auf und in dem Fil­ ter (2) absetzen und bei Anhalten des Störfalles den Fil­ terwiderstand anwachsen lassen. Es ist daher vorteilhaft, die Trennwand (11) in der vorbeschriebenen Weise oben auf Höhe des Wasserspiegels (10) der Nachklärung enden zu lassen, damit bei Füllung des Überstauraumes (30) das Abwasser in den Klarwasser-Sammelraum (3) ohne Rückstau in die Nachklärung (1) übertreten kann. Die Funktion des Filters ist damit zwar ausgesetzt, jedoch kann, wie auch bereits bei Ausfall der Spülwasserpumpe (24) berücksich­ tigt, kein Schaden an der technischen Einrichtung bzw. kein störender Einfluß auf die vorgeschaltete Klärein­ richtung auftreten.

In einer weiteren Ausführung wird auf den Einsatz von Spüllanzen verzichtet und stattdessen das von der Tauch­ motorpumpe (24) geförderte Spülwasser in eine nach oben offene, v-förmige Spülrinne (31) gedrückt, die an der Unterseite der Feinlochplatten (6) entlanggeführt wird. Der geringe Abstand zwischen der Unterseite der Fein­ lochplatten (6), die mit der Unterseite der Kragarme (9) eine Linie bildet, und dem oberen Rand der Spülrinne (31) wird durch zwei Laufwalzen (32) bestimmt, die durch eine federnde Abhängung (33) der Spülrinne (31) mit leichter Anpreßkraft auf der Unterseite des Filters (2) entlangrollen.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Reinigen von Abwasser, welche ein kreisförmiges Nachklärbecken mit einer Räumerbrücke zur biologischen Abwasserreinigung und zur Abscheidung von Reststoffen ein dem Nachklärbecken nachgeschaltetes offe­ nes Filterbecken mit einer horizontal ausgerichteten Fil­ terschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Fil­ terbecken als das Nachklärbecken (1) umgebende kreisring­ förmige Filterrinne (2) ausgebildet ist, daß der Abwas­ serzulauf der Filterrinne (2) über eine diese vom Nach­ klärbecken (1) trennende Beckenwand (7) und der Wasserab­ lauf nach unten durch die Filterschicht hindurch in einen ebenfalls kreisringförmigen Klarwasser-Sammelraum (3) erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Räumerbrücke (13) über die Filterrinne (2) hin­ wegführt und alle zur Reinigung der Filterschicht erfor­ derlichen Einrichtungen an ihr befestigt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschicht an der die Filterrinne (2) vom Nachklärbecken (1) trennenden Beckenwand (7) abgestützt und der Klarwasser-Sammelraum (3) unterhalb der Filter­ schicht von Abstützungen freigehalten ist und daß von der Räumerbrücke (13) hinter der Außenseite der Filter­ rinne (2) eine starre Luftleitung (20) in den Klarwasser- Sammelraum (3) bis zu einem mit ihr verbundenen, unter­ halb der Filterschicht angeordneten und deshalb mit der Räumerbrücke (13) umlaufenden Luftverteilungselement (21) führt.

4. Vorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschicht auf Feinlochplatten (6) aufliegt, die ihrerseits auf radial aus der die Filterrinne (2) vom Nachklärbecken (1) trennenden Beckenwand (7) ragen.

5. Vorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Förderung des erforderlichen Spülwassers im Klarwasser-Sammelraum (3) eine Tauchmotorpumpe (24) angeordnet ist, welche mit einer Reihe von Spüllanzen (25) Verbindung hat, die durch ihr Eigengewicht in das durch Spülwasser und Luft aufgelockerte Filtermaterial eindringen.

6. Vorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Druckluft auf der Räumerbrücke (13) ein Luftverdichter (15) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Überstauraum der Filterrinne (2) zur Rückförderung von hinter der Reihe von Spüllanzen (25) abgesaugtem Spülwasser zu einem Einlaufschacht des Nachklärbeckens (1) eine weite­ re Tauchmotorpumpe (29) angeordnet ist, welche eines we­ sentlich größere Förderleistung hat als die Tauchmotor­ pumpe (24) im Klarwasser-Sammelraum (3).

8. Vorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Räumer­ brücke (13) ein oben und unten offener Spülkasten (23) in den Überstauraum reichend eingehängt ist, dessen Sei­ tenwände über die Wasserspiegellinie bzw. bis dicht über die Filterschicht reichen und der seitlich nur einen schmalen Spalt zwischen der Beckenwand (7) des Nachklär­ beckens (1) und sich in seiner Längsrichtung über das Luftverteilungselement (21) sowie die zur Absaugung des stark verunreinigten Spülwassers eingetauchte Tauchmotor­ pumpe (29) erstreckt.

9. Vorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine nach oben offene, v-förmige Spülrinne (31) federnd von der Räumer­ brücke (13) abgehängt unter die Filterschicht reicht, in die Spülwasser aus dem Klarwasser-Sammelraum (3) von der Tauchmotorpumpe (24) gefördert wird und die mit zwei Laufwalzen (32) ausgestattet ist, so daß sie durch die Bewegung der Räumerbrücke (13) mit geringem Abstand ent­ lang der Unterseite der Filterschicht fährt.