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WO2018050157A1 - Druckluftklarwasserheber mit verunreinigungsschutz, verfahren zu dessen betrieb und dessen verwendung in behältern von biologischen kläranlagen - Google Patents

Druckluftklarwasserheber mit verunreinigungsschutz, verfahren zu dessen betrieb und dessen verwendung in behältern von biologischen kläranlagen Download PDF

Info

Publication number
WO2018050157A1
WO2018050157A1 PCT/DE2017/100708 DE2017100708W WO2018050157A1 WO 2018050157 A1 WO2018050157 A1 WO 2018050157A1 DE 2017100708 W DE2017100708 W DE 2017100708W WO 2018050157 A1 WO2018050157 A1 WO 2018050157A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
water
pipe
tube
compressed air
buffer
Prior art date
Application number
PCT/DE2017/100708
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hubert PRÄDEL
Original Assignee
Praedel Hubert
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Praedel Hubert filed Critical Praedel Hubert
Publication of WO2018050157A1 publication Critical patent/WO2018050157A1/de

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/12—Activated sludge processes
    • C02F3/22—Activated sludge processes using circulation pipes
    • C02F3/223—Activated sludge processes using circulation pipes using "air-lift"
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B23/00—Pumping installations or systems
    • F04B23/02—Pumping installations or systems having reservoirs
    • F04B23/021—Pumping installations or systems having reservoirs the pump being immersed in the reservoir
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B23/00—Pumping installations or systems
    • F04B23/04—Combinations of two or more pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F1/00—Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped
    • F04F1/18—Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped the fluid medium being mixed with, or generated from the liquid to be pumped
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F10/00—Siphons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2203/00—Apparatus and plants for the biological treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2203/006—Apparatus and plants for the biological treatment of water, waste water or sewage details of construction, e.g. specially adapted seals, modules, connections
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/12—Activated sludge processes
    • C02F3/1236—Particular type of activated sludge installations
    • C02F3/1263—Sequencing batch reactors [SBR]
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the present invention relates to a Druck Kunststoffklarwasserheber with impurity protection, a method for its operation and its use in containers of biological treatment plants to prevent contamination of the clear water during filling and ventilation of the reactor during normal operation of the compressed air water heater in the sewage treatment plant.
  • Air lifts consist of a tube open on both sides with a side-mounted compressed air connection.
  • the air jacks are mounted vertically in the treatment plants so that the compressed air connection is as far below the water level as possible, that the suction opening of the pipe can aspirate water to the desired height and the outlet of the pipe is placed where the pumped water is to be discharged.
  • the siphon tube above the compressed air connection is well filled with water
  • the compressed air generator switched on, the compressed air flows through the air inlet opening into the siphon tube and conveys the water vertically upwards.
  • the resulting air bubbles tear the surrounding water in the pipe upwards and thus promote the inflowing water through the outlet opening of the siphon tube.
  • the sewage treatment cycle begins again with the feed pumping time in which the feed lifter pumps the pre-treatment water into the reactor at a preprogrammed time.
  • the compressed air for the feed lifter, for the plate ventilator or pipe aerator and for the clear water or excess sludge lifter is switched via individual electromagnetically actuated valves. These valves are supplied with compressed air via a compressed air compressor.
  • the prior art airlifts are designed so that its suction port is below the water surface and the pump down operation is achieved when no water is allowed to flow over the lower edge of the suction port.
  • the suction pipe By virtue of this necessity for pumping off the upper clear water area and not the underlying area of settled bacteria, it is necessary to guide the suction pipe following the suction opening vertically downwards and over a U-shaped 360 degree bend with the following vertically upwards Connecting siphon. So that the buoyancy forces of the compressed air bubbles flowing into the siphon tube are greatest, the siphon tube must be laterally mounted air inlet as deep as possible, but be mounted above the pipe bend.
  • the pollution of the clear water is done in systems according to the prior art far from intensive in the subsequent aeration process by the ascending when switching the plate, tube, Membranbelindividuers air bubbles increase first in the water volume in the reactor and secondly swirl the settled activated sludge bacteria in the reactor water , So that they pass through the increase in volume also through the intake into the intake pipe of the clear water jack and also settle there.
  • the ventilation period in the reactor of an SBR treatment plant often takes several hours.
  • the plate or Rohrmembranbelpartyer is therefore switched on and off during this period in the preselected cycle, so that at least every time ventilation begins again and again activated sludge bacteria, because of the volume increase described, are pressed into the clear water.
  • the activated sludge bacteria are heavier than water, they sink down in the intake pipe and fill the pipe bends, which connect the intake pipe and the siphon pipe. At the beginning of the clear water pumping time, the clear water lift conveys these deposits into the wastewater treatment plant effluent.
  • a clear water lifter should be designed so that no water-activated sludge mixture can penetrate into the intake, or this settled activated sludge is washed away from the clear water jack before the Klariganpumpzeit and thereby the sludge of infiltration, and the contamination of water is avoided.
  • non-return flaps are attached to the intake openings of the clear water lift tube so that the activated sludge bacteria can not penetrate there.
  • a disadvantage of this technical solution is that the activated sludge bacteria are not returned to the reactor, but lost for the cleaning process. In addition, the filtration and maintenance of the filters are very expensive.
  • DE 20 2005 003 588 Ul discloses a small wastewater treatment plant with a pre-clearing chamber and a secondary clarifier, wherein in each chamber at least one air lift is provided, with the air under the appropriate medium in the sense of lifting from the respective chamber is conveyed, the associated with each air lift, to a compressed air unit connected compressed air line is arranged in a lifting line, wherein the medium through the between the outer wall of the compressed air line and the inner wall of the lifting line, formed intermediate space, is feasible.
  • DE 24 20 076 AI discloses a device for continuous introduction of oxygen into waste water under increased, hydrostatic pressure, wherein a gas inlet is arranged in the lower part of a shaft, and arranged a liquid inlet and a liquid outlet to a disposed above the shaft, associated with this reservoir is.
  • DE 100 57 378 B4 discloses an electric underwater pump as a clear water pump, which is to pump the clear water from the clear water area in the flow of the sewage treatment plant.
  • the necessary inflowing water was low, since the increase in volume in the riser, for the most part, comes from the inflowing air bubbles.
  • the falling water column must first separate from the rising air bubbles and therefore does not have the speed required to take the activated sludge in the U-shaped pipe part so that it ascending reaches the suction port to get there in the reactor water.
  • the process was repeated with a buffer tank attached above the outlet of the siphon tube. When you press the clear water, so this is first filled with water before the clear water can drain laterally from this. To generate a rinse, the clear water lifter is briefly turned on until the buffer tank is filled and not overflowing.
  • the water from the buffer tank flows back into the jack and pushes the buffered water back through the suction port into the reactor.
  • the activated sludge fraction thus flushed out is small and corresponds only to the amount of the clear water activated sludge mixture of the volume from the buffer tank.
  • the buffer tank can and must not be too large, because its water back pressure greatly reduces the head and the capacity of the clear water lifter.
  • the flow rate of the recirculating water is insufficient to entrain the activated sludge deposits at the bottom of the U-shaped pipe bend.
  • EP 2 743 515 A2 discloses a clear water lifter in which an intake manifold is designed as an inverted siphon device on the intake manifold, which has an inverted U or V bend and merges into an intake manifold with intake opening. In operation, there is an air bubble in this intake, which allows the entry of water only with large pressure differences done, but not prevented.
  • the first pumped water mixed with activated sludge is conveyed for a short time in an extra container. Through a bottom opening on the container it flows through an open float mechanism in the primary treatment and thus fulfills the excess sludge function. If this process is repeated several times, the clear water jack is cleaned. In the following continuous operation, the float opening closes at the bottom of the container and the pumped clear water flows through the container in the flow of the sewage treatment plant. The water level in the tank is monitored by a float switch.
  • a fault in the mechanical float mechanism either leads to contamination at the drainage of the sewage treatment plant or to overstocks in the sewage treatment plant.
  • DE 10 2014 015 488 A1 discloses a dual functional air lift. This includes:
  • a compressed air line which can be connected to a compressed air compressor, with an air inlet opening which is attached to the junction of the excess sludge jack tube, the clear water jack tube and the connecting pipe, the excess sludge jack tube is open at the top and laterally above the maximum water level in the reactor water, in the primary Sewage treatment plant, in a sludge tank, in a filter cup / filter bag or in a sludge-stabilizing composter can be introduced and the clear water jack tube is open at the top and laterally introduced into the wastewater treatment plant effluent,
  • the clear water jack tube is widened in its upper part in diameter and serves as a water buffer and the suction port has a downwardly angled open pipe socket which in the wall of the intake pipe at the level of the clear water zone of the reactor water can be attached, in which this one-piece pipe system in the reactor water a biological treatment plant is permanently mounted.
  • German Utility Model DE 20 2015 105 725 Ul discloses a three-functional compressed air lift, which has two parallel standing lift tubes with a common intake pipe. With the excess sludge jack tube, the sediments in the pipe system are first conveyed away in order to subsequently be able to pump out the clear water with the clear water jack tube.
  • the activated sludge flushed out of the clear water lift must therefore also be introduced into the reactor water on the shortest path, so that the sedimented activated sludge layer height in the clear water phase is the determining element for the purification performance of the biological sewage treatment plant.
  • the root cause of the formation of deposits in the Clear water pressure air lifter can be seen in that the volume increase arising when switching on the ventilation of the reactor can increase the water level and thereby naturally also the water-activated sludge mixture flows into the intake of the clear water jack and raises the water level in the open intake pipe and in the siphon tube.
  • the amount of impurities in the clear water pressure air lifter increases many times faster, if it is filled with raw sewage during the time of aeration of the reactor water.
  • the invention is therefore based on the object to provide a comparison with the prior art improved compressed air freshwater for biological treatment plants, which the water Handling activated sludge mixture so that no impurities can flow during the increase in volume during the ventilation process in the intake of the compressed water clear water jack.
  • the invention is also based on the object of specifying a method for operating such a compressed water clear water jack in biological sewage treatment plants.
  • the object of the invention is to specify possible uses by a targeted combination of the clear water with other components in biological treatment plants.
  • the compressed water clear water jack comprises a siphon tube with a suction opening in the upper free end of the tube above the maximum water level and a suction tube with its tube vent in the upper free end of the tube, which ends above the maximum water level.
  • the intake pipe has a side suction opening, which is located in the height of the minimum water level.
  • the siphon pipe and the intake pipe merge at their respective lower free end into a connecting pipe, so that they are connected to one another in a U-shaped, liquid-conducting, hydraulically tight manner via this connecting pipe.
  • the compressed air water heater is designed for biological wastewater treatment plants (reactors).
  • the siphon tube (when used as intended) discharges above the maximum reactor water height from below in a watertight manner into a sampling vessel which has an open drainage pipe to the wastewater treatment plant outlet laterally.
  • a downwardly open buffer container or a buffer tube is arranged on the suction form-fitting tight, which / which is open in the direction of the U-shaped connection of suction and siphon tube.
  • This buffer container or buffer tube must be equal in volume or greater than the amount that can flow when filling the reactor between the minimum water level and the maximum water level in the compressed water clear water jack.
  • the content in the buffer tube is reactor water which has precipitated out and, with an increase in volume through the aeration or an increase in volume during the filling of the reactor, only this sedimented water in the buffer tube flows into the intake opening of the compressed water clearer and impurities have already been introduced into the in the direction of the U-shaped connection of suction and Siphon tube can settle down open buffer tank or buffer tube down into the reactor.
  • the intake pipe of the compressed air water heater is made very thin above the suction port.
  • the technical background is to reduce the volume in the clear water, so that when a volume increase in the reactor flowing into the clear water buffer water essentially flows only in the siphon pipe and only there rises the water level as in the reactor.
  • suction very thin running suction tube performs a venting function
  • this above the intake very thin running suction can also be replaced by a thin vent tube or a thin vent hose, which also generates the vent function.
  • a bubble protection in the form of a Ableitschräge eg. A planar Ableitblech with a continuous surface, as protection against air bubbles must be arranged below the buffer tank / buffer tube opening, which deflects ascending ventilation bubbles and slip off the sedimenting during the clear water settling phase activated sludge constituents on its smooth surface , and thereby transported back into the reactor water, in which they continue to fall.
  • the activated sludge-water mixture swirled up in the aeration would produce turbulence in the buffer tank / buffer pipe and the clear water precipitated there would mix with the activated sludge-water mixture in the compressed water water jack. It is advantageous to divide the bottom open buffer tank / buffer tube with one or more vertically, ie parallel to the intake manifold extending partitions. These additional partitions suppress turbulence in the interior of the buffer tank, especially when a pipe aerator in the reactor is in the immediate vicinity below the buffer pipe.
  • Fig. 1 a schematic representation of an embodiment of a
  • FIG. 2 a schematic representation of an embodiment of a compressed air water heater according to the invention.
  • Fig. 1 shows a compressed water clear water jack comprising a siphon tube (1) with an outlet opening (2) in the upper free end of the tube above the maximum water level (3) and an intake pipe (4) with its pipe vent opening (5) in the upper free end of the tube , which ends above the maximum water level (3).
  • the intake pipe (4) has laterally an intake opening (6) which is located with its lower edge in the height of the minimum water level (7).
  • the siphon pipe (1) and the intake pipe (4) merge at their respective lower free end into a U-shaped connecting pipe (8), so that they are connected to one another in a fluid-conducting, hydraulic manner directly via this connecting pipe.
  • an air inlet opening (9) in the form of a through-hole with an air hose connection point is arranged in the lower region of the siphon pipe (1), through which compressed air from a compressed air generator (10) can be directed.
  • the compressed air water heater is designed for biological wastewater treatment plants in the reactor vessel (11).
  • the siphon pipe (1) opens watertight in its intended use above the maximum water level (3) in a sampling vessel (12), which laterally in open drain pipe to sewage treatment plant outlet (13) out.
  • a disadvantage of this compressed air water heater is that at a volume increase of the reactor water (14) whose water level increases and this in the intake pipe (4) and in the siphon tube (1) by flowing into the suction port (6) compensated by height, that in the inflowing reactor water (14 ) sediment in the siphon pipe (1) and in the intake pipe (4), sink down and fill both pipes and the U-shaped connecting pipe (8) with impurities, especially with activated sludge bacteria.
  • a downwardly open buffer tank or a buffer tube (17) whose volume is equal to or greater than the reactor water amount (14) which when filling the reactor vessel (11) between the minimum water level (7) and the maximum water level (3) can flow through the resulting pressure equalization in the suction port (6) of the clear water pressure air lifter.
  • the content in the buffer tank or buffer tube (17) is outdated reactor water (14) from the clear water zone of the reactor vessel (11) and at a volume increase either by the onset of intermittent aeration or by filling the reactor vessel (11). only this sedimented clear water in the buffer tube (17) can flow into the suction port (6) of the clear water jack and impurities have previously deposited in the bottom open buffer tube (17).
  • the intake pipe (4) above the intake opening (6) must be made very thin.
  • the technical background of this solution is to reduce the total volume in the clear water by so that at a volume increase in the reactor vessel (11) flowing into the clear water buffer water essentially only the water in the siphon in its volume and its water level with the water level in the Reactor tank (11) compensates.
  • vent pipe (18) which is located above the suction port (6), in a very thin running breather pipe (18) go over, which has a venting function and by a thin venting tube or through a thin Bleed hose can be replaced.
  • the ratio of vent pipe (18) to the siphon tube (1) is advantageously about 1: 4.
  • the Ableitschräge (20) is obliquely arranged with an opposite the suction pipe (4) acute angle with a tip in the direction of the vent pipe (18), so that the ventilation bubbles are deflected from the buffer container opening (19) and the sedimented during the Klariganabsetzphase activated sludge particles on the oblique Slip surface and can sink down without these are sucked in the subsequent clear water production as impurities.
  • the tube aerator (22) When the tube aerator (22) is located in the reactor vessel (11) in the immediate vicinity of the buffer tube (17), it is advantageous to subdivide the buffer vessel opening (19) into smaller segments in the form of vertical partitions (21) to produce them Water flows are interrupted at the buffer container opening (19). It is important that the partitions (21) are chamfered at the top and thereby no activated sludge bacteria can settle at this location.

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Abstract

Druckluftklarwasserheber mit Verunreinigungsschutz, um Verschmutzungen des Klarwassers beim Befüllen und bei der Belüftung des Reaktors während des bestimmungsgemäßen Betriebs des Druckluftklarwasserhebers in der Kläranlage zu verhindern. Der Druckluftklarwasserheber weist eine Ansaugöffnung (6) auf, an die formschlüssig und dicht ein offener Pufferbehälter/Pufferrohr (17) angeordnet ist, welcher/welches in Richtung der U-förmigen Verbindung von Ansaugrohr (4) und Heberrohr (1) offen ist und dessen Volumen gleich oder größer einer Reaktorwassermenge (14) ist, welche beim Befüllen des Reaktorbehälters (11) zwischen dem minimalen Wasserstand (7) und dem maximalen Wasserstand (3) durch den entstehenden Druckausgleich in die Ansaugöffnung (6) des Druckluftklarwasserhebers einströmen kann. Das Ansaugrohr (4) ist oberhalb der Ansaugöffnung (6) sehr dünn ausgeführt und es übergeht in ein sehr dünn ausgeführtes Entlüftungsrohr (18). Eine Ableitschräge (20) befindet sich unterhalb der Pufferbehälteröffnung (19) als Blasenschutz, wobei die Ableitschräge (20) schräg mit einem gegenüber dem Ansaugrohr (4) spitzen Winkel mit Spitze in Richtung des Entlüftungsrohres (18) angeordnet ist.

Description

DRUCKLUFTKLARWASSERHEBER MIT VERUNREINIGUNGSSCHUTZ, VERFAHREN ZU DESSEN BETRIEB UND DESSEN VERWENDUNG IN BEHÄLTERN VON BIOLOGISCHEN KLÄRANLAGEN
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckluftklarwasserheber mit Verunreinigsschutz, ein Verfahren zu dessen Betrieb und dessen Verwendung in Behältern von biologischen Kläranlagen, um Verschmutzungen des Klarwassers beim Befüllen und bei der Belüftung des Reaktors während des bestimmungsgemäßen Betriebs des Druckluftklarwasserhebers in der Kläranlage zu verhindern.
Bei fast allen Biologischen Kläranlagen, welche nicht mit elektrischen Unterwasserpumpen, sondern mit einem Drucklufterzeuger, auch Verdichter oder Kompressor genannt, arbeiten, sind Druckluftheber notwendig, um das häusliche Abwasser von einem Becken in ein anderes zu fördern, oder das entstehende Klarwasser in den Ablauf der Kläranlage zu fördern. Druckluftheber bestehen aus einem beidseitig offenen Rohr mit einem seitlich angebrachten Druckluftanschluss. Die Druckluftheber sind senkrecht so in den Kläranlagen angebracht, dass der Druckluftanschluss soweit wie möglich unter dem Wasserspiegel liegt, dass die Ansaugöffnung des Rohres in der gewünschten Höhe Wasser ansaugen kann und die Austrittsöffnung des Rohres dort platziert wird, wo das geförderte Wasser abgeleitet werden soll. Befindet sich im Kläranlagenbehälter genügend Wasser, so dass auch das Heberrohr oberhalb des Druckluftanschlusses gut mit Wasser gefüllt ist, so strömt, bei eingeschaltetem Drucklufterzeuger, die Druckluft durch die Lufteintrittsöffnung, in das Heberrohr, und fördert das Wasser senkrecht nach oben. Die entstehenden Luftblasen reißen das umgebende Wasser im Rohr mit nach oben und fördern so das nachströmende Wasser durch die Austrittsöffnung des Heberrohrs.
Dieser Pumpvorgang dauert so lange, bis der Wasserspiegel im Kläranlagenbehälter so abgesenkt ist, das nun der verkürzte Weg im Heberrohr, die Auftriebskräfte der hoch strömenden Luftblasen kein Wasser mehr mitreißen können, oder der Drucklufterzeuger ausgeschaltet wird. In biologischen Kläranlagen wird vor allem in SBR - Kläranlagen das zufließende Abwasser in einem Vorklärbehälter gespeichert, um nach einem Zyklus von mehreren Stunden in einen SBR -Reaktor gefördert zu werden. In dem Reaktorbecken, auch als Reaktor bezeichnet, wird das Abwasser durch Teller-, oder Rohrbelüfter feinperlig belüftet. Durch diese Belüftung können die dort befindlichen frei schwimmenden Bakterien atmen und das Abwasser durch ihre Stoffwechselprozesse reinigen. Nach dieser Reinigungsphase wird die Belüftung abgeschaltet, so dass sich die Bakterien, auch Belebtschlamm genannt, durch Absinken am Boden absetzen können. Nach dieser Klarwasserabsetzphase entsteht über der Bakterienschicht eine Klarwasserzone, welche nun vom Klarwasser-heber, in gleicher Funktion wie beschrieben, in den Ablauf der Kläranlage gepumpt wird. Zur gleichen Zeit werden überschüssige Bakterien, z.B. durch den parallel zum Klarwasserheber betriebenen Überschussschlammheber, in geringerer Menge, wegen des geringer dimensionierten Heberrohres oder durch die gedrosselte Luftzufuhr, in die Vorklärung gepumpt.
Nach dieser Klarwasserpumpzeit beginnt der Kläranlagenzyklus wieder mit der Beschickungspumpzeit, in dem der Beschickungsheber das Vorklärwasser, in vo rogrammierter Zeit, in den Reaktor pumpt bzw. fördert. Die Druckluft für den Beschickungsheber, für den Tellerlüfter oder Rohrbelüfter und für den Klarwasser- bzw. Überschuss- Schlammheber wird über einzelne elektromagnetisch betätigte Ventile, entsprechend geschaltet. Diese Ventile werden über einen Druckluftverdichter mit Druckluft versorgt.
Aus diesen Gründen sind die Druckluftheber gemäß dem Stand der Technik so konstruiert, dass dessen Ansaugöffnung unterhalb der Wasseroberfläche liegt und der Abpumpvorgang dann erreicht ist, wenn kein Wasser über die Unterkante der Ansaugöffnung mehr fließen kann. Durch diese Notwendigkeit, um den oberen Klarwasserbereich und nicht den darunter liegenden Bereich der abgesetzten Bakterien abzupumpen, ist es notwendig, das hinter der Ansaugöffnung folgende Ansaugrohr senkrecht nach unten zu führen und über einen U-förmigen 360 Grad Bogen mit dem folgenden senkrecht nach oben führenden Heberrohr zu verbinden. Damit die Auftriebskräfte der in das Heberrohr strömenden Druckluftblasen am größten sind, muss die am Heberrohr seitlich angebrachte Lufteintrittsöffnung so tief wie möglich, aber oberhalb der Rohrkrümmung angebracht sein.
Diese von fast allen Herstellern ausgestalteten Druckluftheber haben den Nachteil, dass das Vorklärwasser beim Befüllen des Reaktors mittels Beschickungsheber, in die Ansaugöffnung des Klarwasserhebers läuft und sich dort schwebende Partikel absetzen können.
Die Verschmutzung des Klarwasserhebers geschieht bei Anlagen gemäß dem Stand der Technik weit aus intensiver im danach folgenden Belüftungsprozess, indem die beim Einschalten des Teller-, Rohr-, Membranbelüfters aufsteigende Luftblasen als erstes das Wasservolumen im Reaktor erhöhen und zum zweiten die abgesetzten Belebtschlammbakterien im Reaktorwasser verwirbeln, so dass diese durch die Volumenerhöhung ebenfalls durch die Ansaugöffnung in das Ansaugrohr des Klarwasserhebers gelangen und sich ebenfalls dort absetzen. Der Belüftungszeitraum im Reaktor einer SBR- Kläranlage dauert oft mehrere Stunden. Der Teller- oder Rohrmembranbelüfter wird daher in diesem Zeitraum im vorgewählten Zyklus ein- und ausgeschalten, so dass zumindest bei jedem Belüftungsbeginn immer wieder Belebtschlammbakterien, wegen der beschriebenen Volumenerhöhung, in den Klarwasserheber gedrückt werden. Da die Belebtschlammbakterien schwerer als Wasser sind, sinken diese im Ansaugrohr nach unten und füllen die Rohrbögen, welche das Ansaugrohr und das Heberrohr miteinander verbinden. Zu Beginn der Klarwasserpumpzeit fördert der Klarwasserheber diese Ablagerungen in den Kläranlagenablauf.
Dies ist in der Praxis leicht zu erkennen, denn die ersten Pumpstöße haben die Farbe der Belebtschlammbakterien. Im weiteren Pumpvorgang ist der Klarwasserheber vom angesaugten Klarwasser so durchspült, dass alle Rohrablagerungen weg gefördert sind und nur noch Klarwasser aus der Klarwasserzone des Reaktors in den Ablauf der Kläranlage gefördert wird.
Nachteilig ist somit bei Anlagen gemäß dem Stand der Technik, dass Belebtschlammbakterien auf diese Art und Weise ständig aus der Kläranlage in den Abfluss gelangen. Dieser so bezeichnete Belebtschlammabtrieb hat zur Folge, dass sich im Reaktor das Belebtschlammvolumen ständig verringert und damit auch die Abwasserreinigungsleistung. Besonders nachteilig ist, wenn sich hinter dem Kläranlagenablauf eine Versickerung befindet, welche durch den Schlammabtrieb langsam verschlammt und unbrauchbar wird.
Das Gleiche gilt, wenn sich hinter dem Kläranlagenablauf ein Vorfluter befindet, welcher durch die Schlammbelastung und der damit verbundenen Sauerstoffreduktion im Wasser des Vorfluters ein biologisches Ungleichgewicht entsteht.
Zur Lösung dieser Nachteile sollte ein Klarwasserheber so konstruiert sein, dass kein Wasser- Belebtschlammgemisch in die Ansaugöffnung eindringen kann, oder das dieser abgesetzte Belebtschlamm vor der Klarwasserpumpzeit aus dem Klarwasserheber weggespült wird und dadurch die Verschlammung von Versickerungen, sowie die Verunreinigung von Gewässern vermieden wird.
In der Praxis und aus Offenlegungsschriften sind einige Lösungsvarianten realisiert bzw. bekannt, welche den geschilderten Nachteilen entgegenwirken sollen.
Gemäß DE 20 2005 019 918 Ul und DE 10 2007 058 177 AI sind bspw. Rückschlagklappen an den Ansaugöffnungen des Klarwasserheberrohres angebracht, um dort die Belebtschlammbakterien nicht eindringen zu lassen.
Langjährige Erfahrungen haben gezeigt, dass die im Abwasser schwimmenden Haare oder ähnliche Teile die beweglichen Klappen oder Ventile so umschlingen, dass die gewünschten Verschlusskräfte nach einiger Zeit nicht mehr wirken oder durch aufwendige Wartungsarbeiten ständig gesäubert werden müssen, was ein großer Nachteil dieser technischen Lösung ist.
In DE 10 2008 038 116 AI und DE 10 2007 049 517 AI wird vorgeschlagen, die partikulären Stoffe und die Belebtschlammbakterien mit Filtervorrichtungen so auszufiltern, dass diese in den Filtern aufgefangen werden und nicht die Kläranlage verlassen können. Hierzu sind Signalvorrichtungen notwendig, welche den Füllstandsgrad des Filters anzeigen, und die notwendige Filterreinigung signalisieren.
Nachteilig an dieser technischen Lösung ist, dass die Belebtschlammbakterien nicht wieder dem Reaktor zugeführt werden, sondern für den Reinigungsprozess verloren gehen. Hinzu kommt, dass die Filtrierung und die Wartung der Filter sehr kostenaufwendig sind.
DE 20 2005 003 588 Ul offenbart eine Kleinkläranlage mit einer Vorklärkammer und einer Nachklärkammer, wobei in jeder Kammer mindestens ein Druckluftheber vorgesehen ist, mit dem unter Luftzufuhr das entsprechende Medium im Sinne eines Anhebens aus der jeweiligen Kammer förderbar ist, wobei die jedem Druckluftheber zugeordnete, an ein Druckluftaggregat angeschlossene Druckluftleitung in einer Hebeleitung angeordnet ist, wobei das Medium durch den zwischen der Außenwandung der Druckluftleitung und der Innenwandung der Hebeleitung, gebildeten Zwischenraum, führbar ist.
DE 24 20 076 AI offenbart eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Eintrag von Sauerstoff in Abwässer unter erhöhtem, hydrostatischen Druck, wobei ein Gaseinlass im unteren Teil eines Schachtes angeordnet ist, und ein Flüssigkeitseinlass sowie ein Flüssigkeitsauslass an einem über dem Schacht angeordneten, mit diesem verbundenen Reservoir angeordnet ist.
Weitere Lösungsvorschläge werden bspw. in DE 10 2007 058 177 AI, DE 10 2008 020 938 AI und in EP 1 582 263 Bl offenbart.
Gemäß diesen Lösungsvorschlägen wird versucht, durch Strömungs- und Ableitvorrichtungen an der Ansaugstelle des Klarwasserhebers das Eindringen von Belebtschlamm während der Belüftung im Reaktor zu verhindern. Durch bestimmte Rohranordnungen wird dabei versucht, dass während der Belüftung strömende Wasser - Belebtschlammgemisch von der direkten Ansaugöffnung des Saugrohres vom Klarwasserheber fernzuhalten, oder sich in einer Art Pufferrohr beruhigen zu lassen.
Bei diesen Lösungsvorschlägen wird jedoch nicht berücksichtigt, dass eine Volumenerhöhung am Anfang jeder Belüftung entsteht. Die Volumenerhöhung bewirkt einen Überdruck gegenüber dem beidseitigen offenen Klarwasserheberrohr und versucht sich in diesem auszugleichen. Folglich fließt also in jedem Fall bei jedem Belüftungsanfang das Wasser- Belebtschlammgemisch in die Ansaugöffnung des Klarwasserhebers, um sich am Boden des U- förmigen 360 Grad- Bogens abzusetzen. Somit reduzieren die in DE 10 2007 058 177 AI, DE 10 2008 020 938 AI und in EP 1 582 263 Bl beschrieben Maßnahmen nur den Belebtschlammabtrieb.
DE 100 57 378 B4 offenbart eine elektrische Unterwasserpumpe als Klarwasserpumpe, welche das Klarwasser aus dem Klarwasserbereich in den Ablauf der Kläranlage pumpen soll.
Belebtschlammablagerungen, aus dem zuvor stattgefundenen Belüftungszyklus, welche in der Pumpe auftreten, werden gemäß dieser technischen Lösung durch ein oder mehrere Pumpenstöße beseitigt. Es wird also kurzzeitig Wasser in das ausgangsseitige Steigrohr gepumpt, damit dieses im freien Fall durch die Pumpe strömt und den dort liegenden Belebtschlamm mitreißt und in den Reaktor fließen lässt. Diese gute Funktionsweise einer hydraulischen Spülung ist aber bei gleicher Anwendung im druckluftbetriebenen Klarwasserheber wegen des unten geschlossenen 360 Grad förmigen U-Bogens nicht möglich. In Tests wurde versucht, diese hydraulische Rückspülung am Klarwasserheber praktisch durchzuführen. Durch einen kurzzeitigen Druckluftstoß wurde dabei die Wassersäule im Heberrohr angehoben. Das dafür notwendige nachströmende Wasser war gering, da die Volumenerhöhung im Steigrohr, zum größten Teil von den eingeströmten Luftblasen herrührt. Die herab fallende Wassersäule, muss sich erst von den aufsteigenden Luftblasen trennen und hat deswegen nicht die erforderliche Geschwindigkeit, um den Belebtschlamm in den U-förmigen Rohrteil so mitzunehmen, dass diese aufsteigend bis zur Ansaugöffnung gelangt, um dort in das Reaktorwasser zu gelangen. Der Vorgang wurde wiederholt mit einem oberhalb vom Auslauf des Heberrohres angebrachten Pufferbehälter. Beim Betätigen des Klarwasserhebers wird also dieser erst mit Wasser befüllt, ehe das Klarwasser seitlich aus diesem ablaufen kann. Um einen Spülstoß zu erzeugen, wird der Klarwasserheber kurzzeitig so lange eingeschaltet, bis der Pufferbehälter gefüllt ist und noch nicht überläuft. Beim ausschalten des Klarwasserhebers strömt das Wasser aus dem Pufferbehälter in den Heber zurück und drückt die gepufferte Wassermenge durch die Ansaugöffnung in den Reaktor zurück. Der so ausgespülte Belebtschlammanteil ist gering und entspricht nur der Menge des Klarwasser - Belebtschlammgemisches des Volumens vom Pufferbehälter. Der Pufferbehälter kann und darf nicht zu groß gewählt werden, weil dessen Wassergegendruck die Förderhöhe und die Förderleistung des Klarwasserhebers stark reduziert. Außerdem reicht die Strömungsgeschwindigkeit des zurückfließenden Wassers nicht aus, um die Belebtschlammablagerungen am Boden des U- förmigen Rohrbogens mitzureißen.
Die zuvor beschriebene hydraulische Rückspülung der Belebtschlammbakterien ist demzufolge nicht zufrieden stellend.
EP 2 743 515 A2 offenbart einen Klarwasserheber, bei dem am Ansaugrohr ein Ansaugstutzen als invertierte Siphonvorrichtung ausgebildet ist, die einer invertierten U- oder V-Krümmung aufweist und in einem Tauchrohrstutzen mit Ansaugöffnung übergeht. Im Betriebszustand befindet sich in diesem Ansaugstutzen eine Luftblase, welche den Wassereintritt nur bei großen Druckunterschieden erfolgen lässt, aber nicht verhindert.
Gemäß der Offenbarung von DE 10 2011 122 695 AI erfolgt eine hydraulische und pneumatische Rückspülung im Klarwasserheber, wobei die Belebtschlammpartikel, welche sich im Klarwasserheber befinden, spätestens durch das Wasser im Mittelwandhohlkörper so verdrängt werden, dass diese durch die Ansaugöffnung des Klarwasserhebers zurück in den Reaktor gespült werden.
Nachteilig bei den beiden letztgenannten technischen Lösungen ist, dass der Sekundengenaue Zeittackt zur Rückspülung durch die elektrische, pneumatische und hydraulische Zeitkette von vielen ungewollten Variablen beeinflusst wird. Darüber hinaus ist nachteilig, dass der erforderliche sekundengenaue Rückspülvorgang nach langen Betriebszeiten des Druckluftklarwasserhebers nicht mehr gewährleistet ist, da der vom Druckluftverdichter erzeugt Druck altersbedingt stetig nachlässt.
Es wäre somit von Vorteil, wenn ein Klarwasserheber so konstruiert ist, dass dieser vor der Klarwasserförderung in der Art gespült wird, dass das mit Belebtschlammbakterien durchmischte Spülwasser direkt in das Reaktorwasser zurückfliest.
Gemäß EP 2 641 876 AI kann dies wie folgt relativ aufwändig praktiziert werden:
Wenn die Druckluft in den Klarwasserheber einströmt, wird das erste geförderte, mit Belebtschlamm durchmischte Wasser, kurzzeitig in einem extra dafür angebrachten Behälter gefördert. Durch eine Bodenöffnung am Behälter fließt es durch einen offenen Schwimmermechanismus in die Vorklärung und erfüllt so die Überschussschlammfunktion. Wenn dieser Vorgang mehrmals wiederholt wird, ist der Klarwasserheber gereinigt. Im folgenden Dauerbetrieb schließt sich die Schwimmeröffnung am Boden des Behälters und das geförderte Klarwasser fließt durch den Behälter in den Ablauf der Kläranlage. Der Wasserstand im Behälter wird durch einen Schwimmerschalter überwacht.
Nachteilig bei dieser technischen Lösung ist, dass durch Verunreinigungen die Schwimmerkombination am Behälter nicht funktioniert. Wenn diese Schwimmermechanik gestört / blockiert wird, kann das kurzzeitig geförderte Belebtschlamm- Wasser-Gemisch nicht zurück in die Vorklärung fließen, fließt folglich in den Ablauf, oder bei der folgenden Klarwasserförderung fließt das Klarwasser als Teilstrom in die Vorklärung zurück.
Eine Störung am mechanischen Schwimmermechanismus führt entweder zur Verschmutzung am Ablauf der Kläranlage, oder zur Überstauung in der Kläranlage.
Nachteilig ist darüber hinaus auch, dass ein Schwimmerschalter, als Störquelle, im Behälter notwendig ist, um den Betriebszustand der Kläranlage zu erfassen. Darüber hinaus offenbart die DE 10 2014 015 488 A1 einen zweifunktionalen Druckluftheber. Dieser umfasst:
• ein senkrechtes, oben offenes Ansaugrohr mit einer Ansaugöffnung in seiner Wand und zwei senkrechten, parallel zueinander verlaufenden Druckluftheberrohren in Form eines Überschussschlammheberrohrs und eines Klarwasserheberrohrs, wobei das Ansaugrohr und die zwei Druckluftheberrohre unten in einen gemeinsamen Verbindungsraum in Form eines Verbindungsrohres münden,
• eine Druckluftleitung, welche mit einem Druckluftverdichter verbindbar ist, mit einer Lufteintrittsöffnung, welche an der Verbindungsstelle des Überschussschlammheberrohrs, des Klarwasserheberrohrs und des Verbindungsrohrs angebracht ist, wobei das Überschussschlammheberrohr oben offen ist und seitlich oberhalb der maximalen Wasserhöhe in das Reaktorwasser, in die Vorklärung der Kläranlage, in einen Schlammbehälter, in eine Filtertasse / Filtersack oder in einen schlammstabilisierenden Komposter einleitbar und das Klarwasserheberrohr oben offen und seitlich in den Kläranlagenabfluss einleitbar ist,
• eine Steuerung, welche den Druckluftverdichter ein- und ausschalten lässt,
• wobei das Klarwasserheberrohr im oberen Bereich in seinem Durchmesser erweitert ist und als Wasserpuffer dient und die Ansaugöffnung einen nach unten abgewinkelten offenen Rohrstutzen besitzt, welcher in der Wand des Ansaugrohres in der Höhe der Klarwasserzone des Reaktorwassers anbringbar ist, in dem dieses einteilige Rohrsystem im Reaktorwasser einer biologischen Kläranlage fest montierbar ist.
Der Nachteil dieser technischen Lösung besteht darin, dass zum Betätigen des zweifunktionalen Drucklufthebers eine Steuerung vorgesehen ist, welche den Druckluftverdichter in kurzen Zeitabständen andauernd ein- und ausschalten lässt, um dessen Funktionalität zu erzielen. Durch die dabei auftretenden sehr kurzen Schaltzeiten und die sehr hohen Frequenzen des Ein- und Ausschalten des Druckluftverdichters verschleißt dieser in recht kurzer Zeit und es kommt dadurch zum Ausfall des Druckluftverdichters, was zu Standzeiten der gesamten Kläranlage und somit zum Fehlverlauf der biologischen Klärung führt. Weiterhin ist von Nachteil, dass auch bei dieser technischen Lösung die sekundengenauen Einschaltzeiten mit zunehmendem Verschleiß des Druckluftverdichters nicht mehr eingehalten werden können.
Das deutsche Gebrauchsmuster DE 20 2015 105 725 Ul offenbart einen dreifunktionalen Druckluftheber, welcher zwei parallel zueinander stehende Heberrohre mit einem gemeinsamen Ansaugrohr aufweist. Mit dem Überschussschlammheberrohr werden hierbei zuerst die Sedimente im Rohrsystem weggefördert, um danach folgend mit dem Klarwasserheberrohr das Klarwasser abpumpen zu können.
Der Nachteil dieser technischen Lösung besteht darin, dass der Belebtschlamm mit einem langen Heberrohr erst nach oben gefördert wird, anstatt diesen direkt in den Reaktor zurückzuspülen.
Dieser Nachteil liegt darin begründet, dass nur während der Belüftungsphase das Wasser-Belebtschlammgemisch als Überschussschlammfunktion weggefördert wird und nur so die Belebtschlammkonzentration verringert werden kann.
Der Abzug des überschüssigen Belebtschlammes während der Klarwasserabzugsphase ist dabei nicht möglich, weil nur ein Ansaugrohr für das Klarwasser vorhanden ist. - Wenn es technisch möglich ist, sollte aber immer der Überschussschlamm während oder nach Klarwasserabsetzphase in einer festgelegten Höhe abgepumpt werden, weil nur dann eine in der Höhe sedimentierte Belebtschlammschicht immer gleichbleibend erzeugt werden kann.
Um mit einer konstanten Belebtschlammkonzentration arbeiten zu können, muss also auch der aus dem Klarwasserheber herausgespülte Belebtschlamm auf kürzesten Wege in das Reaktorwasser eingeleitet werden, damit die sedimentierte Belebtschlammschichthöhe in der Klarwasserphase das bestimmende Element für die Reinigungsleistung der biologischen Kläranlage ist.
Zusammenfassen ist hinsichtlich des Standes der Technik festzustellen, dass die Grundursache für die Entstehung der Ablagerungen im Klarwasserdruckluftheber darin zu sehen ist, dass die beim Einschalten der Belüftung des Reaktors entstehende Volumenerhöhung den Wasserstand ansteigen lässt und dadurch natürlich auch das Wasser- Belebtschlammgemisch in die Ansaugöffnung des Klarwasserhebers einströmt und den Wasserstand in dem offenen Ansaugrohr und im Heberrohr anhebt.
Diese in den Klarwasserdruckluftheber geflossene Wasser- Belebtschlammmenge sedimentiert dort aus und füllt das U-förmige Verbindungsrohr zwischen Ansaugrohr und Heberrohr mit diesen Ablagerungen aus. Da die Belüftung ständig in Intervallen ein- und ausgeschalten wird, wiederholt sich dieser Vorgang sehr oft und lässt die Menge dieser Verunreinigungen im Zeittakt der Belüftungsintervalle ansteigen.
Jedes Mal wenn der Druckluftverdichter ausgeschaltet wird, fließt die zuvor in die Ansaugöffnung eingeströmte Wassermenge dann wieder zurück in den Reaktor, aber die zwischenzeitlich aussedimentierten Belebtschlammanteile verbleiben jedes Mal im U-förmigen Verbindungsrohr des Klarwasserhebers.
Die Menge der Verunreinigungen im Klarwasserdruckluftheber steigt um das Vielfache noch schneller an, wenn während dem Zeitpunkt der Belüftung des Reaktorwassers dieser mit Rohabwasser befüllt wird.
Dabei erhöht sich das Volumen des Reaktors, die Wasserhöhe steigt schnell an. Die Wasserstände im Klarwasserheber steigen um den gleichen Betrag an. Das neu in den Klarwasserheber eingeflossene Wasser verbleibt dort, aber die Belebtschlammverunreinigungen sedimentieren nach unten aus und verbleiben im Klarwas serdruckluftheber .
Alle durch den Stand der Technik offenbarten Verfahren weisen dieses Problem auf und lösen es nur teilweise, ungenügend oder nur mit hohen technischen Aufwand.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einem gegenüber den vorbekannten Stand der Technik verbesserten Druckluftklarwasserheber für biologische Kläranlagen anzugeben, welcher das Wasser- Belebtschlammgemisch so handhabt, dass keine Verunreinigungen während der Volumenerhöhung beim Belüftungsvorgang in die Ansaugöffnung des Druckluftklarwasserhebers einströmen können.
Der Erfindung liegt darüber hinaus die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Druckluftklarwasserhebers in biologischen Kläranlagen anzugeben.
Des Weiteren besteht die Aufgabe der Erfindung darin, Verwendungsmöglichkeiten durch eine gezielte Kombination des Klarwasserhebers mit anderen Bauelementen in biologischen Kläranlagen anzugeben.
Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch einen Gegenstand gemäß Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 7 und eine Verwendung gemäß Anspruch 9 gelöst. Weitere günstige Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung sind in den nachgeordneten Patentansprüchen angegeben.
Der Druckluftklarwasserheber umfasst ein Heberrohr mit einer Ansaugöffnung im oberen freien Ende des Rohres oberhalb des maximalen Wasserspiegels und ein Ansaugrohr mit seiner Rohrentlüftungsöffnung im oberen freien Ende des Rohres, welche oberhalb des maximalen Wasserspiegels endet.
Das Ansaugrohr hat seitlich eine Ansaugöffnung, welche sich in der Höhe des minimalen Wasserstandes befindet. Das Heberrohr und das Ansaugrohr gehen an ihren jeweils unteren freien Ende in ein Verbindungsrohr über, so dass sie über dieses Verbindungsrohr miteinander U-förmig, flüssigkeitsleitend, hydraulisch dicht verbunden sind.
In unmittelbarer Nähe dieser U-förmigen Verbindung ist im unteren Bereich des Heberrohrs gemäß dem Stand der Technik in der Wand des Rohres eine Lüfteintrittsöffnung in Form eines Durchgangsloches mit Luftschauchanschlussstelle angeordnet, durch welche Druckluft gezielt einströmbar ist.
Darüber hinaus und für die Funktionsweise des Druckluftklarwasserhebers wesentlich, ist in unmittelbarer Nähe der U- förmigen Verbindung im unteren Bereich des Ansaugrohrs in der Wand des Rohres ebenfalls eine Lüfteintrittsöffnung in Form eines Durchgangsloches mit Luftschauchanschlussstelle angeordnet, durch welche ebenfalls Druckluft gezielt einströmbar ist.
Der Druckluftklarwasserheber ist für biologische Kläranlagen (Reaktoren) ausgeführt. Dazu mündet das Heberrohr (bei seiner bestimmungsgemäßen Verwendung) oberhalb der maximalen Reaktorwasserhöhe von unten wasserdicht in ein Probenahmegefäß, welches seitlich ein offenes Abflussrohr zum Kläranlagenablauf hin aufweist.
Wesentlich bei diesem Druckluftklarwasserheber ist, dass an der Ansaugöffnung formschlüssig dicht ein nach unten offener Pufferbehälter oder ein Pufferrohr angeordnet ist, welcher /welches in Richtung der U-förmigen Verbindung von Ansaug- und Heberrohr offen ist.
Dieser Pufferbehälter oder dieses Pufferrohr muss in seinen Volumen gleich oder größer der Menge sein, welche beim Befüllen des Reaktors zwischen dem minimalen Wasserstand und dem maximalen Wasserstand in den Druckluftklarwasserheber einströmen kann.
Hintergrund dieser technischen Lösung ist es, dass der Inhalt im Pufferrohr aussedimentiertes Reaktorwasser ist und bei einer Volumenerhöhung durch die Belüftung oder durch eine Volumenerhöhung bei der Befüllung des Reaktors nur dieses sedimentierte Wasser im Pufferrohr in die Ansaugöffnung des Druckluftklarwasserhebers einströmt und sich Verunreinigungen schon vorher in dem in Richtung der U-förmigen Verbindung von Ansaug- und Heberrohr unten offenen Pufferbehälter oder Pufferrohr nach unten in den Reaktor absetzen können.
Damit der Pufferbehälter oder das Pufferrohr in seinem Volumen nicht zu groß dimensioniert werden muss, ist das Ansaugrohr des Druckluftklarwasserhebers oberhalb der Ansaugöffnung sehr dünn ausgeführt.
Der technische Hintergrund dabei ist, das Volumen im Klarwasserheber zu verringern, so dass bei einer Volumenerhöhung im Reaktor das in den Klarwasserheber nachströmende Pufferwasser im Wesentlichen nur in das Heberrohr strömt und nur dort der Wasserspiegel wie im Reaktor ansteigt.
Dabei erfüllt das oberhalb der Ansaugöffnung sehr dünn ausgeführte Ansaugrohr eine Entlüftungsfunktion, wobei dieses oberhalb der Ansaugöffnung sehr dünn ausgeführte Ansaugrohr auch durch ein dünnes Entlüftungsröhrchen oder durch einen dünnen Entlüftungs schlauch ersetzt werden kann, welches ebenfalls die Entlüftungsfunktion generiert.
Wesentlich ist darüber hinaus, dass der/das in Richtung der U-förmigen Verbindung von Ansaug- und Heberrohr unten offenen Pufferbehälter / Pufferrohr vor aufsteigenden Luftblasen geschützt ist. Aus diesem Grund muss unterhalb der Pufferbehälter-/Pufferrohröffnung ein Blasenschutz in Form einer Ableitschräge, bspw. ein planares Ableitblech mit durchgehender Oberfläche, als Schutz vor Luftblasen angeordnet sein, welche aufsteigende Belüftungsblasen ablenkt und die während der Klarwasserabsetzphase aussedimentierenden Belebtschlammbestandteile auf ihrer glatten Oberfläche abrutschen lässt, und diese dadurch zurück in das Reaktorwasser befördert, in welchem sie weiter absinken.
Ohne diesen Blasenschutz würde das bei der Belüftung aufgewirbelte Belebtschlamm- Wassergemisch im dem Pufferbehälter/Pufferrohr Turbulenzen erzeugen und sich das dort aussedimentierte Klarwasser mit dem Belebtschlamm- Wassergemisch im Druckluftklarwasserheber vermischen. Vorteilhaft ist es, den unten offenen Pufferbehälter/Pufferrohr mit einer oder mehreren vertikal, d.h. parallel zum Ansaugrohr verlaufende Trennwänden zu unterteilen. Diese zusätzlichen Trennwände unterdrücken Verwirbelungen im Inneren des Pufferbehälters, insbesondere wenn sich ein Rohrbelüfter im Reaktor in unmittelbarer Nähe unterhalb des Pufferrohres befindet.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die oberhalb des Pufferbehälters/Pufferrohrs befindlichen Druckluftklarwas serheberteile, so an geschrägt sind (d.h. in einem Winkel gegenüber Heber- und dem Ansaugrohr verlaufen), dass sich dort keine Belebtschlammbakterien absetzen können. Das bedeutet auch, dass die vertikal stehenden Mittelwände im Pufferrohr an ihrem oberen, dem oberhalb der Ansaugöffnung sehr dünn ausgeführte Ansaugrohr zugewandten Seite entsprechend abgeschrägt sind.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand des Ausführungsbeispiels und der Figuren näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines
Druckluftklarwasserhebers gemäß dem Stand der Technik und
Fig. 2: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckluftklarwasserhebers.
Die Fig. 1 zeigt einen Druckluftklarwasserheber umfassend ein Heberrohr (1) mit einer Ausgangsöffnung (2) im oberen freien Ende des Rohres oberhalb des maximalen Wasserstandes (3) und ein Ansaugrohr (4) mit seiner Rohrentlüftungsöffnung (5) im oberen freien Ende des Rohres, welches oberhalb des maximalen Wasserstandes (3) endet.
Das Ansaugrohr (4) verfügt seitlich eine Ansaugöffnung (6) welche sich mit seiner Unterkante in der Höhe des minimalen Wasserstandes (7) befindet. Das Heberrohr (1) und das Ansaugrohr (4) gehen an ihrem jeweils unteren freien Ende in ein U-förmiges Verbindungsrohr (8) über, so dass sie über dieses Verbindungsrohr miteinander flüssigkeitsleitend, hydraulisch direkt verbunden sind.
In unmittelbarer Nähe dieses U-förmigen Verbindungsrohres ist im unteren Bereich des Heberrohres (1) eine Lufteintrittsöffnung (9) in Form eines Durchgangsloches mit einer Luftschlauchanschlussstelle angeordnet, durch welche Druckluft aus einen Drucklufterzeuger (10) gezielt einströmbar ist.
Der Druckluftklarwasserheber ist für biologische Kläranlagen im Reaktorbehälter (11) ausgeführt. Dazu mündet das Heberrohr (1) bei seiner bestimmungsgemäßen Verwendung oberhalb des maximalen Wasserstandes (3) wasserdicht in ein Probenahmegefäß (12), welches seitlich in offenes Abflussrohr zum Kläranlagenablauf (13) hin aufweist.
Nachteilig bei diesem Druckluftklarwasserheber ist, dass bei einer Volumenerhöhung des Reaktorwassers (14) dessen Wasserstandshöhe ansteigt und diese sich im Ansaugrohr (4) und im Heberrohr (1) durch einströmen in die Ansaugöffnung (6) höhenmäßig ausgleicht, dass die im nachströmenden Reaktorwasser (14) beinhaltenden Verunreinigungen im Heberrohr (1) und im Ansaugrohr (4) aussedimentieren, nach unten absinken und beide Rohre sowie das U-förmige Verbindungsrohr (8) mit Verunreinigungen, insbesondere mit Belebtschlammbakterien, füllen.
Besonders von Nachteil ist es, wenn der in Fig. 1 dargestellte Drucklufterzeuger (10) des Druckluftklarwasserhebers zum Zweck des Klarwasserabzugs von der Steuerung (16) eingeschalten wird und die Druckluft durch das entsprechende Schaltventil, durch den Druckluftschlauch (15) in die Lufteintrittsöffnung (9) einströmt und die Wasserförderung am Klarwasserdruckluftheber beginnt und auch die Verunreinigungen als erstes mit in den Kläranlagenablauf (13) fördert und die danach folgende Versickerung verstopft wird. Fig. 2 zeigt einen gegenüber Fig. 1 im Wesentlichen baugleichen Druckluftklarwasserheber, welcher jedoch die folgenden technischen Besonderheiten / Abänderungen aufweist:
An der Ansaugöffnung (6) ist formschlüssig und dicht ein nach unten offener Pufferbehälter oder ein Pufferrohr (17) angeordnet, dessen Volumen gleich oder größer der Reaktorwassermenge (14) ist, welche beim Befüllen des Reaktorbehälters (11) zwischen den minimalen Wasserstand (7) und den maximalen Wasserstand (3) durch den entstehenden Druckausgleich in die Ansaugöffnung (6) des Klarwasserdrucklufthebers einströmen kann.
Der technische Hintergrund dieser Lösung ist, dass der Inhalt im Pufferbehälter oder Pufferrohr (17) aussedimentiertes Reaktorwasser (14) aus der Klarwasserzone des Reaktorbehälters (11) ist und bei einer Volumenerhöhung entweder durch die einsetzende intervallmäßige Belüftung oder durch die Befüllung des Reaktorbehälters (11) nur dieses aussedimentierte Klarwasser im Pufferrohr (17) in die Ansaugöffnung (6) des Klarwasserhebers einströmen kann und Verunreinigungen schon vorher in den unten offenen Pufferrohr (17) sich abgesetzt haben.
Damit das Pufferrohr (17) in seinem Volumen nicht zu groß zu dimensionieren ist, muss das Ansaugrohr (4) oberhalb der Ansaugöffnung (6) sehr dünn ausgeführt sein.
Der technische Hintergrund dieser Lösung ist, das Gesamtvolumen im Klarwasserheber dadurch so zu verringern, dass bei einer Volumenerhöhung im Reaktorbehälter (11) das in den Klarwasserheber nachströmende Pufferwasser im Wesentlichen nur das Wasser im Heberrohr in seinem Volumen und in seiner Wasserstandshöhe sich mit der Wasserstandshöhe im Reaktorbehälter (11) ausgleicht.
Aus diesem Grund muss das Ansaugrohr (4), welches sich oberhalb der Ansaugöffnung (6) befindet, in ein sehr dünn ausgeführtes Entlüftungsrohr (18) übergehen, welches eine Entlüftungsfunktion hat und auch durch ein dünnes Entlüftungsröhrchen oder durch einen dünnen Entlüftungs schlauch ersetzt werden kann. Das Verhältnis Entlüftungsrohr (18) zum Heberrohr (1) beträgt dabei vorteilhaft etwa 1 :4.
Damit der Klarwasserinhalt des Pufferrohrs (17) während der Belüftungsphase vor aufsteigenden Luftblasen und den damit verbundenen Verwirbelungen mit dem Belebtschlamm- Wassergemisch geschützt ist, muss unterhalb der Pufferbehälteröffnung (19) eine Ableitschräge (20) als Blasenschutz angebracht sein.
Die Ableitschräge (20) ist dabei schräg mit einem gegenüber dem Ansaugrohr (4) spitzen Winkel mit Spitze in Richtung des Entlüftungsrohres (18) angeordnet, damit die Belüftungsblasen von der Pufferbehälteröffnung (19) abgelenkt werden und die während der Klarwasserabsetzphase aussedimentierten Belebtschlammpartikel auf der schrägen Oberfläche abrutschen und nach unten sinken können, ohne dass diese bei der anschließenden Klarwasserförderung als Verunreinigungen angesaugt werden.
Wenn sich der Rohrbelüfter (22) im Reaktorbehälter (11) in unmittelbarer Nähe des Pufferrohrs (17) befindet, ist es von Vorteil, die Pufferbehälteröffnung (19) in kleinere Segmente in Form von senkrecht stehenden Trennwänden (21) zu unterteilen, damit die erzeugten Wasserströmungen an der Pufferbehälteröffnung (19) unterbrochen werden. Wichtig dabei ist, dass die Trennwände (21) oben abgeschrägt sind und sich dadurch keine Belebtschlammbakterien an diesem Ort absetzen können.
Bezugszeichenliste
1 - Heberrohr
2 - Ausgangsöffnung
3 - maximaler Wasserstand
4 - Ansaugrohr
5 - Rohrentlüftungsöffnung
6 - Ansaugöffnung
7 - minimaler Wasserstand
8 - U-förmiges Verbindungsrohr
9 - Lufteintrittsöffnung
10 - Drucklufterzeuger
11 - Reaktorbehälter
12 - Probenahmegefäß
13 - Kläranlagenablauf
14 - Reaktorwasser
15 - Druckluftleitung
16 - Steuerung
17 - Pufferrohr
18 - Entlüftungsrohr
19 - Pufferbehälteröffnung
20 - Ableitschräge
21 - Trennwände
22 - Rohrbelüfter
23 - Verunreinigungen

Claims

Patentansprüche
1. Druckluftklarwasserheber umfassend ein Heberrohr (1) mit einer Ausgangsöffnung (2) im oberen freien Ende des Rohres oberhalb des maximalen Wasserstandes (3) und ein Ansaugrohr (4) mit seiner Rohrentlüftungsöffnung (5) im oberen freien Ende des Rohres, welches oberhalb des maximalen Wasserstandes (3) endet, wobei
- das Ansaugrohr (4) seitlich eine Ansaugöffnung (6) aufweist, welche sich mit seiner Unterkante in der Höhe des minimalen Wasserstandes (7) befindet,
- das Heberrohr (1) und das Ansaugrohr (4) an ihrem jeweils unteren freien Ende in ein U-förmiges Verbindungsrohr (8) übergehen, so dass sie über dieses Verbindungsrohr miteinander flüssigkeitsleitend, hydraulisch direkt verbunden sind und
- in unmittelbarer Nähe dieses U-förmigen Verbindungsrohres im unteren Bereich des Heberrohres (1) eine Lufteintrittsöffnung (9) in Form eines Durchgangsloches mit einer Luftschlauchanschlussstelle angeordnet ist, durch welche Druckluft aus einen Drucklufterzeuger (10) gezielt einströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
• an die Ansaugöffnung (6) formschlüssig und dicht ein offener Pufferbehälter oder ein Pufferrohr (17) angeordnet ist, welcher / welches in Richtung der U-förmigen Verbindung von Ansaugrohr (4) und Heberrohr (1) offen ist und dessen Volumen gleich oder größer einer Reaktorwassermenge (14) ist, welche beim Befüllen des Reaktorbehälters (11) zwischen dem minimalen Wasserstand (7) und dem maximalen Wasserstand (3) durch den entstehenden Druckausgleich in die Ansaugöffnung (6) des Druckluftklarwasserhebers einströmen kann,
• das Ansaugrohr (4) oberhalb der Ansaugöffnung (6) sehr dünn ausgeführt ist, in dem das Ansaugrohr (4) in ein sehr dünn ausgeführtes Entlüftungsrohr (18) übergeht,
• und sich unterhalb der Pufferbehälteröffnung (19) eine Ableitschräge (20) als Blasenschutz befindet, wobei die Ableitschräge (20) schräg mit einem gegenüber dem Ansaugrohr (4) spitzen Winkel mit Spitze in Richtung des Entlüftungsrohres (18) angeordnet ist.
2. Druckluftklarwasserheber gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Entlüftungsrohr (18) zu Heberrohr (1) etwa 1 :4 beträgt.
3. Druckluftklarwasserheber gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitschräge (20) schräg mit einem gegenüber dem Ansaugrohr (4) spitzen Winkel mit Spitze in Richtung des Entlüftungsrohres (18) angeordnet ist.
4. Druckluftklarwasserheber gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die oberhalb des Pufferbehälters/Pufferrohrs (17) befindlichen Druckluftklarwasser- heberteile in einem Winkel gegenüber dem Ansaugrohr (4) verlaufen, in dem die Ansaugöffnung (6) in einem spitzen Winkel zwischen Ansaugrohr (4) und Entlüftungsrohr (18) einmündet.
5. Druckluftklarwasserheber gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Pufferbehälteröffnung (19) kleinere Segmente in Form von senkrecht stehenden Trennwänden (21) zur Unterteilung angeordnet sind, welche in Richtung der Ansaugöffnung (6) abgeschrägt sind.
6. Druckluftklarwasserheber gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlüftungsrohr (18) durch ein Entlüftungsröhrchen oder durch einen dünnen Entlüftungs schlauch ersetzt ist.
7. Druckluftklarwasserheber gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des maximalen Wasserstandes (3) wasserdicht in ein Probenahmegefäß (12) angeordnet ist, welches seitlich in offenes Abflussrohr zum Kläranlagenablauf (13) hin mündet.
8. Verfahren zum Betreiben eines Druckluftklarwasserhebers gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 7 bei dem durch die Steuerung (16) der Drucklufterzeuger (10) des Druckluftklarwasserhebers zum Zweck des Klarwasserabzugs eingeschalten wird und die Druckluft durch das entsprechende Schaltventil geregelt durch den Druckluftschlauch (15) in die Lufteintrittsöffnung (9) einströmt und die Wasserförderung am Druckluftklarwasserhebers beginnt, wobei
• der Inhalt im Puffergefäß / Pufferrohr (17) aussedimentiertes Reaktorwasser (14) ist und bei einer Volumenerhöhung durch die Belüftung oder durch eine Volumenerhöhung bei der Befüllung des Reaktors (11) nur dieses sedimentierte Wasser im Puffergefäß / Pufferrohr (17) in die Ansaugöffnung (6) des Druckluftklarwasserhebers einströmt und sich Verunreinigungen schon vorher in dem in Richtung der U- förmigen Verbindung von Ansaug (4)- und Heberrohr (1) unten offenen Puffergefäß / Pufferrohr (17) nach unten in den Reaktor (11) absetzen können.
• durch die unterhalb der Pufferbehälteröffnung (19) befindliche Ableitschräge (20) der Klarwasserinhalt des Pufferrohrs (17) während der Belüftungsphase vor aufsteigenden Luftblasen und den damit verbundenen Verwirbelungen mit dem Belebtschlamm- Wassergemisch geschützt wird, in dem die Belüftungsblasen von der Pufferbehälteröffnung (19) abgelenkt werden und die während der Klarwasserabsetzphase aussedimentierten Belebtschlammpartikel auf der schrägen Oberfläche der Ableitschräge (20) abrutschen und nach unten sinken, ohne dass diese bei der anschließenden Klarwasserförderung als Verunreinigungen angesaugt werden, so dass der Inhalt im Pufferrohr (17) aussedimentiertes Reaktorwasser (14) aus der Klarwasserzone des Reaktorbehälters (11) ist und bei einer Volumenerhöhung entweder durch die einsetzende intervallmäßige Belüftung oder durch die Befüllung des Reaktorbehälters (11) nur dieses aus sedimentierte Klarwasser im Pufferrohr (17) in die Ansaugöffnung (6) des Klarwasserhebers einströmt und sich Verunreinigungen schon vorher in den unten offenen Pufferrohr (17) abgesetzt haben.
9. Verwendung des Druckluftklarwasserhebers gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 7 in einer biologische Kläranlage, wobei das Heberrohr (1) bei seiner bestimmungsgemäßen Verwendung oberhalb der maximalen Reaktorwasserhöhe von unten wasserdicht in ein Probenahmegefäß (12) mündet, welches seitlich ein offenes Abflussrohr zum Kläranlagenablauf (13) hin aufweist.
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