DE4041241A1 - Anlage zur biologischen behandlung von abwasser in einem pflanzenbecken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur biologischen Behandlung von Abwasser gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Verfahren und Anlagen zur Reinigung von Abwässern mit Hilfe von Wasser- oder Sumpfpflanzen in abgedichteten Erdbecken sind seit den grundlegenden Arbeiten von K. Seidel (1964) und R. Kickuth (1971) bekannt. Auch wenn inzwischen durch zahlreiche Verfah­ rensvarianten Verbesserungen an den originären Lösungen ange­ strebt wurden, rechnen Pflanzenkläranlagen bisher nicht zu den "allgemein anerkannten Regeln der Technik" (K. Bucksteeg in: Pflanzenkläranlagen - Bau und Betrieb von Anlagen zur Wasser- und Abwasserreinigung mit Hilfe von Wasserpflanzen. U. Pfriemer Verlag, Wiesbaden u. Berlin, o. J., S. 17). "Bei allen in Be­ trieb befindlichen Anlagen erweist sich die hydraulische Funk­ tion als größtes ungelöstes Problem" (H. Kraft, a.a.O., S. 28).

In ihrer ursprünglichen Ausbildung waren die Pflanzenkläranla­ gen für einen horizontalen Abwasserdurchfluß innerhalb des den Wurzelraum der Pflanzen umgebenden Bodenkörpers ausgelegt. Es wurde jedoch beobachtet, daß das Abwasser auch auf dem Wege des geringsten Widerstandes teilweise oberirdisch in Rinnsalen ab­ fließen kann, wodurch der Reinigungseffekt gemindert wird (W. Ebeling, a.a.O., S. 84). Diese Erfahrung hat u. a. dazu geführt, daß mehrfach Pflanzenbecken zur Abwasserreinigung mit vertikaler Strömungsrichtung vorgeschlagen worden sind (AS DE 12 46 598, PS DE 37 12 419). In OS DE 32 44 787 wird eine Pflanzenkläranla­ ge beschrieben, worin das Abwasser in mehreren terrassenförmig angeordneten Becken im Wechsel von oben nach unten und umgekehrt die separaten Becken durchströmt. Neben einem hohen Bauaufwand für die in Massivbauweise herzustellenden Becken und für die Rohrleitungen ist hier der auftretende große Gefälleverlust in der Gesamtanlage nachteilig, der diese Lösung bei flacher Gelän­ degestaltung entweder ganz ausschließt oder nur mit hohem Bau­ aufwand für die Terrassierung und dauernden Förderkosten infol­ ge Pumpenbetriebs zu realisieren gestattet. Wesentliche Absicht letztgenannter Lösung ist die gleichmäßige Durchströmung des ge­ samten Bodenkörpers, der somit vollständig für die dem Verfahren der Pflanzenkläranlagen innewohnende Reinigungswirkung ausgenutzt wird.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, die bekannten Nach­ teile in der hydraulischen Funktion bisher gebauter Pflanzen­ kläranlagen zu vermeiden, ohne daß dieses Ziel nur mit einem großen Bau- und Betriebsaufwand erreicht wird. Dazu greift die Erfindung auf die ursprünglichen einfachen Beckenkonstruktionen, wie sie von K. Seidel oder R. Kickuth vorgeschlagen worden sind, zurück. Die Pflanzenkläranlage reduziert sich dann auf ein ein­ ziges abgedichtetes Erdbecken mit Bodenfüllung und Pflanzenbe­ wuchs, worin sich alle für die biologische Abwasserreinigung er­ forderlichen Vorgänge abspielen. Es ist ersichtlich, daß gegen­ über einem komplizierten Mehrbeckenbetrieb die Vorteile der ein­ fachen und billigen Bau- und Betriebsweise in der ursprünglich beabsichtigten Form erhalten bleiben.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Pflanzen­ becken quer zur horizontalen Strömungsrichtung Leiteinrichtungen angeordnet sind, wodurch der horizontalen Richtungskomponente der Strömung zusätzlich vertikale Richtungskomponenten aufgezwungen werden. Die Leiteinrichtungen sind im Wechsel im unteren Teil und im oberen Teil des Beckens angeordnet. Sie können aber auch nur im unteren oder nur im oberen Teil des Beckens vorhanden sein. Auch können die Leiteinrichtungen im unteren Beckenteil aus ei­ nem bindigen Boden bestehen, während die übrige Beckenfüllung aus nichtbindigem Boden besteht. Insbesondere sind die Leitein­ richtungen aus ebenflächig bearbeitbaren Materialien wie Holz, Kunststoff, Metall, Beton, Mauerwerk, flächige Abfallprodukte gefertigt. Sie können auch Öffnungen aufweisen, die einer Teil­ strömung den Durchtritt durch die Leiteinrichtung gestatten. Die flächigen Leiteinrichtungen sind entweder lotrecht oder mit ei­ ner Schrägneigung, die bis zu 45° gegen die Lotrechte betragen kann, angeordnet. Leiteinrichtungen im oberen Beckenteil sollen die Bodenfüllung um 50 bis 200 mm überragen, wenn sie dem zeit­ weiligen Auflegen von Bohlen, Rosten u. dergl. dienen sollen, was für das Bepflanzen, Abernten und für Wartungsarbeiten an den Pflanzenbecken nützlich ist. Die oberen Leiteinrichtungen lassen sich auch von Trägern halten, die das Becken in Längsrichtung überspannen, so daß die Leiteinrichtungen zusammen mit diesen Längsträgern einen Trägerrost bilden.

Mit der durch die Anordnung von Leiteinrichtungen im Pflanzen­ becken bewirkten Verbesserung in der gleichmäßigen und vollstän­ digen Durchströmung des Bodenkörpers ist naturgemäß eine volle Ausnutzung des Bodens einschließlich des Pflanzenwurzelraumes für die die Abwasserreinigung bewirkenden biotischen und abioti­ schen Prozesse verbunden. Als weiterer Vorteil ist der Umstand anzusehen, daß das Abwasser im Wechsel obere und untere Bereiche des Bodenkörpers erreicht, die einen unterschiedlichen Gehalt an Luftsauerstoff aufweisen, wobei aerobe und anaerobe Bereiche im wassergesättigten Bodenkörper angetroffen werden. Bei der weit­ gehenden Abwasserreinigung mit Nährstoffeliminierung ist aber der Wechsel von aeroben und anaeroben Bereichen eine Vorausset­ zung für die biologische Stickstoffentfernung (Nitrifikations- und Denitrifikationsphase). Durch die Möglichkeit zur Entfernung von gelösten Nährstoffen aus dem Abwasser, die bei den üblichen Pflanzenkläranlagen als gering bis mäßig beurteilt wird (H. Buck­ steeg, a.a.O., S. 17), tritt infolge der erfindungsgemäß mittels Leiteinrichtungen erzwungenen Strömung des Abwassers durch Berei­ che des Bodenkörpers, die im Wechsel mit nitrifizierenden oder denitrifizierenden Bakterien besiedelt sind, ein erwünschter zu­ sätzlicher Nährstoffabbau ein.

Als ein schwierig zu lösendes Problem wurde bisher angesehen, daß der Bodenkörper nicht verdichtet werden darf (G. Geller, a.a.O., S. 101). Andererseits muß jedoch die Beckenoberfläche für das Anpflanzen und Abernten der Pflanzenkulturen zugänglich sein. Durch eine diesem Zweck entsprechende Konstruktion und An­ ordnung der Leiteinrichtungen lassen sie sich als Auflagerungen für begehbare Bohlen, Roste o. ä. nutzen. Damit wird die Boden­ verdichtung infolge Begehens der Beckenoberfläche ausgeschaltet. Aus dem Bodenkörper nach oben herausragende Leiteinrichtungen verhindern zudem den oberirdischen Abfluß von Schmutz- und Re­ genwasser im Pflanzenbecken.

Durch die Wahl von Anzahl und Anordnung der Leiteinrichtungen läßt sich das Verhältnis von horizontaler und vertikaler Rich­ tungskomponente der Abwasserströmung in bestimmten Grenzen vari­ ieren. Es läßt sich aber auch durch Öffnungen in den Leiteinrich­ tungen für einen durch die Größe dieser Öffnungen vorbestimmba­ ren Anteil der Abwasserströmung der horizontalen Richtungskompo­ nente der Vorrang vor der Vertikalströmung einräumen, wodurch die hydraulische Funktion des Pflanzenbeckens im gewünschten Sin­ ne beeinflußbar ist.

Das Schema einer Anlage zur biologischen Behandlung von Abwasser in einem bodengefüllten und mit Sumpfpflanzen besetzten Becken mit der erfindungsgemäßen Anordnung von Leiteinrichtungen, die der an sich horizontalen Strömungsrichtung des Abwassers eine Vertikalströmung aufzwingen,wird am Beispiel der Fig. 1 darge­ stellt. Zugleich wird die Wirkungsweise der Anlage beschrieben.

Das Abwasser tritt über die Zulaufleitungen 1 und über eine Ein­ laufkulisse 2, die durch senkrechte Leitwände 3 unterteilt ist, in den Bodenkörper 4 ein. Es fließt in überwiegend horizontaler Strömungsrichtung, bis es auf die erste Leiteinrichtung 5 stößt. Nach den hydraulischen Regeln für eine Potentialströmung wird das Abwasser zu einer überwiegend vertikal nach unten gerichteten Strömung gezwungen; es unterströmt die erste Leiteinrichtung, bis es auf die nächste Leiteinrichtung 6 trifft, die eine vertikal nach oben gerichtete Strömung erzwingt. Entsprechend der Anzahl der im Pflanzenbecken angeordneten Leiteinrichtungen wiederholt sich der Vorgang der zwangsweisen Ablenkung der horizontalen Richtungskomponente nach oben oder unten, bis das Abwasser schließ­ lich über die Ablaufkulisse 7 und die Ablaufleitungen 9 das Pflanzenbecken verläßt. Die Umlenkung der Strömungsrichtung an der Beckensohle wird durch die Dichtungsschicht 9 bewirkt.

Claims (11)

1. Anlage zur biologischen Behandlung von Abwasser in einem bo­ dengefüllten und mit Sumpfpflanzen besetzten Becken, worin die Strömung des Abwassers innerhalb des Bodenkörpers dadurch vorgegeben ist, daß das Abwasser an einer Beckenseite in den Bodenkörper eintritt und an der gegenüberliegenden Beckensei­ te aus dem Bodenkörper gereinigt austritt, so daß die Strö­ mung zwangsläufig eine horizontale Richtungskomponente auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß im Becken quer zur hori­ zontalen Strömungsrichtung Leiteinrichtungen angeordnet sind, die der Abwasserströmung vertikale Richtungskomponenten auf­ zwingen.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leit­ einrichtungen im Wechsel im unteren Teil und im oberen Teil des Beckens angeordnet sind.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leit­ einrichtungen entweder nur im unteren oder nur im oberen Teil des Beckens angeordnet sind.

4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im unteren Teil des Beckens liegenden Leiteinrichtungen aus ei­ nem bindigen Boden bestehen und daß die übrige Beckenfüllung aus nichtbindigem Boden besteht.

5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leit­ einrichtung aus ebenflächig bearbeitbaren Materialien, bei­ spielsweise Holz, Kunststoff, Metall, Beton, Mauerwerk, flächige Abfallprodukte, hergestellt ist.

6. Anlage nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtungen Öffnungen aufweisen, die einer Teilströmung den Durchtritt durch die Leiteinrichtung gestatten.

7. Anlage nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtungen lotrecht im Becken angeordnet sind.

8. Anlage nach Anspruch 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtungen mit einer Schrägneigung im Winkel bis zu 45° gegen die Lotrechte angeordnet sind.

9. Anlage nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die im oberen Teil des Beckens angeordneten Leiteinrichtungen die Bodenfüllung des Beckens um 50 bis 200 mm überragen.

10. Anlage nach Anspruch 1, 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtungen zur zeitweiligen Auflagerung von begeh­ baren Bohlen, Rosten u. dergl. geeignet sind.

11. Anlage nach Anspruch 1, 3, 5, 7, 9 und 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die im oberen Teil des Beckens angeordneten Leiteinrichtungen von Trägern gehalten werden, die das Becken in Längsrichtung, parallel zur Hauptfließrichtung des Abwas­ sers, überspannen, so daß Leiteinrichtungen und Längsträger einen Trägerrost bilden.