DE4435304C1 - Anlage für die Reinigung von Grauwasser im Rahmen eines Grauwasser-Recycling-Systems - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage für die Reinigung von Grauwasser im Rahmen eines Grauwasser-Recycling-Systems einer Wohnanlage mit Grauwassersammelleitung, Vorklärein­ richtung Reinigungsreaktor Nachkläreinrichtung UV-Des­ infektionseinrichtung sowie einem Verteilungssystem für das gereinigte Grauwasser.

Der Ausdruck Grauwasser umfaßt Abwasser, welches in Wohnanlagen bei der Körperreinigung oder der Kleidungs­ wäsche anfällt und weitgehend frei von Fäkalien ist. Unter Grauwasser ist aber auch weitgehend fettfreies Küchen­ abwasser zu verstehen. Grauwasser besitzt im Mittel einen chemischen Sauerstoffbedarf (CSB) zwischen 100 und 430 mg O₂ pro Liter und einen biologischen Sauerstoffbedarf (BSB₅) von 50 bis 250 mg O₂ pro Liter. Der Begriff Wohnanlagen meint allgemein Einrichtungen, in denen solches Grauwasser anfällt. Hierzu zählen neben Wohnungen, Wohnhäusern und Büro- und Industriegebäuden auch Hotels sowie Sport- und Freizeiteinrichtungen wie Schwimmbäder, Campingplätze oder Schrebergärten. Das gereinigte Grau­ wasser kann beispielsweise in der Toilettenspülung, aber auch zu Reinigungszwecken, zur Bewässerung oder zur Grund­ wasseranreicherung wiederverwendet werden. Es versteht sich, daß das Grauwasser-Recycling-System auch innerhalb der jeweiligen Gebäude, beispielsweise im Keller, angeordnet werden kann.

Die Erfindung geht von einer Anlage für die Reinigung von Grauwasser aus, welche aus dem Vortrag "Betriebswasser­ nutzung im Haushalt", Seminar "Ökologischer und ökonomischer Umgang mit Wasser", Helmstedt, 22. bis 23. März 1994, bekannt ist. Diese Anlage besteht zunächst aus einer Grauwassersammelleitung, an die die Grauwasserquellen der Wohnanlage angeschlossen sind. Das Grauwasser wird durch die Grauwassersammelleitung in eine Vorklärein­ richtung geleitet. Das vorgeklärte Grauwasser durchströmt zum Abbau der Verunreinigungen einen Reinigungsreaktor, dem eine Nachkläreinrichtung nachgeschaltet ist. Das nachge­ klärte, gereinigte Grauwasser wird in einer UV-Desinfektion desinfiziert und zur Wiederverwendung in der Wohnanlage einem Verteilungssystem zugeleitet. An ein Grauwasser- Recyclingsystem werden hinsichtlich des einfachen Aufbaus, des Energie-, des Wartungs- und des Platzbedarfes sowie hinsichtlich der Betriebssicherheit und der Reinigungs­ leistung hohe Anforderungen gestellt. Bekannte Reinigungs­ reaktoren für Grauwasser sind Bodenfilter, mehrstufige Tauchtropfkörper und mehrstufige Tropfkörper. Die bekannten Reinigungsreaktoren erfüllen die obengenannten Anforde­ rungen nur teilweise. Bodenfilter besitzen einen hohen Flächenbedarf, so daß sie nur bedingt in Wohnanlagen einsetzbar sind. Eine Verwendung innerhalb der Gebäude ist nicht möglich. Tauchtropfkörper sind aufgrund der zu bewegenden Tauchtropfkörpermassen konstruktiv aufwendig, wartungsintensiv und haben einen vergleichsweise hohen Energiebedarf. Wegen der niedrigen Abbauleistungen müssen Anlagen mit Tauchtropfkörpern oder Tropfkörpern mehrstufig ausgeführt werden und sind somit hinsichtlich des Platz­ bedarfes verbesserungswürdig. Bei Tropfkörpern wird wegen der bei einmaligen Durchlauf des Grauwassers unzureichenden Reinigung ein zusätzlicher Rücklauf des Grauwassers um die einzelnen Stufen nötig, was ebenfalls energieaufwendig ist.

Aus EP 05 28 786 A1 ist weiterhin ein Reinigungsreaktor aus zumindest zwei Festbettmodulen mit Abtropfböden bekannt, die übereinander angeordnet sind, wobei dem oberen Festbettmodul ein Abwasser perkolierend aufgegeben wird und wobei jedes nachgeordnete Festbettmodul mit Belüftungsabstand von jedem übergeordneten Festbettmodul angeordnet ist. Dieser Reinigungsreaktor wird jedoch nicht für Grauwasser, sondern für fäkalienhaltiges Abwasser eingesetzt. Bei dem bekannten Reinigungsreaktor werden die Festbettmodule durch je zwei in einem Gitterkorb zusammen­ gefaßte Tropfkörper gebildet, welche sich wiederum aus einer Grobfilterschicht, einer Feinfilterschicht und einer Stauschicht zusammensetzen. Grobfilterschicht und Fein­ filterschicht werden durch Lavagrus mit einer Korngröße oberhalb bzw. unterhalb 1,5 mm gebildet. Die Stauschicht besteht aus Tonmineralien. Der bekannte Reinigungsreaktor ist durch die Schichtung verschiedener Materialien innerhalb eines Festbettmodules konstruktiv aufwendig. Wegen der geringen Abbauleistung ist eine mehrstufige Anordnung mit energieaufwendigen Rückläufen über den einzelnen Stufen erforderlich. Aufgrund der Stauschicht ist insbesondere in dem oberen Festbettmodul mit Verstopfungen und entsprechendem Wartungsbedarf zu rechnen.

Im übrigen ist aus DE 23 25 610 A1 eine Vorrichtung zur Reinigung bzw. Aufbereitung von Rohwasser, also von natürlich vorkommendem Wasser im ursprünglichen Zustand, beispielsweise Oberflächenwasser wie Flußwasser oder Grundwasser, bekannt. Dieses Rohwasser wird beispielsweise für die Dampferzeugung in Hochdruckkesseln aufbereitet, das wegen seines Salzgehaltes und Säuregehaltes ohne vorhergehende Reinigung nicht verwendet werden kann. Diese bekannte Vorrichtung umfaßt einen Reinigungsreaktor, der mit zumindest zwei Festbettmodulen mit Abtropfboden arbeitet. Dabei können auch Festbettabschnitte mit jeweils nur einer einzigen Schicht einer einheitlichen Fest­ stoffschüttung verwendet werden. Für eine Reinigung von Grauwasser ist diese bekannte Vorrichtung nicht vorgesehen. Außerdem ist aus DD 2 32 033 A1 ein Verfahren zur Reinigung von Wäschereiabwässern als Voraussetzung zur Wärmerückgewinnung bekannt. Dieses bekannte Verfahren arbeitet mit einer stufenweise Filteranordnung mit Filterelementen, die eine abgestufte Perforation aufweisen. Die Filterelemente können zu Reinigungszwecken ausgetauscht werden. Die insoweit bekannten Maßnahmen sind insbesondere im Vergleich zu ihrer Abbauleistung relativ aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage für die Reinigung von Grauwasser im Rahmen eines Grauwasser- Recycling-Systems anzugeben, welche einen konstruktiv besonders einfachen Reinigungsreaktor besitzt, der über eine verbesserte Abbauleistung für das Grauwasser verfügt und einen minimalen Platz-, Energie- und Wartungsbedarf aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung eine Anlage für die Reinigung von Grauwasser im Rahmen eines Grauwasser-Recycling-Systems einer Wohnanlage mit Grauwassersammelleitung, Vorkläreinrichtung, Reinigungs­ reaktor, Nachkläreinrichtung, UV-Desinfektionseinrichtung sowie einem Verteilungssystem für das gereinigte Grauwasser, mit dem Merkmal, daß der Reinigungsreaktor aus zumindest zwei Festbettmodulen mit Abtropfböden, die übereinander angeordnet sind, besteht, wobei dem oberen Festbettmodul das Grauwasser perkolierend aufgegeben wird und wobei jedes nachgeordnete Festbettmodul mit Belüftungsabstand (h) von jedem übergeordneten Festbett­ modul angeordnet ist, mit der Maßgabe, daß die Höhe der Festbetten geringer als 1,0 m ist und die Festbettmodule im wesentlichen identisch aufgebaut sind sowie aufeinander stapelbar sind und daß die Festbetten durch Schüttungen von Partikeln mit einem Durchmesser zwischen 0,1 und 8 mm gebildet werden und der mittlere Partikeldurchmesser des jeweils übergeordneten Festbettes größer als der des nachgeordneten Festbettes ist, und die Festbettmodule außerhalb des Festbettes mit seitlichen Lufteintritts­ öffnungen versehen sind. Perkolierend meint, daß das Abwasser bei der Aufgabe auf das obere Festbettmodul eine Fallstrecke zurücklegt. - Wesentlich für die Erfindung sind hauptsächlich die Verwendung des Reinigungsreaktors sowie die damit verbundenen Maßgaben.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß der aus EP 05 28 786 bekannte Reinigungsreaktor in einer Anlage für die Reinigung von Grauwasser im Rahmen eines Grau­ wasser-Recycling-Systems einsetzbar wird, wenn die Fest­ betten durch Schüttungen aus Partikeln mit einem Durchmesser zwischen 0,1 und 8 mm gebildet werden und der mittlere Partikeldurchmesser des jeweils übergeordneten Festbettes größer als der des nachgeordneten Festbettes ist, und wobei der Ablauf des unteren Festbettmoduls nach Durchlaufen der Nachkläreinrichtung in einer UV-Desin­ fektion desinfiziert wird.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß der aus EP 05 28 786 bekannte Reinigungsreaktor in einer Anlage für die Reinigung von Grauwasser im Rahmen eines Grau­ wasser-Recycling-Systems einsetzbar wird, wenn die Fest­ betten durch Schüttungen aus Partikeln mit einem Durchmesser zwischen 0,1 und 8 mm gebildet werden und der mittlere Partikeldurchmesser des jeweils übergeordneten Festbettes größer als der des nachgeordneten Festbettes ist. Überraschenderweise ist die Abbauleistung des erfindungsgemäßen Reinigungsreaktors für Grauwasser gegen­ über bekannten Tropfkörpern so erhöht, daß ein einmaliger Durchlauf des Grauwassers zur Reinigung ausreicht und ein energieaufwendiger Rücklauf unnötig wird. Trotz der Nährstoffarmut und der für den biologischen Abbau ungünstigen Zusammensetzung des Grauwassers wird eine ausgezeichnete Reinigungsleistung erzielt. Überraschender­ weise tritt keine Verstopfung des Festbettmoduls durch Überschußschlamm auf, so daß auch der Wartungsbedarf minimal ist. Im Vergleich zu Bodenfiltern und mehrstufigen Tropfkörpern und Tauchtropfkörpern ist der Flächenbedarf stark reduziert. Der erfindungsgemäße Reinigungsreaktor erzeugt unabhängig von Belastungsschwankungen einen nicht faulfähigen, geruchsneutralen und insbesondere transpa­ renten Ablauf, der lediglich bezüglich der Keime einer Nachbehandlung in einer UV-Desinfektion bedarf, um die hygienischen Grenzwerte der EG-Richtlinie vom 8. Dezember 1975 über die Qualität der Badegewässer einzuhalten (76/160/EWG-Amtsblatt der EG vom 5. Februar 1976 - L31/1). Aufgrund der überraschend hohen Transparenz des Ablaufes ist die UV-Desinfektion ohne weiteres und mit geringem Energieaufwand möglich. Es versteht sich, daß das Volumen der Festbettmodule dem Mengenstrom des zu reinigenden Grauwassers nach den Regeln der Abwasseringenieurkunst anzupassen ist.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten der weiteren Ausbildung und Gestaltung. Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage sieht vor, drei Festbettmodule übereinander anzuordnen. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Reinigungsreaktor drei übereinander angeordnete Festbett­ module auf, wobei der mittlere Partikeldurchmesser des oberen Festbettes zwischen 0,1 und 8 mm, der des mittleren Festbettes zwischen 0,1 und 4 mm und der unteren Festbettes zwischen 0,1 und 2 mm beträgt. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß die Festbetten durch Schüttungen aus Sand und/oder Kies gebildet werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage ist zumindest zwischen dem oberen Festbettmodul und dem diesem untergeordneten Festbettmodul eine Zwischenklär­ einrichtung zur Entfernung von Überschußschlamm angeordnet. Es ist weiterhin von Vorteil, die Festbetten durch Schüttungen von Partikeln zu bilden, denen eisen- oder kalkhaltige Zuschlagstoffe wie Lavalit und/oder Muschelkalk zugesetzt worden sind. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, die Zwischenklär­ einrichtungen so auszubilden, daß sie in den Stapel der Festbettmodule einstapelbar sind. Zur Vermeidung eventu­ eller Geruchsbelästigungen ist es weiterhin von Vorteil, das obere Festbettmodul mit einem Deckel mit Belüftungs­ öffnung abzudecken. An die Belüftungsöffnung kann dabei eine Belüftungsleitung angeschlossen sein.

In einem Mehrfamilienhaus wurde die erfindungsgemäße Anlage zur Reinigung von Grauwasser aus Waschtisch, Dusche und Waschmaschine eingesetzt. Der Reinigungsreaktor bestand aus drei identischen Festbettmodulen, wobei zwischen dem oberen und dem mittleren Festbettmodul ein Sedimentationsbecken angeordnet war. Die Festbetten hatten eine Höhe von 0,5 m und wurden durch eine Schüttung aus Sand gebildet, wobei der mittlere Korndurchmesser des oberen Festbettes 5 mm, der des mittleren Festbettes 2 mm und der des unteren Festbettes 1 mm betrug. Im Mittel lag die hydraulische Belastung bei 3 m pro Tag, was einer Reinigungsleistung von 0,85 m³ gereinigten Grauwassers pro Tag entsprach. Das Grauwasser durchlief den Reaktor nur einmal, d. h. ein Rücklauf mußte nicht vorgesehen werden. Die Anlage lief weitgehend wartungsfrei und erzeugte belastungsunabhängig einen geruchsfreien, nicht fäulnisfähigen Ablauf, dessen BSB₅ kleiner als 5 mg pro Liter war. Überraschenderweise hielt der Ablauf nach einer UV-Entkeimung die hygienischen Grenzwerte der EG-Richtlinien für Badegewässer ein. Die Grundfläche des Reinigungsreaktors betrug 0,28 m² bei einem Gesamtvolumen von 0,4 m³. Der Energiebedarf lag bei 0,164 kWh pro m³ gereinigtem Grauwasser. In einem Vergleichsversuch wurde das gleiche Grauwasser in einem nach den Regeln der Abwassertechnik ausgelegten Tropfkörper gereinigt.

Der Tropfkörper hatte eine Grundfläche von 0,502 m² (entsprechend 0,80 m Durchmesser) und eine nutzbare Füllhöhe von 1,80 m. Die Füllung bestand aus Lavasteinen nach DIN 19 557 mit der Korngruppe 40/80 mm. Der Tropfkörper mußte mit einem drei- bis vierfachen Rücklauf betrieben werden, um eine ähnliche Reinigungsleistung zu erzielen. Der Energieaufwand lag dabei bei ca. 0,50 kWh/m³. Bei Belastungsschwankungen des zulaufenden Grauwassers ergaben sich Schwankungen in der Reinigungsleistung bis zu 100%, wobei der BSB₅ Wert des gereinigten Grauwassers bis auf etwa 10 mg/l anstieg. Bei denselben Zulaufschwankungen war bei dem neuentwickelten Reinigungsreaktor überraschender­ weise eine fast vollständige Reinigungsstabilität trotz des einmaligen Durchlaufs gegeben. Im Ergebnis weist der erfindungsgemäße Reinigungsreaktor gegenüber dem bekannten Tropfkörperreaktor zur Grauwasserreinigung einen einfachen Aufbau, eine erhöhte Abbauleistung sowie einen verringerten Platz-, Energie- und Wartungsbedarf auf.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht der erfindungsgemäßen Anlage. Zum grundsätzlichen Aufbau gehören eine Grauwassersammelleitung 1, eine Vorkläreinrichtung 2, ein Reinigungsreaktor 3, eine Nachkläreinrichtung 4 sowie ein Verteilungssystem 5 für das gereinigte Grauwasser. Das Grauwasser wird den Grauwasser­ quellen der Wohnanlage entnommen und durch eine Grauwasser­ sammelleitung 1 in die Vorkläreinrichtung 2 eingeleitet. Die Vorkläreinrichtung 2 ist in Fig. 1 als Sedimentations­ becken ausgeführt. Das vorgeklärte Grauwasser wird perkolierend auf den oberen Festbettmodul 6 des Reinigungs­ reaktors 3 aufgegeben. Die hydraulische Belastung des Festbettmodules kann dabei je nach Qualität des Grauwassers auf Werte zwischen 1,5 und 15 m pro Tag eingestellt werden. Es versteht sich, daß die Aufgabe des Grauwassers auch intermittierend sowie bedarfsweise in Form von Spülstößen erfolgen kann. Die Festbettmodule 6 weisen Abtropfböden 7 auf. Die Festbettmodule 6 sind übereinander mit einem Belüftungsabstand h angeordnet. In Fig. 1 sind die Festbettmodule 6 identisch ausgeführt und in einem Stapel aus drei Festbettmodulen 6 angeordnet, wobei die Festbett­ module 6 seitliche Belüftungsöffnungen 12 aufweisen, durch die insbesondere bei hoher hydraulischer Belastung Luft angesogen wird, wie es in Fig. 1 angedeutet ist. Zwischen dem oberen und dem mittleren Festbettmodul ist in Fig. 1 eine Zwischenkläreinrichtung 11 zur Entfernung von Über­ schußschlamm angeordnet, die in den Stapel der Festbett­ module 6 eingestapelt ist und in Fig. 1 als Sedimentations­ einrichtung arbeitet. Fig. 1 zeigt, daß der Reinigungs­ reaktor 3 nur einmal durchlaufen wird und keinen Rücklauf besitzt. Die Festbetten 8 der Festbettmodule 6 werden durch Schüttungen von Partikeln 9 gebildet. In Fig. 1 ist schematisch gezeigt, daß der mittlere Durchmesser der Partikel 9 im jeweils übergeordneten Festbett 8 größer als im jeweils nachgeordneten Festbett 8 ist. Der Ablauf des unteren Festbettmodules 6 wird einer Nachklärung in einer Nachkläreinrichtung 4 unterzogen, die in Fig. 1 als Sedimentationsbecken ausgeführt ist. Es versteht sich, daß die Vor-, Zwischen- und Nachklärung nicht nur durch Sedi­ mentationsbecken, sondern auch durch andere Apparate, beispielsweise durch Filter, realisiert werden kann. Das nachgeklärte, gereinigte Grauwasser wird in einer UV-Desinfektion 10 desinfiziert. Eine Sicherheits­ einrichtung 14 sorgt dafür, daß bei unzureichender Transparenz des Grauwassers, bei der die UV-Desinfektion unvollständig ist, das Grauwasser in die Kanalisation 13 abgeleitet wird. Das ordnungsgemäß desinfizierte Grauwasser wird in das Verteilungssystem 5 eingespeist und von dort der Wiederverwendung - beispielsweise in der Toilettenspülung - zugeführt. Es versteht sich, daß bei geringem Grauwasseran­ fall durch eine zusätzliche Leitung 15 ersatzweise Trinkwasser oder beispielsweise Regenwasser in das Verteilungssystem eingespeist werden kann.

Claims (8)

1. Anlage für die Reinigung von Grauwasser im Rahmen eines Grauwasser-Recycling-Systems einer Wohnanlage mit Grau­ wassersammelleitung (1), Vorkläreinrichtung (2), Reini­ gungsreaktor (3), Nachkläreinrichtung (4), UV-Desinfek­ tionseinrichtung (10) sowie einem Verteilungssystem (5) für das gereinigte Grauwasser, mit dem Merkmal, daß der
Reinigungsreaktor (3) aus zumindest zwei Festbett­ modulen (6) mit Abtropfboden (7), die übereinander angeordnet sind, besteht, wobei dem oberen Festbett­ modul das Grauwasser perkolierend aufgegeben wird und wobei jedes nachgeordnete Festbettmodul mit Belüftungsabstand (h) von jedem übergeordneten Fest­ bettmodul angeordnet ist, mit der Maßgabe, daß die Höhe der Festbetten (8) geringer als 1,0 m ist und die Festbettmodule (6) im wesentlichen identisch aufgebaut sind sowie aufeinander stapelbar sind und daß die Festbetten (8) durch Schüttungen von Partikeln (9) mit einem Durchmesser zwischen 0,1 und 8 mm gebildet werden und der mittlere Partikel­ durchmesser des jeweils übergeordneten Festbettes (8) größer als der des nachgeordneten Festbettes (8) ist, und die Festbettmodule (6) außerhalb des Festbettes (8) mit seitlichen Lufteintrittsöffnungen (12) versehen sind.

2. Anlage nach Anspruch 1, wobei der Reinigungsreaktor (3) drei Festbettmodule (6) aufweist.

3. Anlage nach Anspruch 2, wobei der mittlere Partikel­ durchmesser des oberen Festbettes (8) zwischen 0,1 und 8 mm, der mittlere Partikeldurchmesser des mittleren Festbettes (8) zwischen 0,1 und 4 mm und der mittlere Partikeldurchmesser des unteren Festbettes (8) zwischen 0,1 und 2 mm liegt.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Festbetten (8) durch Schüttungen aus Sand und/oder Kies gebildet werden.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zumindest zwischen dem oberen Festbettmodul (6) und dem diesem untergeordneten Festbettmodul (6) eine Zwischen­ kläreinrichtung (11) zur Entfernung von Überschußschlamm angeordnet ist.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Zwischenkläreinrichtung (11) in den Stapel der Fest­ bettmodule (6) einstapelbar sind.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Schüttungen mit eisen- oder kalkhaltigen Zusatzstoffen versehen sind.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei auf dem oberen Festbettmodul ein Deckel mit Belüftungsöffnung angeordnet ist.