Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur biologischen Reinigung von Abwasser, insbesondere von Abwasser mit biologisch abbaubarer Belastung, und Bereitstellung von gekühlter Luft, deren Verwendung und ein Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser, insbesondere von Abwasser mit biologisch abbaubarer Belastung, und Bereitstellung von gekühlter Luft.

Beschreibung

Der Umwelt- und Ressourcenschutz nimmt international Bedeutung zu. Wasserversorgung und -entsorgung stehen in naher Zukunft vor gewaltigen Herausforderungen. Der Klimawandel wird voraussichtlich sowohl die Häufigkeit als auch die Dauer von Extremwetterbedingungenwie z.B. hohe Temperaturen und langanhaltende Trockenheit erhöhen. Dies betrifft insbesondere Regionen, die bereits jetzt unter Wassermangel leiden. Entsprechend ist es notwendig, neue Ansätze für eine ökologische Wassernutzung zu entwickeln. Zudem besteht in vielen Klimaregionen, in denen der Bedarf an Wasser groß ist, ebenfalls ein großer Bedarf an Gebäudekühlung.

Auch steigen Stromkosten und die Wasserverfügbarkeit sinkt, Klimaanlagen werden bei steigenden Temperaturen unumgänglich und verschandeln die Fassaden, während sie mit ihrem Lärm und der Abwärme den Nutzwert der Gebäude mindern. Effekte des sommerlichen Aufheizens von Bauwerksstrukturen und gesundheitliche Belastungen durch Feinstaub sind in vielen Ländern Probleme, denen sich Gebäudebetreiber zusehends annehmen müssen. Flächen zu begrünen, Staub zu binden, und über Verdunstung zu kühlen hat eines der größten Potentiale, um dem Klimawandel entgegenzutreten.

Verschieden Ansätze für eine nachhaltige Gebäudekühlung sind bereits bekannt. Die Basis der meisten Klimaanlagen ist der Kompressionskältekreislauf. Dazu zählen die herkömmlichen Split-unit-Klimaanlagen mit einem Kompressor außen und einem Verdampfer innerhalb der zu kühlenden Räume. Solche Anlagen werden auf Grund ihrer Einfachheit und fehlender Alternativen am Markt meistens auch in warm-ariden Gebieten eingesetzt, obwohl ihre Energieeffizienz dort weitaus unter denen von Evaporationskühlanlagen liegt. Evaporatonskühlanlagen oder Verdunstungskühlungsanlagen werden bereits zur Kühlung z.B. von Gebäuden und Nutzflächen eingesetzt. Es beruht darauf, dass eine Flüssigkeit (z. B. Wasser) beim Verdampfen (Verdunsten) abkühlt und dabei in der Lage ist, auch die umgebende Luft zu kühlen.

Derartige Verfahren (Direct/Indirect Evaporative Cooling) sind für klimatisch sehr trockene und heiße Regionen geeignet, da die Luft durch eine einfache Befeuchtung der aktuellen Au ßenluft entlang einer Linie gleicher Enthalpie gekühlt werden kann. Da trockene warme Luft mehr Wasser aufnehmen kann, sind somit große Temperaturunterschiede durch die reine Luftbefeuchtung möglich.

Solche Systeme werden bereits am Markt angeboten. Als ein Beispiel dafür ist das System der US-amerikanischen Firma Coolerado zu nennen, welches auf dem patentierten, sogenannten M-cycle basiert. Dabei handelt es sich um eine Variante des Indirect Evaporative Cooling Verfahrens, bei dem Trinkwasser in Luft versprüht wird, auf diese Weise Kühlung erzeugt wird und mittels eines Wärmeüberträgers auf einen zweiten Luftstrom über einen Wärmeaustauscher übertragen wird. Dieses Verfahren ist ähnlich hinsichtlich einer Klimatisierung, da die Luft, die ins Gebäude eingespeist wird, nicht befeuchtet wird. Die über diesen Ansatz mögliche Kühlleistung hängt bei bestehender Anlagengröße von der relativen Luftfeuchtigkeit der Umgebung ab.

Weiterhin gibt es komplexere Gebäudeklimatisierungsverfahren wie das Dessicant- Evaporative-Cooling (DEC) Verfahren, welches durch ein Dessikatormaterial die relative Feuchte der Zuluft zunächst maximal absenkt. Die sich durch die Entfeuchtung erwärmende Luft wird durch die bereits gekühlte Abluft des Gebäudes vorgekühlt. Somit erreicht sie mit nahezu Umgebungstemperatur, aber minimaler relativer Feuchte den Befeuchtungsteil. Dadurch ist eine weitaus niedrigere Lufttemperatur nach der Befeuchtung möglich als bei einfacher evaporativer Kühlung, wodurch es möglich ist, die gesamte Kühllast eines Gebäudes über den Kaltluftstrom unabhängig von der rel. Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft abzuführen.

Die Nachteile der bekannten Verdunstungsklimaanlagen sind der hohe Frischwasserbedarf und die Steigerung der relativen Luftfeuchtigkeit durch Temperaturabsenkung, was zu Feuchtigkeits- und damit Keimbildung beiträgt und entweder hoher Wasserverbrauch oder hoher Energieverbrauch.; letzteres trifft für herkömmliche Klimaanlagen sowie für dezentrale Wasserreinigungsanlagen zu. Viele Systeme zur Umwandlung von verunreinigtem Wasser in nutzbares Wasser sind zwangsläufig komplex und spezialisiert, die weder leicht verfügbar noch in der Lage sind, Wasser wirtschaftlich zu produzieren. In der Patentliteratur sind viele Verdunstungskühlanlagenverfahren bzw. -Vorrichtungen, wie in den Druckschriften DE4325945C2, US3450393A, DE102009043308A1 ,

DE202005009531 Ul oder DE4325945C2 beschrieben. Bei dem Stand der Technik ist das sogenannte„Blow-Down“ oder„Bleed“ die Spülung eines Teils des Systemwassers mit hoher Mineralkonzentration in den Abfluss, während es gleichzeitig durch Frischwasser ersetzt wird. Eine Verdunstungskühlanlage muss entweder zeitgesteuert oder je nach Mineralkonzentration das Systemwasser ableiten, da sich die Salze im Wasser aufkonzentrieren. Je nach Konzentration ist das abgeleitete Systemwasser für die meisten Zwecke nicht mehr wiederverwendbar. Weiterhin ist dieses Abteil im Stand der Technik zu fein ausgelegt, um mit Wasser außerhalb von Trinkwasserqualität betrieben werden zu können. Bereits im normalen Betrieb führen der mit der Zuluft mitgeführte Staub sowie die mineralischen Inhaltsstoffe im Trinkwasser zu Ablagerungen, Krustenbildung und Kalkablagerungen auf den Pads von Verdunstungskühlanlagen und führen zu einem erhöhten Wasserverbrauch. Dies ist der Grund, weshalb sich Evaporationsanlagen trotz ihres großen Potentials letztlich nicht wirklich durchsetzen.

Evaporative Systeme oder Klimaanlagen sind nicht dafür ausgelegt, um mit Abwasser betrieben zu werden. Im Falle der Indirect Evaporative Cooling-Anlagen, wie bspw. der M- Cycle-Anlage der Firma Coolerado, führen Verunreinigungen durch Staub schnell zur Verstopfung des Evaporationsabteils. Dieses Abteil ist vom Stand der Technik her zu fein ausgelegt, um mit Wasser außerhalb von Trinkwasserqualität betrieben werden zu können.

Ebenfalls verstärkt Anwendung findet auch die Nutzbarmachung von anfallendem Abwasser und/oder Grauwasser, also schwach verunreinigtem Brauchwasser. Dabei kommen häufig biologische Reinigungsverfahren zum Einsatz, wie z. B. Belebtschlammprozesse in Kombination mit einer Membranfiltration oder getauchte Festbett-Biofilmträger in Kombination mit einem Absetzbecken. Im Gegensatz zu diesen Verfahrensoptionen, die eine Druckbelüftung benötigen und eine höhere Schlammproduktion im Reinigungsprozess zeigen, stellt das vorliegende Verfahren eine Alternative dar. Dabei durchrieselt das Wasser ein oberflächenreiches Medium, das nicht überstaut, sondern nur von Wasser benetzt ist. Auf diesen Oberflächen bildet sich ein Biofilm, der in der Lage ist, die Schadstoffe abzubauen.

Bei Tropfkörper-Verfahren, wie in den Druckschriften EP0938456B1 und DE41 16813C2 beschrieben, durchläuft das Abwasser ein Medium, auf dessen Oberfläche gewollt ein Biofilm aufwächst, der in der Lage ist Schadstoffe abzubauen. In den Veröffentlichungen „Addressing Water Consumption of Evaporative Coolers with greywater“, Sahai et al (2012) und„Arrnual report on cooling in the west 201 1 -2012“ der University of California wird die Möglichkeit und Sinnhaftigkeit demonstriert, Abwasser, insbesondere Grauwasser zu reinigen und schließend anstelle von Trinkwasser in Verdunstungskühlanlagen einzusetzen, allerdings werden keine weiteren Angaben zu technischen Lösungen gemacht, außer der in Reiheschaltung einer Wasserreinigungsanlage mit einer Verdunstungskühlungsanlage.

Um das Ziel einer ökologischen und effizienten Klimatisierung insbesondere in warmen und trockenen Regionen zu realisieren, fehlt es bislang jedoch an T echnologien, die dafür geeignet sind, bereits vorhandene Klimaanlagen oder die Gebäudeklimatisierung über einen Wärmetauscher zu unterstützen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, die in ökologischer Weise eine Klimatisierung unterstützt oder in Kombination mit einer Verfahrenskombination wie dem DEC Verfahren komplett ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst.

Entsprechend wird eine Vorrichtung zur gleichzeitigen biologischen Reinigung von Abwasser, insbesondere Abwasser mit biologisch abbaubarer Belastung, und Bereitstellung von gekühlter Luft bereitgestellt, wobei die Vorrichtung mindestens folgendes umfasst:

- ein Behälter mit einer Öffnung zur Luftzufuhr und einer Öffnung zur Luftabfuhr;

- ein in dem Behälter angeordnetes Biofilmträger- und Evaporationsmedium (BEM);

- mindestens ein an einer der Öffnungen zur Luftzufuhr und/oder Luftabfuhr, insbesondere an der Öffnung zur Luftabfuhr des Behälters K vorgesehenen Gebläse B zur Erzeugung eines Luftstromes durch den Behälter entlang des Biofilmträger- und Evaporationsmedium (BEM); und

- mindestens eine oberhalb des Biofilmträger- und Evaporationsmediums (BEM) vorgesehene Berieselungsanlage S zum Aufbringen des Abwassers auf das Biofilmträger- und Evaporationsmedium (BEM). In einer bevorzugten Variante wird eine Vorrichtung zur gleichzeitigen biologischen Reinigung von Abwasser, insbesondere Abwasser mit biologisch abbaubarer Belastung, und Bereitstellung von gekühlter Luft bereitgestellt; wobei die Vorrichtung mindestens folgendes umfasst:

- mindestens ein Behälter mit mindestens einem im Behälter angeordneten Strömungsleitmittel für eine Führung eines Luftstromes durch den Behälter; wobei das mindestens eine Strömungsleitmittel den Innenraum des Behälters in mindestens einen ersten und einen zweiten Bereich unterteilt; wobei in dem ersten Bereich mindestens ein Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM, oberhalb des Biofilmträger- und Evaporationsmediums (BEM) mindestens eine Berieselungsanlage S zum Aufbringen des Abwassers auf das Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM und mindestens eine Öffnung zur Luftzufuhr vorgesehen sind, wobei die Öffnung zur Luftzufuhr im ersten Bereich oberhalb der Berieselungsanlage S und des Biofilmträger- und Evaporationsmedium angeordnet ist, wobei in dem zweiten Bereich mindestens eine Öffnung zur Luftabfuhr vorgesehen ist, wobei an der mindestens einen Öffnung zur Luftzufuhr im ersten Bereich und/oder an der mindestens einen Öffnung zur Luftabfuhr im zweiten Bereich des Behälters mindestens ein Gebläse zur Erzeugung eines Luftstromes durch den Behälter entlang des Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM vorgesehen ist.

Der vorliegende Behälter ist bevorzugt als vertikaler Behälter ausgebildet, und weist ein oberes Ende und ein unteres Ende mit einem Boden auf.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Vorrichtung ist das mindestens eine Strömungsleitmittel als Wand ausgebildet ist, wobei die Wand oberhalb des Boden des Behälters endet, so dass zwischen dem Boden des Behälters und dem unteren Ende der Wand ein Zwischenraum ausgebildet ist. Diese Anordnung des Strömungsleitmittels dient einer Umlenkung des Luftstromes im Behälter. Der Luftstrom wird von der Luftzufuhröffnung durch den ersten Bereich entlang des Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM hin zum Behälterboden geführt, durch den Zwischenraum zwischen Behälterboden und Strömungsleitmittel umgelenkt und weiter im zweiten Bereich hoch zur Luftabfuhröffnung geführt. Entsprechend wird der Luftstrom mäanderförmig durch den Behälter geführt, wobei sich der Luftstrom im ersten und zweiten Bereich des Behälters jeweils im Gegenstrom zueinander bewegt.

Wie oben angeführt, ist die Öffnung zur Luftzufuhr im ersten Bereich oberhalb der Berieselungsanlage S und des Biofilmträger- und Evaporationsmedium vorgesehen; d.h. die Luftzufuhröffnung ist an einem oberen Ende des vertikalen Behälters vorgesehen.

Die eine Luftabfuhröffnung oder auch mehrere Luftabfuhröffnungen im zweiten Bereich können an verschiedenen Positionen im zweiten Bereich des Behälters entlang der Behälterwand vorgesehen sein. Besonders bevorzugt ist eine Anordnung der Öffnung zur Luftabfuhr im zweiten Bereich am oberen Ende des vertikalen Behälters.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Vorrichtung ist in dem mindestens einen ersten Bereich an der Öffnung zur Luftzufuhr mindestens eine erste ansteuerbare Regelklappe vorgesehen. In einer anderen Ausführungsform ist in dem mindestens einen zweiten Bereich ebenfalls mindestens eine zweite ansteuerbare Regelklappe vorgesehen. Diese zweite ansteuerbare Regelklappe ist bevorzugt im unteren Teil des zweiten Bereichs des vertikalen Behälters angeordnet, insbesondere in dem Abschnitt, in welchem der umgelenkte Luftstrom aus dem ersten Bereich in den zweiten Bereich eintritt. Die ersten und zweiten ansteuerbaren Regelklappen ermöglichen eine kontrollierte Luftstromführung.

Die vorliegende Erfindung betrifft somit eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bereitstellung kühler Luft sowie biologisch gereinigtem Wasser. Die biologische Wasserbehandlung benutzt eine Variante eines T ropfkörperverfahrens (T ricklingfilter) für die Reinigung des verunreinigten Abwassers (insbesondere Grauwasser) und dient gleichzeitig der Gebäudeklimatisierung durch Kühlung von Luft. Die Erfindung kombiniert Wasserreinigung und Luftkühlung durch Evaporation sinnvoll miteinander: sowohl Kühlung als auch biologisch gereinigtes Wasser werden in einem Verfahrensschritt bereitgestellt. Durch dieselbe Konstruktion, mit der die Abwasserbehandlung erfolgt, wird gleichzeitig die Nutzung der entstehenden Verdunstungskälte ermöglicht und diese reagiert im Gegensatz zu herkömmlichen Konstruktionen nicht anfällig auf Staub, Schmutz und/oder hartes Wasser. Die vorliegende Vorrichtung kann also nicht nur mit Trink- oder Salzwasser, sondern vielmehr mit Abwasser betrieben, ohne dabei negative Auswirkungen auf den Produktluftstrom zu nehmen. Zudem wird das Produktwasser, welches nicht verdunstet wird, maßgeblich biologisch gereinigt.

Es handelt sich um eine Vorrichtung und ein Verfahren zur gleichzeitigen Bereitstellung von gekühlter Luft, z.B. für die Gebäudeklimatisierung, und biologisch aufbereitetem Wasser. Die integrierte Reinigung von verunreinigtem Wasser erfolgt durch eine Variation eines Tropfkörperverfahrens, wobei das Verfahren die biologische Umwandlung der Inhaltsstoffe durch einen Biofilm beinhaltet. Das Verfahren umfasst vorzugsweise die folgenden Schritte: Versprühen oder Verrieseln des zu behandelnden Abwassers mit Hilfe eine Sprühvorrichtung bzw. Auslassvorrichtung über einem mit (Biofilm-)Trägermaterial bepackten Verdampfer, im Verdampfer stattfindende (Ab-) Wasserbehandlung und gleichzeitige Teilevaporation des Abwassers durch Luftzufuhr bzw. Zwangsbelüftung mit einem Gebläse.

Als Betriebsmittel kann Trinkwasser bis hin zu Abwasser mit biologisch abbaubarer Belastung, verwendet werden, wobei Letzteres aerob-biologisch aufbereitet wird. Das Grau- oder Abwasser kann aus dem Hausnetz oder auch aus industriellen Teilströmen abgegriffen und in einem unteren Behälter gesammelt werden, von wo aus der Schacht beschickt wird.

Die vorliegende Erfindung optimiert bekannte Tropfkörper-Abwasserbehandlungssysteme für eine direkte Wasserwiederverwendung für Begrünung bei synergetischer Nutzung des Evaporationskühlungseffekts. Eine Zirkulation des Abwassers über in einem Schacht hängende mit aerobem Biofilm bewachsene Kunststoffstreifen ermöglicht die für eine biologische Reinigung mit Nitrifikation benötigte Kontaktzeit. Verbreitete Evaporationskühlanlagen akkumulieren Staub an den wasserbenetzten Oberflächen. Darüber hinaus muss immer ein Teil des Wassers verworfen werden, um ein Auskristallisieren von Salzen auf diesen Oberflächen zu verhindern. Für einen Tropfkörper aus Kunststoffstreifen ist durch einen Luftstrom anhaftender Staub kein Problem, da dieser zusammen mit dem Überschussschlamm abfällt und in der Nachklärung abgeschieden wird. Wenn dazu ohnehin Wasser für eine Wiederverwendung aufbereitet und abgezogen wird, lässt sich ein Teilstrom verdunsten, ohne das problematische Salzkonzentrationen erreicht werden. Eine Möglichkeit das während der Wasserbehandlung im Tropfkörper als Verlust anzusehende, verdampfende Wasser zu nutzen, wird durch die Erfindung möglich. Während Evaporationskühlanlagen befeuchtete Luft direkt in Innenräume führen, stellt dies für die zuvor mit Abwasser in Kontakt stehende Luft keine Option dar. Im Gegenteil stellt die sichere Abfuhr der geruchsbelasteten Abluft ein Verbreitungshemmnis des Tropfkörperverfahrens dar. Eine Synergie lässt sich hierbei durch eine die gesamte Gebäudehöhe überspannende Schachtkonstruktion und einen Anschluss von Kompressionskältemaschinen erzeugen. Die Abluft kann zur Ableitung über deren Gebläse aufs Dach befördert werden, während angeschlossene Klimasysteme eine vorgekühlte Zuluft erhalten und dadurch energiesparender arbeiten. Durch eine technische Durchlüftung des Tropfkörperprozesses wird dazu ein Insektenbefall ausgeschlossen.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, Wasser auch unterhalb Trinkwasserqualität, z.B. Abwasser mit biologischer Belastung, ggf. nach einer Vorsiebung und Vorklärung zur Verdunstungskühlung einzusetzen und gleichzeitig das Abwasser biologisch aufzubereiten, sowie den Schlamm per Filtration anzusammeln und im selbigen Luftstrom auszutrocknen. Somit verschafft die Zwangsbelüftung dem Verfahren, die z.B. über ein Gebläse ermöglicht werden kann, 3 Vorteile, die die sonst unterschiedlichen Verfahren ineinander kombiniert: Zum einen werden die Mikroorganismen und der Biofilm effizient mit Sauerstoff versorgt, eine Kühlung der Luft über Verdunstungskühlung ermöglicht sowie der Schlamm getrocknet und transportfähiger gemacht.

Die gekühlte Luft kann zur Effizienzsteigerung an AC Split Units oder zur gesamten Kühllast Abfuhr innerhalb von Dessicant Evaporative Cooling Verfahren eingesetzt werden. Im besten Falle sorgt die Energieeinsparung für die Gebäudeklimatisierung genauso oder mehr Energieeinsparung als die Wasserreinigung an Energie benötigt und kann somit als autark angesehen werden. In sehr trocken-warmen Zeiten kann die Anlage sogar mehr Energie einsparen.

Wie oben angeführt, ist an der mindestens einen Luftzufuhröffnung im ersten Bereich und/oder an der mindestens einen Luftabfuhröffnung im zweiten Bereich des Behälters mindestens ein Gebläse zur Erzeugung eines Luftstromes durch den Behälter entlang des Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM vorgesehen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gebläse zur Zwangsbelüftung bevorzugt am Luftauslass bzw. an der Luftabfuhröffnung des Behälters, insbesondere des zweiten Behälterbereiches angebracht und erzeugt einen Unterduck im Behälter bzw. Schacht. Dadurch wird verhindert, dass mit Abwasser kontaminierte Luft den Behälter vor Erreichen des Luftauslasses verlässt und die Umgebung olfaktorisch belästigt. Im oberen Teil wird die gekühlte Luft angezogen und kann verwendet werden, z. B. für die Kühlung der Kondensationsseite eines konventionellen Kompressionskältekreislaufes oder über einen Luft- Luft Wärmetauschers. In einer anderen Ausführungsform kann das Gebläse jedoch auch an der mindestens einen Luftzufuhröffnung im ersten Bereich vorgesehen sein. In diesem Fall unterstützt das Gebläse den Luftstrom entlang des Biofilmträger- und Evaporationsmediums. Es ist aber auch denkbar, dass jeweils ein Gebläse an der mindestens einen Luftzufuhröffnung im ersten Bereich und an der mindestens einen Luftabfuhröffnung im zweiten Bereich des Behälters vorgesehen ist.

Es ist möglich, dass das durch den Behälter, insbesondere den ersten Bereich des Behälters geführte Wasser in einem (unterhalb des Behälters vorgesehenen) Aufnahmebehälter gesammelt und mit einer Pumpe im Kreis geführt wird. Verschiedene, in der Vorrichtung vorgesehene Ventile, wie z.B. ein gesteuertes Dreiwegeventil, dienen einer sequentiellen Anlagenfahrweise, um gezielt sauberes Wasser nach der Behandlung durch Vorklärung und biologische Behandlung anschließend im Speicher- und Nachklärbehälter anzusammeln. Das biologisch gereinigte Abwasser wird aus einem Nachklärbehälter zur weiteren Verwendung, z. B. zur Bewässerung von Pflanzen, abgeführt.

Im Verlauf der sequentiellen Fahrweise der vorliegenden Vorrichtung kann es zur Bildung von Bioschlamm kommen. Dieser Bioschlamm kann sich am Boden des Aufnahmebehälters ansammeln und kann von dort aus über an die Kanalisation angeschlossene Ablaufventile periodisch aus dem System entfernt werden.

In einer Ausführungsform erfolgt eine Abscheidung von partikulären Verschmutzungen und des sich bildenden biologischen Behandlungsschlamms über mindestens ein Filtersacksystem; d.h. der sich bildende Bioschlamm wird in mindestens einem, bevorzugt mehreren Filtern abgetrennt. Diese Filter können als Filtersäcke ausgebildet sein.

Die Filtersäcke sind bevorzugt über dem Aufnahmebehälter vorgesehen. Durch die gezielte Luftführung durch den Behälter und mit Hilfe von Regelklappen können die Filter getrocknet werden und der getrocknete Schlamm kann in einfacher Weise entsorgt werden.

Die vorliegende Vorrichtung weist eine Vielzahl von Vorteilen auf. Die Vorrichtung ermöglicht eine Steigerung der Energieeffizienz sowie Anwendungsweite von Gebäudeklimatisierung durch Kombination von Verdunstungskühlung und Wasserreinigung, eine energieeffiziente Gebäudeklimatisierung ohne Trinkwasserverbrauch sowie eine biologische Abwasserreinigung. Die gelösten organischen Bestandteile im Wasser werden biologisch abgebaut und größtenteils in ungelöste, absetzbare Stoffe umgewandelt. Die Anlage ist mit einer herkömmlichen Vor- und Nachklärung sowie anderen Reinigungsverfahren, wie z. B. einer Desinfektion, erweiterbar. Es besteht keine Verstopfungsgefahr, da für Abwasser entworfene Biofilmträgermaterialien eingesetzt werden, womit auch der bekannten Verstopfungsgefahr von Verdunstungskühlanlagen durch Staub vorgebeugt wird. Die robuste, für Abwasserreinigung eingesetzte Tropfkörpertechnik hat keinerlei Probleme mit Staub oder Verstopfungsgefahren wie herkömmliche Verdunstungskühlanlagen. Das sich anlagernde Material wird einfach mit dem Überschussschlamm im Nachklärbecken oder über Filter aus dem System entfernt, ohne dabei die Funktion einzuschränken.

Die Vorrichtung ermöglicht auch eine dezentrale Abwasserreinigung, die auch an Bestandsgebäuden nachgerüstet werden kann. Die Anlage stellt eine besonders flexibel einsetzbare dezentrale Abwasserreinigung dar, da keine Baugruben notwendig sind und die Anlage ohne größere Baumaßnahmen entlang einer bestehenden Hauswand installiert werden kann.

Das sich innerhalb des Gehäuse- bzw. Behälterschachtes befindliche Biofilmträger- und Evaporationsmedium (BEM) wird mit dem Abwasser benetzt. Das BEM ist entlang eines mit dem Gebläse erzeugen Luftvolumenstroms angeordnet, welcher durch die Verdunstung des Evaporationsmediums gekühlt wird, während der Biofilm gleichzeitig biologisch abbaubare Stoffe innerhalb des Abwassers umsetzt.

In einer Ausführungsform umfasst das Biofilmträger- und Evaporationsmedium (BEM) ein Kunststoffelement, insbesondere aus Polyvinylchlorid, Polypropylen, Polyethylen, Polyurethan, PVDF oder andere geeignete Polymere.

Das Biofilmträger- und Evaporationsmedium (BEM) besteht insbesondere aus Kunststoffstreifen, die auf einem Gitterrahmen befestigt sind. Das BEM kann dabei aus in Längsrichtung im Schacht als dünne, weiche Folienstreifen auf einem Kunststoff- oder Edelstahl-Haltegitter eingespannt werden. In einer Ausführungsform sind die Kunststoffstreifen des Biofilmträger- und Evaporationsmediums (BEM) auf dem Gitterrahmen in sich überlappender Weise angeordnet.

Diese Einspannvorrichtung ist innerhalb des Schachtes am oberen und am unteren Ende der Schachtkonstruktion befestigt und sorgt für die definierte Positionierung des BEM parallel zur Schachtlängsachse. Überlappung, Schaffung von Nischen o.Ä. ermöglichen im Vergleich zur direkt überströmten Oberfläche zum einen eine Erhöhung der für den Biofilmträgerbewuchs zur Verfügung stehenden Gesamtfläche im Schacht. Zum anderen erfolgt die Ausbildung ökologischer Nischen durch eine geringere Scherbelastung des Biofilms sowie verlangsamte Austrocknung durch Wasserhaltefähigkeit über Oberflächenspannung zwischen den Schichten. In diesen Nischen entwickeln sich andere Arten von für den Behandlungsprozess verantwortlichen Mikroorganismen als auf den Au ßenflächen, die somit zu einer größeren Artenvielfalt und somit zu einem stabileren Behandlungssystem führen. Auf den BEM lebende Mikroorganismen führen den biologischen Abbau der im Abwasser gelösten organischen Inhaltsstoffe und die Nitrifikation des Ammoniums durch. Die Mikroorganismen entnehmen aus dem über das BEM rieselnden Abwasser die verwertbaren gelösten und fein dispersen Inhaltsstoffe und wandeln diese in Biomasse um, die laufend aus dem BEM ausgespült und in einem nachgeschalteten Trennverfahren, z. B. einem Nachklärbecken, abgetrennt wird.

Die BEM-Folienstreifen müssen eine leichte Welligkeit aufweisen, um eine in Maßen ungleichmäßige Überdeckung zu ermöglichen. Diese ist wichtig, um einen Stoffaustausch mit Abwasserbestandteilen und Sauerstoff sicherstellen zu können. Der Abstand zwischen den Halteleisten und die Konstruktion des gesamten Haltegestells ist so gewählt, dass sich im Schacht ein geringstmöglicher Luftströmungswiderstand ergibt. Das Haltegestell am unteren Ende des Schachts verfügt über eine technische Option, um die BEM-Folienstreifen leicht vorzuspannen, damit sie durch den Luftstrom nicht in Bewegung geraten und immer eine ungehinderte Durchströmung erlauben. Die BEM-Streifen sind dabei so dimensioniert, dass sie sowohl der Zugkraft der Einspannung als auch des Biofilmgewichts sowie der Beanspruchung durch den Luftstrom widerstehen können.

Die volumenbezogene Reinigungsleistung des BEM hängt von der Größe der Biofilmoberfläche ab. Das BEM sollte mindestens über eine spezifische Oberfläche von etwa 200 m ² /m ³ verfügen. Aufgrund der Biomassefixierung eignen sich die Kunststoffelemente unter anderem für die Eliminierung von schwerer abbaubaren Abwasserinhaltsstoffen, die nur von langsam wachsenden, spezialisierten Mikroorganismen abgebaut werden können.

In einer Ausführungsform weist der Behälter der Vorrichtung keine weiteren Öffnungen für Luftzufuhr (als die oben angeführten) auf. Dies ist wichtig, damit in dem Behälter ein Luftstrom ausgebildet werden kann. Auch sollte das Behältermaterial lichtundurchlässig sein, da es sonst zur Algenbildung auf bzw. im Biofilmträger- und Evaporationsmedium (BEM) kommt. Die Öffnung am unteren Ende des Schachts sollte in Bezug auf einen möglichst druckverlustarmen Gebläsebetrieb optimiert werden. Im Winterbetrieb, während keine Kälteerzeugung, aber noch immer eine Wasserbehandlung gefordert ist, sollte sich diese Öffnung verringern lassen, während auch das Gebläse mit einer Minimalgeschwindigkeit läuft. Dadurch kann einem Wasserverlust durch Verdunstung wie auch möglichen Frostproblemen entgegengewirkt werden.

Die Abmaße des Gehäuses bzw. Behälters sind flexibel und richten sich nach der geometrischen Situation am Aufstellungsort. Da die Abwasserströme eines Gebäudes meist im Erdgeschoss / Keller vereinigt und Klimaanlagen meist auf dem Dach oder an der Fassade aufgestellt werden, bietet es sich an, das System über die gesamte Gebäudehöhe zu erstellen. Je nach Anforderungen an die Wasserbehandlung (die Gesamtoberfläche des Biofilmträgermaterials hängt von der zu behandelnden Schmutzfracht ab) kann die Schachtkonstruktion vollständig oder auch nur teilweise mit BEM gefüllt hergestellt werden. Die Gesamtlänge des Schachtes ist beliebig, muss aber in Anbetracht des steigenden Strömungswiderstandes, gegen den das Gebläse arbeiten muss, optimiert werden.

Das Gebläse zieht die sich im Schacht durch Verdampfung isenthalp gekühlte Luft an der oberen Öffnung ab. Die gekühlte Luft kann zur Kühlung der Kondensationsseite eines Kompressionskältekreislaufes verwendet werden oder über einen Wärmetauscher einen Sekundärkreislauf kühlen. Die Gebläse- bzw. Lüftergeschwindigkeit wird durch eine variable Drehzahl durch eine geeignete Mess- und Regelungstechnik eingestellt. So befinden sich am Luftein- und -auslass Luftfeuchtigkeits- und Temperatursensoren. Abhängig von der erzielten Feuchtigkeitssättigung sowie der Auslasstemperatur wird der Luftvolumenstrom des Gebläses gesteuert. So wird bei einer sehr hohen Temperatur der in das Gehäuse eintretenden Umgebungsluft das Gebläse auf einen höheren Luftvolumenstrom eingestellt. Ist hingegen die Umgebungslufttemperatur niedrig und es besteht kein Kühlungsbedarf, dann schaltet das Gebläse auf Mindestdrehzahl, mit der noch eine ausreichende Durchlüftung für den Reinigungseffekt gewährleistet ist. Das Gerät kann in mehreren Betriebsweisen benutzt werden. Als eine Stellgröße bietet sich der vorhandene Kühlbedarf an. In der einfachsten Ausführung ist das Gebläse zeitgleich der Ventilator eines bereits vorhandenen Rückkühlers zur Gebäudeklimatisierung. Immer wenn dieser läuft, wird der Schacht zwangsbelüftet, und die den Schacht und den Rückkühler durchströmende Luft wird gekühlt und dieses führt so zu einer verringerten Stromaufnahme des Kompressors des Rückkühlers. Ein variables Gebläse könnte alternativ immer den Luftvolumenstrom fördern, der notwendig ist, um die Luft maximal isenthalp zu kühlen. Eine Limitierung der Gebläseleistung könnte durch die benötigte oder vorhandene Abwassermenge gegeben sein. Weitere Betriebsarten, wie Dauerbetrieb, Lebenshaltungsbetrieb der Mikroorganismen, o.Ä. sind einfach realisierbar.

Die Leistung des Gebläses B ist bevorzugt an Temperatur und Luftfeuchtigkeit an den Öffnungen zur Luftzufuhr und Luftabfuhr einstellbar. Das Gebläse beinhaltet einen elektrischen Antrieb, welcher nach Frequenz einstellbar ist. Die Frequenz wird automatisch auf Basis der oben beschriebenen Parameter eingestellt. Die Messtechnik sind die Sensoren, und die Steuerung erfolgt über die Frequenz des Gebläsemotors. Darüber werden die Abhängigkeiten der Regelparameter Volumenstrom / Luftfeuchte / Auslasstemperatur geregelt.

Luftfeuchtigkeitsgeregelte Lüfterfahrweise: In diesem Fall ist ein Temperatur - Luftfeuchtigkeitssensor an der Einströmöffnung und ein weiterer an der Ausströmöffnung vorgesehen. Damit wird die Überströmung des Biofilmträgers dahingehend optimiert, dass sich eine maximale Feuchte der Luft einstellt. Die Regelung muss aber auch noch einen zweiten Parameter haben, der mit in die Drehzahlregelung hineinspielt: den gewünschten Luftvolumenstrom. Denn wenn viel Luft gebraucht wird, um eine Klimaanlage zu kühlen, sollte die Regelung so einstellbar sein, dass sie auf die "möglichst große Menge mit möglichst großer Luftfeuchtigkeit" optimiert. Fall A: kleiner Luftvolumenstrom gefordert - Lüfter läuft langsam, damit Luftfeuchte größer 95% erreicht wird. Fall B: großer Luftbedarf gefordert - Lüfter läuft so schnell wie möglich, um immer noch mindestens z. B. 75% Feuchte und damit für den großen Luftvolumenstrom die größtmögliche Kühlung zu erreichen.

Die Gebläse- bzw. Lüftergeschwindigkeit kann durch eine automatische Fahrweise und einer geeigneten Mess-und Regelungstechnik optimiert werden. So befinden sich an der Luftzufuhr Öffnung Feuchtigkeits-&Temperatursensoren für die Umgebungsluft, die in einem direkten Kontakt mit der Produktluft stehen. Durch diese wird die Frequenz und somit den Luftvolumenstrom des Gebläses gesteuert. So wird bei einer sehr hohen Umgebungstemperatur und/oder niedrige Feuchtigkeit der in das Gehäuse eintretenden Umgebungsluft das Gebläse auf einen höheren Luftvolumenstrom eingestellt. Ist hingegen die Umgebungslufttemperatur niedrig und es besteht kein Kühlungsbedarf, dann schaltet das Gebläse auf Mindestdrehzahl um, aber so dass noch Ablaufwasserqualität durch Reinigung gewährleistet ist.

In einer anderen Ausführungsform kann die Luftzufuhr und Luftabfuhr bei einem konstant laufenden Gebläse durch Ansteuerung der beschriebenen Regelklappen geregelt werden. Dies wäre z.B. im Fall des Anschlusses einer normalen Klimaanlage von Vorteil, da das Gebläse für die Luftbewegung, in diesem Fall das Standardgebläse der Klimaanlage, nicht geregelt werden würde.

Die vorliegende Vorrichtung ist so zu dimensionieren, dass im Auslegungspunkt die austretende Luft auf mindestens 90% rel. Luftfeuchtigkeit befeuchtet wird. Der Auslegungspunkt ist der Zeitpunkt des höchsten Kälteleistungsbedarfs (in kW), z.B. der wärmste Tag, Tag mit höchster Sonneneinstrahlung oder Tag mit höchsten internen Lasten, oder der Zeitpunkt des höchsten geklärten Abwasserbedarfs. Desto länger der Schacht, desto größer kann die geförderte Luftmenge (sprich die bereitgestellte Kühlleistung) sein. Die maximale Größe des Schachtes richtet sich nach dem maximalen Luftvolumenstrom (Gebläsegröße) und nach dem Kälteleistungsbedarf. Die Kälteleistung wird durch die Strömungsgeschwindigkeit der Luft im Schacht begrenzt. Es ist sicherzustellen, dass der Luftstrom nicht zu Ablösungen des Biofilmträgers führt.

Die Kälteleistung definiert sich wie folgt: Kälteleistung = Luftvolumenstrom ^* Dichte ^* Wärmekapazität der Luft ^* maximale Temperaturdifferenz im Auslegungszeitpunkt zwischen Lufteintritt (Umgebungsluft) und auf 90% befeuchtete Schachtluft

Die Kapazität der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist variabel einstellbar und lässt sich z.B. an die Gegebenheiten beim Kunden anpassen. Über die Grundfläche der Schachtkonstruktion lassen sich Querschnitte entsprechend des Bedarfs anpassen. Dabei muss zum einen auf ausreichende Biofilmfläche zur biologischen Behandlung [ATV-DVWK-A 281 ] und zum anderen auf eine ausreichende Querschnittsfläche für eine verlustarme Luftführung [v < 6m/s] geachtet werden.

Die Länge bzw. die Höhe der Behältervorrichtung hängt davon ab, wie stark die biologische Reinigung des Abwassers ausfallen soll bzw. wieviel Abwasser verdunstet werden soll. Beides hängt zusätzlich von weiteren Parametern ab, wie Temperaturen, Abwasserinhaltsstoffen, Frachtverlauf (Schwankungen), Luftvolumenstrom. Je länger dieser Teil ist, desto höher muss bei einer vertikalen Anlage auch das Abwasser befördert und auf dem BEM verrieselt werden und somit mehr Energie in Anspruch genommen werden. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, innerhalb des Schachtes die Höhe des BEM möglichst gering zu halten, aber gleichzeitig die notwendige Oberfläche für den Biofilm zur Verfügung zu stellen sowie das Verstopfen und unnötigen Druckverlust zu vermeiden. Wenn es die verfügbare Standfläche in einem urbanen Kontext nicht zulässt, oder weil eine Kombination mit der Funktion eines Luftschachts möglich ist, kann auch höher gebaut werden. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Vorrichtung umfasst die Berieselungsanlage mehrere Sprühdüsen, die eine feine Verteilung des Abwassers über das Biofilmträger- und Evaporationsmedium (BEM) ermöglichen.

In einer anderen Ausführungsform umfasst die vorliegende Vorrichtung mindestens einen Aufnahmebehälter für das ungereinigte Abwasser und das durch über das Biofilmträger- und Evaporationsmedium (BEM) rieselnde Abwasser. Der Aufnahmebehälter weist einen Anschluss für das zu reinigende Abwasser auf. Die Zufuhr des zu reinigenden Abwassers wird durch mindestens ein Ventil gesteuert. Der Aufnahmebehälter dient ebenfalls der Aufnahme des durch das BEM rieselnden (jetzt teilweise biologisch gereinigte) Abwassers. Bioschlamm sammelt sich am Boden des Behälters an und wird aus dem Behälter abgeführt. Die Abfuhr des Bioschlamms aus dem Aufnahmebehälter wird durch ein weiteres Ventil gesteuert.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Vorrichtung ist mindestens eine Pumpe zum Führen des Abwassers, insbesondere aus dem Aufnahmebehälter, über mindestens eine Druckleitung zu der mindestens einen Berieselungsanlage vorgesehen.

Bevorzugt umfasst die vorliegende Vorrichtung Ventile zur sequentiellen Fahrweise der Vorrichtung. So sind an der Druckleitung mindestens zwei Ventile vorgesehen, wobei ein Ventil am unteren Ende der Druckleitung nahe der Pumpe am Aufnahmebehälter und ein Ventil am oberen Ende der Druckleitung nahe der Berieselungsanlage zur Steuerung des Betriebswassers aus dem Aufnahmebehälter zur Berieselungsanlage oder zum Nachklärbehälter angeordnet sind. Letzteres Ventil ist bevorzugt als Dreiwegeventil ausgebildet.

Die vorliegende Vorrichtung kann auch mindestens einen Nachklärbehälter zur Aufnahme von gereinigtem Abwasser aufweisen. Im Nachklärbehälter setzt sich weiterer Bioschlamm ab und das gereinigte Abwasser wird abgetrennt. Das biologisch gereinigte Abwasser wird aus dem Nachklärbehälter zur weiteren Verwendung z.B. zur Bewässerung von Pflanzen abgeführt. Der sich im Nachklärbehälter absetzende Schlamm wird aus dem Nachklärbehälter über eine Leitung mit mindestens einem weiteren Ventil z.B. in die Kanalisation abgeführt.

In einer weiteren bevorzugten Variante der vorliegenden Vorrichtung wird die Funktion des Biofilmträger- und Evaporationsmediums (BEM) mit mindestens einem Wärmeübertragungssystem kombiniert. BEM und Wärmeübertragungssystem können zusammen in einem Behälter oder getrennt in jeweils einem eigenen Behälter vorgesehen sein.

Die Kombination ermöglicht die Versorgung eines sekundären Kühlkreises. Eine Möglichkeit ist die Nutzung eines Luft-Luft-Wärmeübertragers um die Zuluft in ein Gebäude durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zu kühlen oder in ein DEC (Dessicative and Evaporative Cooling)-Vollklimasystem einzubetten.

Es ist bevorzugt, wenn das mindestens eine Wärmeübertragungssystem aus Wärmeaustauschmatten, insbesondere aus Kapillarohrmatten besteht. Kapillarrohrmatten bestehen typischerweise aus Kunststoff aus mindestens einem Verteilerrohr, einem Sammelrohr und dazwischen verlaufenden flexiblen Kapillarrohren. Durch die Kapillarrohre wird eine Kühlflüssigkeit bzw. Kühlmittel zum Beispiel aus einer Wärmetauschanlage geführt. Das Kühlmittel kann der Abkühlung einer weiteren Flüssigkeit in der Wärmeaustauschanlage dienen. Entsprechend ist das mindestens eine Wärmeübertragungssystem bevorzugt mit einer Wärmetauschanlage, insbesondere einem Kühlmittelkreislauf gekoppelt. Die adiabatisch abgekühlte Luft strömt an den Kapillarrohren vorbei und kühlt dabei die im Inneren der Kapillarrohen geführte Kühlflüssigkeit ab.

Eine einfache Kombination aus Wärmeüberträger, der über ausreichende Korrosionsbeständigkeit verfügt, und Wasserbehandlung lässt sich durch den gemeinsamen Einbau von Kapillarrohrmatten und Biofilmträgerstreifen realisieren, wodurch ein zu kühlender, geschlossener Fluidstrom an in dem sich durch Verdunstung abkühlenden BEM-Bereich gekühlt werden kann.

Durch die Kapillarrohre wird eine Kühlflüssigkeit bzw. Kühlmittel zum Beispiel aus einer Wärmetauschanlage geführt. Das Kühlmittel kann zur Kühlung eines weiteren Kreislaufs über einen Wärmetauscher genutzt werden. Kapillarrohrmatten sind dabei nur ein spezieller Typ von Wärmeaustauschern. Es können auch andere Wärmeaustauscher verwendet werden. Wichtig ist, dass die verwendeten Wärmeaustauscher eine hohe Beständigkeit gegenüber dem Abwasser (Korrosion, Abrasion etc.) sowie eine hohe Oberfläche zur Wasserreinigung und -Verdunstung aufweisen.

Die vorliegende Vorrichtung ermöglicht die Durchführung eines Verfahrens zur gleichzeitigen biologischen Reinigung von Abwasser, insbesondere Abwasser mit biologisch abbaubarer Belastung, und Bereitstellung von gekühlter Luft unter Verwendung einer (oben beschriebenen) Vorrichtung umfassend die Schritte:

- Durchführen eines Luftstromes durch den Behälter von einer Luftzufuhröffnung durch entlang des im Behälters vorgesehenen Biofilmträger- und Evaporationsmediums (BEM) zur oberen Luftabfuhröffnung und Einstellen des Luftstromes unter Verwendung des Gebläses B;

- Zuführen von Abwasser, insbesondere von Abwasser mit biologisch abbaubarer Belastung Grauwasser, in die Berieselungsanlage S,

- Aufbringen des Abwassers auf das Biofilmträger- und Evaporationsmedium (BEM) durch die Berieselungsanlage S; wobei das Abwasser entlang des Biofilmträger- und Evaporationsmediums (BEM) durch den Behälter geführt wird und dabei zumindest teilweise den Luftstrom kühlt; und

- Auffangen oder Abführen des entlang des Biofilmträger- und Evaporationsmediums (BEM) geführten Abwassers.

In dieser Ausführungsvariante werden der Luftstrom und das Abwasser bevorzugt im Gegenstrom geführt.

In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte:

- Einführen eines Luftstromes durch eine Öffnung zur Luftzufuhr in einen ersten Bereich des mit mindestens einen Strömungsleitmittel versehenen Behälters und Einstellen des Luftstroms im Behälter unter Verwendung von mindestens einem Gebläse;

- Durchführen des Luftstromes entlang des im ersten Bereich des Behälters vorgesehenen Biofilmträger- und Evaporationsmediums (BEM),

- Zuführen von Abwasser, insbesondere von Abwasser mit biologisch abbaubarer Belastung Grauwasser, in die im ersten Bereich des Behälters vorgesehene Berieselungsanlage S,

- Aufbringen des Abwassers auf das Biofilmträger- und Evaporationsmedium (BEM) durch die Berieselungsanlage S; wobei das Abwasser entlang des Biofilmträger- und Evaporationsmediums (BEM) mit dem Luftstrom geführt wird und dabei zumindest teilweise den Luftstrom kühlt;

- Umlenken des gekühlten Luftstromes durch das Strömungsleitmittel in den zweiten Bereich des Behälters und Abführen des gekühlten Luftstromes durch mindestens eine im zweiten Bereich des Behälters vorgesehene Öffnung zur Luftabfuhr; und

- Auffangen oder Abführen des entlang des Biofilmträger- und Evaporationsmediums (BEM) geführten Abwassers. In dieser Ausführungsvariante werden der Luftstrom und das Abwasser bevorzugt im Gleichstrom durch den ersten Behälterbereich geführt.

In einer bevorzugten Variante des vorliegenden Verfahrens wird der den Behälter verlassende gekühlte Luftstrom zur Kühlung der Kondensationsseite eines Kompressionskältekreislaufes oder nach Durchleiten durch einen Luft-Luft Wärmetauscher zur Kühlung von einem weiteren Luftstrom zur Abkühlung von Räumen verwendet.

In einer weiteren bevorzugten Variante des vorliegenden Verfahrens wird durch das mindestens eine Wärmeübertragungssystem ein Kühlmittel einer Wärmetauschanlage geführt wird, wobei das Kühlmittel in dem Wärmeübertragungssystem durch den durch den Behälter geführten Luftstrom abgekühlt wird.

Als eine noch weitere bevorzugte Variante wird als Zuluft für den BEM-Schacht eine trockenere und eventuell bereits vorgekühlte Zuluft (z. B. die Abluft eines Gebäudes) eingesetzt. Durch den zusätzlich gesenkten Feuchtigkeitsanteil bzw. Vorkühlung können durch diese Variante noch deutlich niedrigere Lufttemperaturen im Schacht erreicht und dadurch vollständige Gebäudekühllasten abgeführt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur gleichzeitigen biologischen

Reinigung von Abwasser und Bereitstellung von gekühlter Luft;

Figur 2 eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zur gleichzeitigen biologischen Reinigung von Abwasser und Bereitstellung von gekühlter Luft;

Figur 3 eine dritte Ausführungsform einer Vorrichtung zur gleichzeitigen biologischen Reinigung von Abwasser und Bereitstellung von gekühlter Luft;

Figur 4 A, B eine vierte Ausführungsform einer Vorrichtung zur gleichzeitigen biologischen Reinigung von Abwasser und Bereitstellung von gekühlter Luft;

Figur 5 eine fünfte Ausführungsform einer Vorrichtung zur gleichzeitigen biologischen Reinigung von Abwasser und Bereitstellung von gekühlter Luft; Figur 6 eine sechste Ausführungsform einer Vorrichtung zur gleichzeitigen biologischen Reinigung von Abwasser und Bereitstellung von gekühlter Luft;

Figur 7 eine siebte Ausführungsform einer Vorrichtung zur gleichzeitigen biologischen Reinigung von Abwasser und Bereitstellung von gekühlter Luft;

Figur 8 eine achte Ausführungsform der Vorrichtung zur gleichzeitigen biologischen Reinigung von Abwasser und Bereitstellung gekühlter Luft; und

Figur 9 A, B eine Verwendungsform einer Vorrichtung zur gleichzeitigen biologischen Reinigung von Abwasser und Bereitstellung von gekühlter Luft

Figur 1 zeigt eine Basisausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Es sind die grundlegenden Komponenten (Gehäuse K bzw. Behälter, Berieselungsanlage S, Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM, Gebläse B) vorhanden, um Kühlung von Luft und gleichzeitig in derselben Konstruktion eine aerob-biologische Wasserreinigung zu bewirken. Die Anlage kann mit Abwasser betrieben werden.

Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung dient der gleichzeitigen Bereitstellung von gekühlter Luft (z. B. für die Unterstützung der Gebäudeklimatisierung) und biologisch und physikalisch aufbereitetem Wasser. Die integrierte Reinigung von verunreinigtem Wasser erfolgt durch ein Tropfkörperverfahren in einem Gehäuse K, wobei die Inhaltsstoffe des Abwassers durch die Mikroorganismen des auf dem Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM gebildeten Biofilm abgebaut werden. Hierzu wird das Abwasser A zunächst in den Aufnahmebehälter T1 eingeführt, von dort über die Druckleitung mit der Pumpe P1 zur Sprühvorrichtung S gepumpt und über das Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM versprüht. Die Sauerstoffversorgung der Mikroorganismen wird durch den durch das Gebläse B im Gehäuse K erzeugten Luftstrom gewährleistet, wobei eine Teilevaporation des Abwassers durch Luftzufuhr (aus vorgekühlter oder Umgebungsluft) erfolgt. Als Betriebsmittel (A) kann Trinkwasser bis hin zu Abwasser verwendet werden, wobei Letzteres wie beschrieben aerob biologisch aufbereitet wird. Im Falle von Abwasser A aus dem Hausnetz erfolgt der Zulauf aus dem unteren Behälter T1 . Die Schachtkonstruktion des Gehäuses K ist so angebracht, dass durch einen Unterdrück ein Luftzug entsteht, ohne dass Luft aus dem Verdampfer- bzw. Biofilmträger- und Evaporationsmedium (BEM) aus dem Schacht oder der Öffnung im unteren Teil des Gehäuses K austritt. Im oberen Teil wird die isenthalp gekühlte Luft D abgezogen und kann verwendet werden, z. B. für die Kühlung der Kondensationsseite eines Kompressionskältekreislaufes eines Rückkühlers (siehe Tabelle 1 der möglichen Energieeinsparungen) oder um mit einem Kreuzstrom-Wärme-Überträger die Gebäude-Zuluft vorzukohlen. Im unteren Teil der Anlage wird das durch das Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM durchrieselnde Wasser im Aufnahmebehälter T1 gesammelt und mit der Pumpe P1 in den Kreis wieder eingeführt. Die Ventile (V1 , V2, V3, V4, V5) in der Figur 2 dienen einer sequentiellen Anlagenfahrweise, um gezielt sauberes Wasser nach der Behandlung im Nachklärbehälter T2 durch Vor- und Nachklärung anzusammeln und auf konzentrierten Schlamm R aus dem System, z. B. in die Kanalisation, zu entfernen.

In Figur 3 ist parallel zum Biofilmträger- und Evaporationsmedium BEM ein Wärmeübertragungssystem N, z. B. in Form einer Kapillarrohrmatte, vorgesehen. Das Wärmeübertragungssystem N dient ebenfalls als Oberfläche für die abbauaktive Biomasse, und gleichzeitig wird eine durch das System N fließende Flüssigkeit abgekühlt. Es werden somit Synergieeffekte genutzt. Das Wärmeübertragungssystem N kann BEM überflüssig machen, wenn N zusätzlich die Eigenschaften von BEM beinhaltet, also die des Biofilmträger und Evaporationsmediums.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren rieselt das zu behandelnde Wasser schwallweise über möglichst große Oberflächen, auf denen die Reinigung des verschmutzten Wassers stattfindet. Durch die große Oberfläche verdunsten gleichzeitig größere Mengen Wasser, wodurch gerade bei heißer, trockener Außenluft eine deutliche isenthalpe Luftabkühlung eintritt. Durch Nutzung von Kapillarrohrmatten N als Biofilmträger, durch die ein Kühlmedium mit der Pumpe P3 gefördert wird, kann der Wasserreinigungsprozess zur Wärmeabfuhr H bei der Gebäudekühlung genutzt werden.

Der Verfahrensteil der isenthalpen Kühlung mit Gebäudeklimatisierung nutzt die bei der Verrieselung des Abwassers entstehende Verdunstungskälte zur Abkühlung des in den Kapillaren der Kapillarrohrmatten zirkulierenden Kühlwassers. Beschleunigt werden soll dieser Prozess noch durch eine gezielte Luftströmung mittels Zusatzlüfter entlang des Kapillarrohrmattensystems, um die Verdunstungsleistung und die biologische Abwasseraufbereitung zu intensivieren. Figur 4 A zeigt den Aufbau einer Weiterentwicklung der in Figur 2 beschriebenen Anlage (ohne Darstellung der vor- oder nachgeschalteten Behälter) mit einer verbesserten Luftführung. Im unteren Drittel ist der batch-weise befüllte Tank mit Wasserstand und Zirkulationspumpe zu sehen. Diese Pumpe fördert Wasser über ein Steuerventil ans obere Ende eines Schachts zu einer Wasserteilung, die oberhalb von Biofilmträgerstreifen angebracht ist. Von dort rinnt es die Biofilmträger-Oberflächen zur biologischen Behandlung hinunter und gelangt zurück in den Tank erneut zur Zirkulationspumpe. Um die geruchsbelastete Luft zuverlässig übers Dach abführen zu können, kann die Vorrichtung die gesamte Gebäudehöhe mit mindestens zwei Luftschächten überspannen. Für eine kontrollierte Luftführung durch die zwei Schächte werden ein Gebläse und zwei Regelklappen benötigt. Das Gebläse kann auch durch den Kondensatorteil mir Gebläse einer oder mehreren vorhandenen Klimaanlagen überflüssig werden, dies wird weiter in Figur 5 erläutert. In Figur 4B sind zwei verschiedene Luftführungen dargestellt, unterteilt je nachdem ob gerade Wasser zirkuliert. Wenn ja (1 )), gelangt trockenheiße Umgebungsluft zur Verdunstungskühlung über die obere Regelklappe in den Schacht. Ein Gebläse am oberen Ende des linken Schachts sorgt für eine U-förmige Luftbewegung durch das System. Durch eine Richtungsumkehr über der Wasseroberfläche wird eine Aerosolbildung durch Tropfenscheidung vermieden, während zuvor die natürliche Abwärtsbeschleunigung der durch den Abkühleffekt dichter werdenden Luft ausgenutzt wird. Wird gerade kein Wasser zirkuliert (2)), ändert sich die Luftführung, um den Tropfkörper vor dem Austrocknen zu schützen. Am unteren Ende des linken Schachts öffnet sich eine zweite Regeklappe während die erste sich schließt. So wird weiter sichergestellt, dass geruchsbelastete Luft abgezogen wird, während zum Erhalt des Reinigungseffekts die Biofilmoberflächen weiter feucht und damit biologisch aktiv bleiben.

Figur 5 zeigt schematisch 3 typische Anwendungsmöglichkeiten der Kühlfunktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach dem Aufbau wie in Figur 4A. Je nach angeschlossener Klimaanlage wie in A) und B) in Fig 5 kann ein zusätzliches Gebläse entfallen, wenn diese bereits die notwendige Luft durch den Schacht ziehen können. Für den Anschluss auf dem Dach kommen bei größeren Anlagendimensionen auch große Klimaanlagen in Frage, solange der Kühlluftbedarf und die für die Verdunstung zur Verfügung stehende Wassermenge in der gleichen Größenordnung liegen. Alle hier beschriebenen Optionen zur Nutzung der Verdunstungskühlung beschränken sich absichtlich auf additive Anwendungen zur Gebäudetechnik. Im Falle eines Funktionsausfalls stellen sie für angeschlossenen Klimasysteme keine Betriebsprobleme dar, weshalb sie für einen Markteintritt als besonders geeignet erscheinen. Es sind drei Varianten dargestellt, wie die Kühlnutzung entweder Kompressionskälteanlagen unterstützen (siehe„Vorkühlung von Klimaanlagen“) oder einen Frischluftstrom über einen schematisch dargestellten Luft-Luft Wärmetauscher (siehe „Kühlung über einen Luft-Luft Wärmetauscher“) kühlen können. Bei trockener Hitze gelangt bspw. Luft mit 40°C und 20 % rel. Luftfeuchtigkeit über die obere Regelklappe in den Schacht. Es erfolgt eine Befeuchtung von 20 % auf 90 % wobei sich die Luft um 15°C abkühlt.

Werden nun wie in Variante A) der Fig 5 dargestellt Raumklimaanlagen oder auch Roof Top- Split Systeme mit ihren Gebläsen an den Aufstiegsschacht (links) angeschlossen, so profitieren sie von der vorgekühlten Luft und sorgen für die erforderliche Luftbewegung in der Anlage. Bei gängigen Raumklimaanlagen liegt die maximale Leitungslänge zwischen der Raumkühleinheit und der Kompressoreinheit zur Wärmeabfuhr bei 15 Metern. Bei zweigeschossigen Gebäuden stehen Raumklimaanlagen daher oft noch auf dem Dach und können am oberen Schachtende zusammen angeschlossen werden. Bei höheren Gebäuden hängen sie durch die Leitungslängeneinschränkung direkt an Fassaden, was oft unästhetisch anzusehen ist.

Um auch diese entsprechend Variante B) anzuschließen, ohne die sichere Luftableitung zu vernachlässigen, können sie in einen parallelen, dritten Schacht gehängt werden. So können sie in beliebiger Höhe aus dem Aufstromschacht vorgekühlte Luft beziehen, während der dritte Schacht die Luft aufs Dach ableitet. Durch diesen Aufbau können zum einen dazu auch Lärm und Abwärme aufs Dach abgeleitet werden. Zum anderen ergeben sich neue Möglichkeiten die Klimaanlagen architektonisch zu integrieren.

Variante C der Fig. 5 zeigt als alternative Option (siehe„Luft-Luft Wärmetauscher“), dass die kühle, geruchsbelastete Luft über einen Luft-Luft-Wärmetauscher dazu genutzt werden kann, um saubere Umgebungsluft zu kühlen. Im Falle einer zentralen Luftversorgung eines Gebäudes lässt sich die Zuluft bereits vorkühlen, bevor sie weiter heruntergekühlt wird. Darüber hinaus lässt sich auch wenn noch keinerlei Klimasysteme installiert sind, über diese Konstruktion ein kühler Luftstrom erzeugen und in Gebäude - oder auch Zeltkonstruktionen leiten.

Figur 6 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Figur 4 erweitert um einen innenliegenden Filter zur Abtrennung von Primärabfall über z.B. einen groben Filter wie ein Sack mit 1 ,5mm Maschenweite.. Diese Funktion ist parallel auch für die 3 Kühlfunktionsvarianten aus Figur 5 übertragbar. Aktuelle Forschung zum Einsatzpotential des Tropfkörperverfahrens heben eine gesteigerte Raumumsatzleistung und vor allem extreme Robustheit und Energieeffizienz hervor. Die Tropfkörperfunktion wird durch die vorliegende Erfindung verbessert. Anstatt traditionelle Steinschüttungen oder voluminöse Kunststoffstrukturen ermöglichen hängende Kunststoffstreifen (BEM) verstopfungsfreie T ropfkörper gewichts- und vor allem transportvolumenoptimiert zu bauen. Dieses bisher nur in klassisch geformten Tropfkörpern genutzte Trägermaterial nutzt die Erfindung erstmals, um schlanke, hohe Strukturen über 30 m zu ermöglichen. Die Innovation liegt in der Inkaufnahme höherer Pumpenergie, um bei minimiertem Grundflächenbedarf Systeme in urbane Bebauung integrieren zu können und sowohl die Behandlungsschritte als auch die Wiederverwendung mit ein und derselben Pumpe leisten zu können. Die Abbildung zeigt, wie neben der biologischen Reinigung die weiteren für eine Wasserwiederverwendung erforderlichen Aufgabenstellungen umgesetzt werden.

Die Prozessschritte eines Behandlungszyklus werden zeitgesteuert nacheinander von einer Pumpe geleistet. Lediglich für die kontrollierte Wasserfassung in beliebiger Entfernung vom Aufstellungsort ist für den Zulauf eine weitere Pumpe notwendig. Schritt 1 in Figur 6 zeigt den Aufbau aus Figur 4 erweitert um eine Abwasserleitung, in dem ein Behälter zur Aufnahme der Zulaufpumpe (P2) eingelassen ist. Entsprechend der Platzverfügbarkeit kann dieser Tank bereits als Vorklärung und Sammelraum für Primärschlamm ausgelegt werden. Diese Installation muss über Tauchwände und eine Aufenthaltszeit von wenigstens 30 Minuten eine erste Feststoffabscheidung sicherstellen. Je nach dimensionierter Schlammsammelkapazität und Abwasserbeschaffenheit ergeben sich regelmäßige Wartungsintervalle. Zu Beginn eines Behandlungszyklus fördert, wie in Schritt 1 dargestellt, die Zulauf-pumpe (P2) das Roh- Abwasser zur Störstoffabscheidung über einen grobmaschigen Filter oder Rechen in den Zirkulationstank. Dieser Tank verfügt über einen Überlauf und einen Schlammablass zurück in die Kanalisation, um zum einen die Betriebssicherheit zu erhöhen und zum anderen bei einer Wartung den Behandlungsschlamm in die Kanalisation abzulassen. Die Zirkulationspumpe (P1 ) fördert das Wasser über den T ropfkörper, während die Luft wie in Figur 4 erläutert, befeuchtet wird. Durch die Kontaktzeit mit dem BEM während der Zirkulation erfolgt die biologische Reinigung des Wassers.

Je nach Anforderung an die Ablaufqualität kommen Vorrichtungen wie in Figur 6 ausschließlich für Bewässerungswasser zum Gebrauch in verdeckter Bewässerung und Vorrichtungen wie in Figur 7 zur vollständigen Aufbereitung mit Filtration / Desinfektion in Frage. Figur 7 entspricht der Vorrichtung nach Figur 6 erweitert um eine Tuchfiltration, ausgebildet als Filtersacksystem, für eine Nachklärungund ggf. eine Desinfektion je nach Anforderung an die Ablaufqualität, wie z.B. um Brauchwasserqualität nach deutschen Standards und Bewässerungswasser nach DIN 19650 bereitgestellt werden kann. Es zeigt wie nach Schritt 1 in Schritt 2 Überschussschlamm nicht mehr nur sedimentiert, sondern abfiltriert wird. Die Filtration des biologisch behandelten Wassers erfolgt in einer eigenen Gruppe von feinmaschigeren Filtern, z.B. Filtersäcke. Insbesondere, da die Vorrichtung eine Luftführung mitbringt, können die Filter nahe der unteren Regelklappe positioniert und im Prozess getrocknet werden. Dazu wird jeder Filter mit einer mechanischen Zulaufabschaltung ausgestattet. Wenn ein Filter beim Filtrationsprozess seine Kapazitätsgrenze erreicht hat, schaltet sich sein Zulauf ab. Durch eine Gruppierung mehrerer Filter lässt sich auch beim Abschalten einzelner Filter bis zum Ende des geplanten Wartungsintervalls weiterhin eine Filtration sicherstellen. Während Schritt 2 und 3 nach der Tropfkörperbehandlung liegt eine Luftführung zum Schutz des Biofilms gegen Austrocknung wie in Figur 4. rechts vor. Eine Luftbefeuchtung erfolgt dann über die trocknenden Filter. Durch die Trocknung kann die zu entsorgende Masse um >80% reduziert werden, während die Restfeuchte weiterhin für den Kühlprozess genutzt wird. Nach ausreichender Filtrationszeit im Zirkulationsbetrieb folgt als letzter Schritt eine Desinfektion über UV-Lichtröhren. Diese gängigen Geräte können bei einer vorausgehenden, ausreichenden Partikelabscheidung eine verlässliche Hygienisierung sicherstellen.

Figur 8 zeigt wie auch Figur 4, 5 und 6 den Aufbau einer Weiterentwicklung der in Figur 2 beschriebenen Anlage mit einer Luftführung um bei höheren Luftdurchsatzraten einen Austrag von Aerosolen zu vermeiden. Zur Kühlnutzung wurden in Figur 5 die Optionen Luftvorkühlung von Klimaanlagen-Kompressoreinheiten sowie die Frischluftkühlung mit einem Luft-Luft- Wärmetauscher eingeführt.

Figur 9A zeigt eine schematische Anordnung eines DEC (Dessicative and Evaporative Cooling) -Systems nach Stand der Technik und Figur 9B zeigt eine Anordnung mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Als Zuluft für die erfindungsgemäße Vorrichtung wird eine durch ein Dessikatormaterial entfeuchtete Luft eingesetzt. Durch den zusätzlich gesenkten Feuchtigkeitsanteil sowie der Nutzung der kühlen Abluft des Gebäudes über einen Wärmetauscher können durch die Vorrichtung noch deutlich niedrigere Lufttemperaturen im Schacht erreicht und dadurch vollständige Gebäudekühllasten abgeführt werden. Die eigentliche Zuluft zum Gebäude kann durch einen geeigneten Wärmeübertrager gekühlt werden. Im gezeigten Anlagenbespiel ist dies ein Luft-Luft- Wärmeübertrager. Alternativ kann über einen Sekundärkreislauf mit einem Kühlmedium der Zuluftvolumenstrom gekühlt werden.

Die unten angeführte Tabelle 1 zeigt den Einfluss unterschiedlicher Umgebungstemperaturen auf den Energiebedarf einer Split-Unit-Klimaanlage (auf Basis eines herkömmlichen Kompressionskältekreislaufes) mit unterschiedlichen Kältemitteln.

Zur Ermittlung der möglichen Reduzierung des Energiebedarfs für die Kompressoranlage mit gekühltem Lufteintritt werden die Ergebnisse von (Motta, S.Yana, Domanski, Piotr A., 2001 , Impact of elevated ambient temperatures on capacity and energy input to a vapor compression System - literature review) herangezogen. Sie vergleichen den Leistungskoeffizienten von Split-Unit- Klimaanlagen, betrieben mit den beiden Kältemitteln R-22 und R-410A. Da die Kältemittel unterschiedliche Temperaturoptima haben, führt die Wirkung der kühleren Ansaugluft für die Kompressoren zu unterschiedlichen Energieeinsparungen. Generell gilt: Je heißer die Umgebungstemperatur, desto niedriger ist die Energieeffizienz. Die vorliegende Erfindung kann insbesondere sehr warme, trockene Luft sehr effizient kühlen.

Es wurden mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung (ähnlich zum Ausführungsbeispiel der Figur 2) Temperaturdifferenzen von bis zu 15°C gemessen. Wenn nun die Kondensationsseite einer Split-Unit-Klimaanlage diese gekühlte Luft statt der warmen Umgebungsluft erhält, verbraucht der Kompressor weniger Energie. Die roten Zahlen in der folgende T abeile 1 zeigen wie sich der„Coefficient of Perforance verbessert durch eine 10°C bzw. eine 12°C Abkühlung der Zuluft: Ein Kompressor mit R-410A-Verfahren benötigt etwa 31 ,4% weniger Energie bei 28°C Zuluft anstatt bei 40 °C Zuluft für die gleiche Menge an übertragener Wärmeenergie. Im Vergleich zum Betrieb bei 35 'Ό benötigt das System 27% weniger Energie bei 25‘G Zuluft. Aus diesen Zahlen lässt sich ableiten, dass durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Einrichtung am Eingang eines konventionellen AC-Systems eine Gesamtenergieeinsparung von mindestens 20 % zu erwarten ist.

Tabelle 1

Ausführunasbeispiel 1 gemäß Figur 2:

Im nachfolgend schrittweise beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 in der Auslegungsgröße bis 2 m ³ Abwasser pro Tag kann zuverlässig ein gekühlter Luftstrom von 1500 m ³ /h mit einer T emperatur von 10 - 15 °C unter der Umgebungstemperatur bereitgestellt werden. Mit dem System kann sowohl Grauwasser als auch normales Rohabwasser auf eine Ablaufqualität von dauerhaft BSB5 <30 mg/L und CSB <100 mg/L geklärt werden, was beispielsweise ägyptischen oder jordanischen Wiederverwendungsnormen für Parks, Obstplantagen oder verschiedene Ackerkulturen entspricht. Durch einen Vorklärtank mit ausreichender Aufenthaltszeit gelangt vorgeklärtes Abwasser in die Anlage. Anschließend ermöglicht der Tropfkörper zwischen 65 und 90 % CSB-Abbau und vollständige Nitrifikation. Nach einem Zirkulationsdurchgang erfolgte eine 10minütige Absetzphase, was durch den gut absetzbaren Schlamm und die geringe Schlammproduktion des Tropfkörperverfahrens ausreichte, die zur Wiederverwendung erforderliche Schwebstoffkonzentration einzuhalten.

Betriebsphasen des Ausführungsbeispiels nach Figur 2:

1 . Füllung des Aufnahmebehälters T1 mit Abwasser A: Ventil V1 ist auf, Dreiwegeventil V3 ist nur nach links zum Schacht auf, Abwasser A läuft in Aufnahmebehälter T1 ; Pumpe P1 springt automatisch an, sobald genug Wasser im Aufnahmebehälter T1 vorhanden ist oder falls eine Vorklärung (Sedimentieren der absetzbaren Stoffe von A in T1 ) abgeschlossen ist; Ventil V2 kann ein Schwimmer der Pumpe P1 sein; Ablaufventile V4, V5, V6 sind geschlossen; Sprühvorrichtung S ist ohne Strom, die Verteilung des Wassers geschieht über Druck;

2. Ventil V1 schließt, sobald der Aufnahmebehälter T 1 mit Abwasser A gefüllt oder eine maximale Zeit erreicht (etwa 10 min) ist; falls ein hoher Primärschlammanteil anfällt, wird im Aufnahmebehälter T 1 eine Vorklärung vorgenommen;

3. Rezirkulation: 40 min rezirkuliert das Abwasser A über das Biofilmträgermedium BEM (und/oder das Wärmeübertragungssystem N). Ventile wie vorher: V3 nach links auf, V2 auf. V5 geht während der Rezirkulation für einige Minuten auf, um Schlamm aus dem Aufnahmebehälter n abzulassen;

4. Nachklärbecken T2: nach der Rezirkulation für 30-40 min werden für 5-10 min oder bis der Aufnahmebehälter T1 leer ist (also Schwimmerventil V2 schließt) die Ventile V5, V4, V1 , V6 geschlossen; Dreiwegeventil V3 wird nach rechts geöffnet, so dass das Wasser in den Nachklärbehälter T2 einläuft;

5. Nachklärung: Nachklärzeit bzw. Aufenthaltszeit (z.B. 10 min) richtet sich maßgeblich nach Abwasserbeschaffenheit und Volumenstrom (siehe Empfehlungen DWA Merkblätter); alle Ventile sind nun geschlossen; Pumpe P1 ist aus; das Gebläse B sollte reduziert bzw. heruntergefahren werden, falls hohe Verdunstungsrate und wenig Wasserdurchfluss vorliegen, sodass der Schacht nicht austrocknet (was zuerst während der Phase 4 auftreten würde); währenddessen kann das Ventil V4 automatisch für einige Minuten geöffnet werden, um Schlamm aus dem Nachklärbehälter T2 abzulassen. Durch die Nachklärung bildet sich eine „Klarwasserzone“ im Nachklärbehälter T2;

6. Ablauf: Biologisch-physikalisch gereinigtes Wasser F aus der Klarwasserzone wird nun mit Ventil V6 aus dem Nachklärbehälter T2 abgelassen;

7. Wiederholung mit Phase 1 iführungsbeispiel 2 gemäß Figur 8

Figur 8 zeigt nun ein Ausführungsbeispiel mit Luft-Luft-Wärmetauscher wobei in der oberen Abbildung die Fließwege a) Zulauf und b) Zirkulation zusammen mit maximaler Luftbefeuchtung bzw. Abkühlung dargestellt sind. In der unteren Abbildung sind die Fließwege c) Filtration des Behandlungsschlamms und d) Desinfektion/Speicherung des Ablaufs zusammen mit der reduzierten Luftbefeuchtung dargestellt, während der Biofilmträgerbereich zum Schutz vor Austrocknung nicht durchlüftet wird. Zur Auflistung der Prozessschritte wurden die Gebläse, Regelklappen, Ventile und Tanks mit Kürzeln versehen wie sie auch in Figur 1 /2/3 genutzt wurden. Betriebsphasen des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß Figur 8:

Zulauf (a) und Zirkulation (b)

1. Die gezielte Luftführung im System wird über die Regelklappen RK1 und RK2 sowie über das Gebläse B1 ermöglicht. Das am oberen Schachtende angebrachte Gebläse B1 saugt dauerhaft Luft aus dem System ab und sorgt für eine Abfuhr geruchsbelasteter Luft über das Dach. Während der Zulauf- & Zirkulationsphase ist die Regeklappe RK1 über der Wasserverteilung geöffnet während die Regelklappe RK2 nahe der Filtersäcke geschlossen ist. Dadurch ergibt sich eine Luftströmung durch das in dieser Betriebsphase wasserüberströmte Biofilmträgerevaporationsmaterial. Dadurch wird Umgebungsluft mit beispielsweise 40 'Ό und 20% relativer Luftfeuchtigkeit auf 90% rel. Luftf. befeuchtet und somit auf 25‘G abgekühlt. Durch den Aufbau mit einer Trennwand ergibt sich eine U-förmige Luftströmung die durch eine scharfe Richtungsumkehr nahe der Wasseroberfläche sicherstellt, dass kein Austrag von Wassertropfen durch das Gebläse B1 erfolgen kann. Auf dem Weg nach oben zu B1 passiert der gekühlte Luftstrom die Wärmeübertragerfläche des Luft-Luft-Wärmetauschers. Durch diese Konstruktion wird ein Frischluftstrom ohne Kontakt mit der geruchsbelasteten Luft von beispielsweise 40 °C auf 32 °C abgekühlt während sich der verdunstungsgekühlte Luftstrom von bspw. 25 G auf 29 °C erwärmt. Der geruchsbelastete Luftstrom bewegt aufwärts Richtung B1 bevor er am oberen Ende das System verlässt. Der Frischluftstrom wird mit einem weiteren Gebläse B2 im Gegenstrom geführt. Gebläse B1 ist dabei über Temperatur und Luftfeuchtigkeitssensoren am Ein- und Auslass regelbar. Gebläse B2 ist über Temperatursensoren am Ein- und Auslass regelbar.

2. Pumpe P2 ist in einem Vorklärtank mit direktem Abwasserdurchlauf installiert und füllt den Zirkulationstank T1 mit vorgeklärtem Abwasser. Gemäß Fließwegmarkierung a) passiert der Zulauf bevor er den Zirkulationstank T1 erreicht einen gröberen Filtersack. Dieser sorgt für die Abtrennung von Störstoffen, die sonst ggf. ein Verstopfen der Wasserverteilung S auslösen würden

3. Über einen Schwimmerschalter wird Pumpe P2 abgeschaltet bevor Tank T1 überläuft.

4. Während der Füllung von Tank T1 läuft Pumpe P1 bereits wobei das Ventil V3 so geschaltet ist, dass das Wasser zur Verteilkonstruktion S gelangt. Gemäß Fließwegmarkierung b) wird das zu behandelnde Wasser über das Biofilmträger- Evaporationsmaterial zirkuliert und gelangt wieder und wieder zur Pumpe P2. Basierend auf Vorversuchen wird eine für die biologische Behandlung ausreichende Zeitspanne für den Zirkulationsbetrieb festgelegt.

Ablauffiltration (c) und Desinfektion / Speicherung (d):

5. Sobald die biologische Behandlungsphase abgeschlossen ist, schaltet das Ventil V3 auf Fließweg c) um. Ab diesem Moment findet keine Überströmung des Biofilmträger- Evaporationsmaterials mehr statt. Um zu vermeiden dass der Biofilm austrocknet, wird die Regelklappe RK1 geschlossen und Regelklappe RK2 nahe des Filtersacksystems geöffnet. Während Gebläse B1 weiterläuft und weiter den Geruchsabzug sicherstellt wird nun Umgebungsluft im unteren Bereich des Systems eingesaugt und an den Filtersäcken vorbeigeführt. Diese Säcke sind entweder in Betrieb und dadurch grade frisch durchflossen worden oder sie sind durch die bereits beschriebene Ablaufabschaltung nach Erreichen ihrer Kapazitätsgrenze voll von zu trocknendem Behandlungsschlamm. In beiden Fällen kann auch durch die Filtersäcke eine Befeuchtung erfolgen und Umgebungsluft von beispielsweise 40 °C und 20% rel. Luftf. auf 32‘G und 45% rel. Luftf. abgekühlt werden. Über den Luft-Luft- Wärmetauscher lässt sich in diesem Fall ein Frischluftstrom von bspw. 40G auf 35G abkühlen.

6. Nach ausreichender Behandlung des Abwassers durch Zirkulation über den Biofilm schaltet wie bereits erwähnt Ventil V3 entsprechend der Fließwegmarkierung c). Während die Pumpe P1 weiterläuft, gelangt nun das behandelte Wasser zusammen mit der sich während dieses Behandlungsdurchgangs abgelösten Biofilm-Biomasse zum Filtersacksystem. Dieses für den Ablauf mit feinmaschigeren Filtersäcken ausgestattete Filtersacksystem dient zur Abscheidung der Biofilm-Biomasse in dem Pumpe P1 im Zirkulationsbetrieb den Inhalt des Tanks T 1 durch die Filter bewegt. Die Filtration läuft nach einer angepassten Zeitsteuerung basierend auf Vorversuchen bis eine ausreichende Abscheidung sichergestellt werden kann. Ist ein Sack voll, läuft er über was zum Auslösen einer Abschaltvorrichtung führt. Diese stellt sicher, dass die Filtration ab diesem Moment nur noch über die anderen Säcke erfolgt und der abgeschaltete Sack anschließend bis zur Entnahme im Luftstrom trocknen kann.

7. Nach dem Ablauf des Zeitintervalls für die Filtration schaltet Ventil V3 gemäß der Fließwegmarkierung d) um. Dadurch fördert Pumpe P1 nun den Inhalt von Tank TI über eine Desinfektionseinrichtung wie z.B. eine UV-Licht-Desinfektion in einen Speichertank T2. Je nach Wiederverwendungskonzept könnte das Wasser auch direkt einer Verwendung zugeführt werden, falls ein Zwischenspeichern nicht erforderlich ist. Wird ein Speicher T2 benötigt, sollte er über ein Entnahmeventil (V6), einen Schlammablass (V4) sowie einen Notüberlauf verfügen. Pumpe P1 fördert solange in Fließweg d) bis ein Schwimmerschalter das Erreichen des Minimum- Füllstands von T ank T 1 an die Steuerung meldet. Dieses Signal stellt das Ende eines Behandlungszyklus dar.

Falls der Schwimmerschalter in der Vorklärung meldet, dass Abwasser für den nächsten Behandlungszyklus zur Verfügung steht, wird anschließend

- durch die Steuerung V3 wieder auf Fließweg b) umgestellt

Pumpe P1 für die Zirkulation über das BEM eingeschaltet

Tank T 1 aus der Vorklärung über Pumpe P2 befüllt

- die U-förmige Luftströmung durch schließen von RK2 & öffnen von RK1 erzeugt