<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Rohwasser in einem stehenden zylindrischen Behälter im Wege der Sedimentation unter Zusatz wenigstens eines Flockungsmittels, unter tangentialer, im wesentlichen über die ganze Zylinderhöhe am Umfangsbereich erfolgender Zuleitung und mittiger Abführung geklärten Wassers aus dem Behälter, wobei durch eine Hauptströmung (Primärströmung) das Wasser durch eine Flockenschicht zur Abführung an die Wasseroberfläche geführt wird.
Durch die Aufbereitung sollen die in dem Rohwasser vorhandenen Trübstoffe entfernt werden, um ein Klarwasser zu gewinnen. Dies geschieht dadurch, dass dem Rohwasser ein Flockungsmittel zugegeben wird, um die Trübstoffe zu Flocken auszubilden, die im Wege der Sedimentation abgeschieden werden. Zu diesem Zwecke wird das mit dem Flockungsmittel versetzte Rohwasser durch Sedimentationsbehälter gegeben, in denen die Flockenbildung erfolgt und in denen die gebildeten Flocken durch Absinken sich absetzen gelassen werden, während das flockenfreie Rohwasser bei Durchströmung des Sedimentationsbehälters nach oben steigt und von der Wasseroberfläche als Klarwasser abgezogen wird.
Bei dem Durchströmen des Sedimentationsbehälters muss das mit dem Flockungsmittel versetzte Rohwasser eine ausreichende Zeit in dem Behälter verweilen, um die Flockenbildung zu ermöglichen ; anderseits muss in dem Sedimentationsbehälter eine vertikale, aufwärtsgerichtete Strömung herrschen, die jedoch kleiner sein muss als die Sinkgeschwindigkeit der zu sedimentierenden Flocken, damit diese sich am Boden des Behälters als Schlamm absetzen können und das Klarwasser von dem Wasserspiegel des Behälters abgezogen werden kann. Die Formen und die Ausbildung der Sedimentationsbehälter werden von diesen Forderungen bestimmt.
Es sind Sedimentationsbehälter verschiedener Ausführungsformen bekannt. Bei einem derartigen rechteckigen Behälter wird das mit dem Flockungsmittel versetzte Rohwasser auf einer Schmalseite im unteren Behälterbereich zugeführt, und nach Durchströmung des Behälters wird an der entgegengesetzten Schmalseite von der Wasseroberfläche das Klarwasser abgeführt, während der durch die abgesetzten Flocken am Behälterboden befindliche Schlamm intermittierend durch Räumung entfernt wird. Anderseits sind zylindrische Sedimentationsbehälter bekannt, bei denen das Rohwasser von unten her einer mittig in dem Behälter angeordneten Kammer zugeführt wird, die mit Rührflügeln versehen ist.
Das Rohwasser wird unterhalb des Wasserspiegels aus der Kammer nach unten in den Behälter geführt, in dem die Flockenbildung und-ablagerung erfolgt, während das aufsteigende Klarwasser über einen die Wasseroberfläche schneidenden Überlauf gesammelt und abgeführt wird. Um eine optimale Arbeitsweise der Sedimentationsbehälter zu gewährleisten, muss dafür Sorge getragen werden, dass eine gleichmässige, den gesamten Querschnitt des Behälters erfassende Durchströmung erreicht wird, bei der nur geringe vertikale Strömungen sich ergeben, die das Absinken der Flocken gestatten. Wenn auch nur an einer Stelle eine erhöhte Aufwärtsbewegung erfolgt, wird die Belastbarkeit und damit die Wirkungsweise des gesamten Sedimentationsbehälters herabgesetzt.
Das gleiche erfolgt, wenn innerhalb des Behälters Gebiete auftreten, die von der Durchströmung nicht erfasst werden, so dass nicht das gesamte, zur Verfügung stehende Volumen für die Sedimentation ausgenutzt werden kann.
Um diesen Forderungen zu genügen, sind bei sämtlichen bekannten Sedimentationsbehältern aufwendige, der Führung des zugeführten Wassers dienende Einbauten erforderlich, ohne dass mit absoluter Zuverlässigkeit sich einerseits die erforderliche über den gesamten Behälterquerschnitt gleichmässige Durchströmung und anderseits eine gleichmässige aufwärtsgerichtete Strömung mit der erforderlichen geringen Geschwindigkeit erreichen lässt, so dass trotz des erforderlichen Aufwandes die bekannten Sedimentationsbehälter in ihrem Fassungsvermögen immer grösser auf Grund der sich ergebenden Unregelmässigkeiten ausgelegt werden mussten, als es bei einwandfreien Strömungsverhältnissen erforderlich wäre.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die optimale Bedingungen hinsichtlich der Strömungsverhältnisse bei einem geringstmöglichen Aufwand gewährleistet.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das tangential einströmende Wasser in einen Zwischenraum zwischen Zylinderinnenwand und einer im wesentlichen parallel zu dieser angeordneten, mit dem Mittelbereich des ersten Zylinders kommunizierenden, vorzugsweise mit Durchbrechungen versehenen Zwischenwand geführt wird,
<Desc/Clms Page number 2>
so dass im Mittelbereich des Zylinders durch die Verminderung der Einströmungsenergie das Auftreten von aufwärts gerichteten Sekundärströmungen unterbunden wird, und wobei das Klarwasser durch rohrförmige Austragsvorrichtungen, die in der Behältermitte angeordnet sind, von der Wasseroberfläche nach unten abgeführt wird.
Bei azimutalem Einströmen einer Flüssigkeit in einen zylindrischen Behälter treten zwangsläufig Sekundärströmungen auf, die zu einer vertikalen Aufwärtsströmung der Flüssigkeit in der Behältermitte führen, was als sogenannter Teetassen-Effekt bezeichnet wird. Das Auftreten dieser Sekundärströmung in der Behältermitte, die in ihrer Aufwärtsrichtung erheblich grösser ist als die Sinkgeschwindigkeit der Flocken, hat es bisher verhindert, bei der Sedimentation von Rohwasser mit einem tangential in einem zylindrischen Behälter eingeführten Rohwasserstrom zu arbeiten, trotzdem durch die tangentiale Einführung in den Behälter eine gleichmässige Durchströmung des Behälters radial zur Mitte hin unter Ausnutzung des gesamten Behältervolumens sich ergibt.
Es bedurfte erst einer erfinderischen Erkenntnis, dass sich die Eintrittsumfangsgeschwindigkeit des Rohwassers so weit abbremsen lässt, dass die zu dem Teetassen-Effekt führenden, am Umfang abwärts- und in der Mitte des Behälters aufwärtsgerichteten Sekundärströmungen unterbunden werden, so dass in der Behältermitte die gebildeten Flocken sich auf dem Behälterboden absetzen und das Klarwasser durch die Behältermitte nach unten abgeführt werden kann.
Die der Durchführung des Verfahrens dienende Vorrichtung, bestehend aus einem stehenden, zylindrischen Behälter, der einen tangential zu seiner zylindrischen Wand gerichteten Zuflussstutzen aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Behälter eine mit seiner zylindrischen Innenwand einen Zwischenraum bildende, den Behälter bis in die Nähe des Bodens durchgreifende, mit auf ihrem Umfang verteilten Durchbrechungen versehene Zwischenwand angeordnet ist, und dass in der Behältermitte eine axiale, den Behälterboden durchgreifende Rohrleitung vorgesehen ist, die an ihrem oberen offenen Ende eine zentrische, unterhalb des Wasserspiegels des Behälters liegende kreisförmige Überlaufscheibe trägt.
Ein weiteres Merkmal der Vorrichtung besteht darin, dass die Zwischenwand aus einer Mehrzahl von zu einem Zylinder aneinandergefügten, mit Lochungen versehenen Blechen rechteckigen Form besteht und dass die Zahl und die Grösse der Lochungen derart bemessen ist, dass im Sedimentationsbehälter eine gleichmässige, abgebremste Strömungsgeschwindigkeit gegeben ist.
Eine abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung kennzeichnet sich dadurch, dass die Zwischenwand aus einem oberen und einem unteren Ring besteht, zwischen denen an den Ringinnenflächen befestigte, über den Umfang verteilte, Durchtrittsspalte bildende Leitflächen angeordnet sind. Hiebei ist vorteilhaft, dass die Leitflächen der Richtung des in den Behälter einströmenden Rohwassers entgegengesetzt gerichtete Neigungen aufweisen.
Schliesslich ist noch von Bedeutung, dass zwischen dem Boden und dem Ende der Zwischenwand ein der Aufnahme eines Räumers dienender Spalt vorgesehen ist.
In Abhängigkeit von dem erforderlichen Durchsatz und der dadurch bestimmten Grösse des Behälters können an der zylindrischen Behälterwand ein oder mehrere tangential gerichtete Zulaufstutzen angeordnet sein, wobei es bei Anordnung mehrerer Zulaufstutzen zweckmässig ist, die Stutzen gleichmässig über den Umfang der zylindrischen Behälterwand zu verteilen. Beim Austritt aus dem bzw. den Zulaufstutzen tritt das einströmende Rohwasser mit der gelochten Zwischenwand in Kontakt, wodurch eine Abbremsung der Umfangsgeschwindigkeit erfolgt wegen der durch die Zwischenwand erzielten Reibung an der Oberfläche und an den der Strömungsrichtung entgegengerichteten Stirnkanten der Lochungen, wobei das Rohwasser zum Durchtritt durch die Lochungen gezwungen wird.
Diese durch die gelochte Zwischenwand bedingte Abbremsung der Umfangsgeschwindigkeit des zugeführten Rohwassers bewirkt, dass in der Mitte des Behälters der bekannte Teetassen-Effekt nicht mehr auftritt, sondern dass unter Wirkung des vorzugsweise dem unteren Umfangsbereich des Behälters tangential ausströmenden Wassers eine Aufwärtsströmung im Mittelbereich des Behälters erfolgt, deren Geschwindigkeit geringer ist als die Sinkgeschwindigkeit der Flocken, so dass die gebildeten Flocken sich auf dem Behälterboden absetzen können, von dem sie in an sich bekannter Weise abgeräumt werden.
Eine Abbremsung der Umfangsgeschwindigkeit des zugeführten Rohwassers und eine Aufwärtsströmung im Mittelbereich des Behälters mit einer unterhalb der Sinkgeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit lassen sich auch erreichen,
<Desc/Clms Page number 3>
wenn statt der aus Lochblechen gebildeten Zwischenwand eine solche aus Leitblechen vorgesehen ist, wobei die Leitbleche in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsverhältnissen unterschiedliche Längen und unterschiedliche Neigungen und ebenso auch unterschiedliche gegenseitige Abstände besitzen können.
Das in der Behältermitte aufsteigende Klarwasser wird über einen auf dem offenen Ende eines den Behälter nach unten durchgreifenden Rohres befestigten kreisförmigen Teller in das Rohr eingeführt. Dieser Teller ist unterhalb des Wasserspiegels des Behälters angeordnet, die Anordnung einer den Wasserspiegel schneidenden Überlaufkante ist nicht erforderlich. Die Anordnung des Tellers hat den Vorteil, dass die Sedimentation auch bei niedrigen Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes in einwandfreier Weise erfolgen kann, was bei einer bisher erforderlichen, die Wasseroberfläche schneidenden Überlaufkante wegen der hiebei gegebenen Vereisungsgefahr nicht möglich ist.
Es ist klar, dass zur Erzielung einer gleichmässigen abgebremsten Strömungsgeschwindigkeit in dem Sedimentationsbehälter der Durchmesser und die Zahl der Lochungen und damit die für den Wasserdurchtritt gegebene Siebfläche der Lochwand nicht auf dem gesamten Umfang gleichmässig sein können, sondern von bestimmten Faktor abhängig sind. So muss beispielsweise die Lochblechwand bei Anwendung eines Zulaufstutzens anders ausgebildet sein als bei Verwendung von zwei Zulaufstutzen, und wieder anders ausgebildet sein bei Verwendung von drei und mehr Zulaufstutzen. Ausserdem wird in der Höhe der Zwischenwand gesehen der Durchmesser und die Zahl der Lochungen ebenfalls nicht gleichmässig sein können in Abhängigkeit von der Höhenlage, in der das Rohwasser in den Behälter gegeben wird.
Die Grösse der Lochungen und ihre Zahl ist auf die jeweiligen Betriebsverhältnisse abzustimmen. Hiebei ist es vorteilhaft, die Zwischenwand aus einzelnen rechteckigen Lochblechen zu bilden, die entsprechend ihrer Anordnung im Behälter, beispielsweise hinsichtlich ihres Abstandes von einer Einströmstelle auf die dort herrschenden Betriebsbedingungen abgestellt werden können. Durch Zusammenfügung entsprechend abgestimmter Lochbleche lässt sich eine Zwischenwand erreichen, die genau auf die jeweiligen Betriebsverhältnisse abgestimmt ist, so dass Unregelmässigkeiten in der Strömung vermieden werden.
Die Anordnung besonderer Leitorgane zur Führung des Wasserstromes ist nicht erforderlich, da zufolge der erfindungsgemäss angeordneten gelochten Zwischenwand sich eine gleichmässige radiale, durch einen Drall überlagerte Strömung zur Behältermitte ergibt, in der eine aufwärtsgerichtete Strömung herrscht, die kleiner ist als die Sinkgeschwindigkeit der Flocken. Bei Verwendung einer aus Leitblechen gebildeten Zwischenwand müssen selbstverständlich sowohl der Abstand der Leitbleche als auch ihre Neigung auf die jeweiligen Verhältnisse abgestimmt werden, wobei sowohl die Abstände als auch die Neigungen über den Umfang unterschiedlich sein können.
Durch entsprechende Einstellung der Neigungen der einzelnen Leitbleche wird der ursprüngliche Drall der einströmenden Flüssigkeit bis auf einen Restdrall abgebaut, der so bemessen ist, dass die Geschwindigkeit des in der Behältermitte aufsteigenden Wassers geringer ist als die Sinkgeschwindigkeit der Flocken. Mit den erfindungsgemäss angeordneten Leitblechen lässt sich im Behälterinneren sogar ein Drall erreichen, der entgegengesetzt zum Drall des einströmenden Rohwassers ist. Durch die Leitbleche ist eine bessere und schnellere Anpassung an unterschiedliche Betriebsverhältnisse möglich, wenn man, was ohne Schwierigkeiten erreichbar ist, die Leitbleche in ihren Neigungen verstellbar an den beiden ringförmigen Bändern anordnet.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die seiner Durchführung dienende Vorrichtung sind gegenüber den bekannten Verfahren und Vorrichtungen insoweit vorteilhaft, als ein ausserordentlich geringer Bauaufwand erforderlich ist, eine volle Ausnutzung des Behältervolumens als Sedimentationsgebiet gewährleistet ist, eine genaue Einregulierung der Behälterdurchströmung durch entsprechende Ausbildung der Lochblechzwischenwand gewährleistet ist, keinerlei schräge Flächen, an denen Flocken sich absetzen könnten, vorhanden sind und schliesslich eine volle Ausnutzung der mit dem Behälter gebauten Fläche gegeben ist.
Die Zeichnungen zeigen in schematischer Darstellung die der Durchführung des Verfahrens dienende Vorrichtung, und es bedeutet : Fig. 1 Aufsicht auf die Vorrichtung in schematischer Darstellung ; Fig. 2 Querschnitt gemäss Fig. l ; Fig. 3 Darstellung gemäss Fig. 1 einer abgewandelten Ausführungsform der Vorrichtung ; Fig. 4 Teilaufsicht gemäss Fig. 3 in vergrösserter Darstellung.
Wie Fig. 1 und 2 zeigen, ist ein mit einem Boden --2-- ausgestatteter zylindrischer Behälter-l-
<Desc/Clms Page number 4>
vorgesehen. In dem zylindrischen Behälter ist unter Bildung eines Ringspaltes-l-eine zylindrische Zwischenwand --3-- angeordnet, die aus gelochten Blechen zusammengesetzt ist. Die Zwischenwand --3-- durchgreift den Behälter --1-- unter Bildung eines Abstandes --8-- am Boden --2--, der zur Anordnung eines nicht dargestellten auf dem Boden --2-- befindlichen drehbaren Räumers dient, durch den die auf dem Boden --2-- abgesetzten Flocken ausgetragen werden.
In der Mitte des Behälters-l-ist ein axial zum Behälter liegendes Rohr --7-- vorgesehen, das oberseitig offen ist und den Boden --2-- des Behälters --1-- durchgreift.
An dem oberen Ende des Rohres --7-- ist eine als Flansch dienende ringförmige Scheibe --6-- angeordnet, die unterhalb des im Behälter-l-befindlichen Wasserspiegels liegt. Das zu sedimentierende Rohwasser wird dem Behälter-l-tangential über einen Einlaufstutzen --5-zugeführt.
Das durch den Zulaufstutzen --5-- einströmende Wasser wird in seiner Umfangsgeschwindigkeit durch die vorgesehene Zwischenwand --3-- so abgebremst, dass vom gesamten Umfang her eine radiale nach innen gerichtete, durch einen durch die Zwischenwand --3-verbleibenden Restdrall überlagerte Strömung sich ergibt, die im Bereich der Behältermitte in eine senkrecht aufwärtsgerichtete Strömung übergeht, deren Geschwindigkeit geringer ist als die Sinkgeschwindigkeit der Flocken, die beim Durchströmen des von der Zwischenwand --3-umschlossenen Raumes abgesunken sind und sich auf dem Behälterboden --2-- abgesetzt haben.
Der erfindungsgemässe Sedimentationsbehälter ist auch betriebsbereit bei niedrigen Temperaturen, da auch bei einer Eisbildung die Sedimentation aufrechterhalten werden kann, sogar dann, wenn die Oberfläche des Behälters von einer Eisschicht bedeckt ist, da der Teller --6-- unterhalb des Spiegels und damit unterhalb der gebildeten Eisfläche liegt, so dass eine einwandfreie Abführung des Klarwassers auch bei winterlichen Temperaturen gewährleistet ist.
Fig. 3 und 4 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform. An Stelle der aus Lochblechen gebildeten Zwischenwand --3-- gemäss Fig.1 besteht die Zwischenwand aus Leitflächen --13--, die zwischen einem oberen und einem unteren Ringkörper --9-- angeordnet über den inneren Umfang verteilt befestigt sind. Zwischen je zwei benachbarten Leitflächen --13-- wird ein senkrechter Durchtrittspalt --10-- für das Rohwasser gebildet.
Die Leitflächen --13-- sind entgegengesetzt der durch Pfeile 11 angegebenen Richtungen des in den Behälter-l-einströmenden Rohwassers gerichtet, so dass der durch die Pfeile 11 bezeichnete Drall in seiner Richtung umgekehrt wird, wie die Pfeile 12 zeigen, so dass im Inneren des Behälters-l-ein Gegendrall herrscht, der durch entsprechende Einstellung der Neigungen der Leitflächen --13-- so bemessen werden kann, dass einwandfreies Absinken der Flocken gewährleistet ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Aufbereitung von Rohwasser in einem stehenden zylindrischen Behälter im Wege der Sedimentation unter Zusatz wenigstens eines Flockungsmittels, unter tangentialer, im wesentlichen über die ganze Zylinderhöhe am Umfangsbereich erfolgender Zuleitung und mittiger Abführung geklärten Wassers aus dem Behälter, wobei durch eine Hauptströmung (Primärströmung) das Wasser durch eine Flockenschicht zur Abführung an die Wasseroberfläche geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das tangential einströmende Wasser in einen Zwischenraum zwischen Zylinderinnenwand und einer im wesentlichen parallel zu dieser angeordneten, mit dem Mittelbereich des ersten Zylinders kommunizierenden, vorzugsweise mit Durchbrechungen versehenen Zwischenwand geführt wird,
so dass im Mittelbereich des Zylinders durch die Verminderung der Einströmungsenergie das Auftreten von aufwärts gerichteten Sekundärströmungen unterbunden wird, und wobei das Klarwasser durch rohrförmige Austragsvorrichtungen, die in der Behältermitte angeordnet sind, von der Wasseroberfläche nach unten abgeführt wird.