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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung von an der Wasseroberfläche schwimmenden Verunreinigungen aus einem Nachklärbecken mit einem Zulauf und einem über eine Klarwasserabzugseinrichtung führenden Ablauf und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Zum Abzug von Flüssigkeit aus Becken oder Behältern mit freier Flüssigkeitsoberfläche sind verschiedene Vorrichtungen bekannt, die schwimmend angeordnet sind um sich an verändernde Füllstände anzupassen. Dabei wird aber zumeist die Flüssigkeit direkt von der Oberfläche abgezogen, wodurch Schwimmende Schmutzteilchen abgezogen werden. Darüberhinaus sind die Vouchtungen so ausgebildet, dass es zu einer Rückwirkung von der Abzugsleitung bis zum Bereich des Einströmens kommt, wodurch die entnommene Menge trotz der schwimmenden Anordnung nicht konstant ist.
Derartige Abzüge offenbaren die DE 36 01 094 A 1, die EP 0 679 767 A 1, die US 4, 405, 458 A, die US 4, 695, 376 A und die US 5, 104, 528 A
Bel der biologischen Reinigung kommunaler und ähnlicher Abwässer werden in überwiegendem Mass kontinuierlich betriebene Belebtschlammanlagen eingesetzt.
Bei den in solchen Anlagen durchgeführten Verfahren werden einerseits freischwebende Mikroorganismen (Belebtschlamm) durch künstlichen Lufteintrag mit dem für den aeroben Abbau erforderlichen Sauerstoff versorgt und es wird anderseits dieses Belebtschlamm-Wasser-Gemisch In der Folge in einem sogenannten Nachklärbecken durch Sedimentation In gereinigtes Abwasser (Klarwasser) und abgesetzten Schlamm getrennt
Diese Klarwasserabtrennung wird üblicherweise in horizontal oder vertikal durchstromten Becken erzielt, wobei das Klarwasser verfahrensbedingt an der Oberfläche oder zumindest Im oberflachennahen Bereich abgezogen wird.
Dies geschieht durch Rinnen, Tauchrohre u. ahnl um eine gleichmässige, flächenhafte Entnahme zu erzielen
In derartigen Nachklärbecken sammeln sich aus verschiedenen Grunden auch schwimmende Schlammteilchen an der Oberfläche an und es muss verhindert werden, dass diese Schwimm- schlammtelichen In den Ablauf gelangen Die sich bildende Schwimmschlammschicht muss auch von Zeit zu Zelt entfernt werden Dazu stehen verschiedene Vomchtungen und Verfahren zur Verfugung, zumeist handelt es sich um Sklmmerrrnnen oder Absaugelnnchtungen, wie Oberflache raumer u dgl Die Nachklärbecken gemäss dem Stand der Technik werden so betneben,
dass die Menge des abgezogenen Klarwassers zu jedem Zeitpunkt der Menge des zustromenden BelebtschlammWasser-Gemisches entspncht Da nun die Sedimentation eine Frage der Zelt Ist und die Menge des pro Zeiteinheit abzuziehenden Klarwassers von der Grosse der zur Verfügung stehenden Oberfläche abhängt, mussen derartige Nachklärbecken so gross ausgelegt werden, dass sie die vorgesehene Spitzenbelastung der Abwasserreinigungsanlage abarbeiten können
Daruber hinaus ist es möglich, Im Zulauf zum Nachklärbecken zumindest ein Pufferbecken vorzusehen und es Ist Jedenfalls notwendig, den Klarwasserablauf regeln zu können, um Im Falle des Normal- oder Mlnderbetnebes den Ablauf des geklärten Wassers dem Zulauf des Belebtschlamm-Wasser-Gemisches anpassen zu können.
Versuche mit einer kontinuierlichen oder Innerhalb von Grenzen steuerbaren Ausbnngungsrate geklärten Wassers aus dem Nachklärbecken erforderten mechanische Fördervornchtungen mit einer automatischen Regelung, die investitionsaufwendig, vor allem aber wartungsintensiv waren Eine derartige Einrichtung ist beispielsweise aus der AT 355 518 B bekannt.
Solche Vorrichtungen welsen trotz der Verwendung von Fremdenergie, bel deren Ausfall es naturgemäss zu Störungen kommt, den Vorteil auf, den Vorfluter gleichmässig zu belasten und auf Pufferbecken verzichten zu können, da Schwankungen durch Veränderungen des Spiegels im Nachklärbecken abgefangen werden können
Die Erfindung bezweckt nun, die Vorteile der vorbekannten Systeme zu vereinen, ohne die Nachteile der Systeme mit zu übernehmen
Erfindungsgemäss erreicht man dies dadurch, dass zuerst der Ablauf gestoppt wird, dass sodann Luft knapp unter die Wasseroberfläche eingeblasen wird, wodurch die Verunreinigungen sich zusammenballen und absinken und dass schliesslich, gegebenenfalls nach einer Beruhigungsphase, der Ablauf wieder geöffnet wird.
Auf diese Weise kann man den gewünschten Kläreffekt erreichen, ohne die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile in Kauf nehmen zu müssen, insbesondere den bisher notwendigen apparativen Aufwand
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die dadurch
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gekennzeichnet ist, dass die Klarwasserabzugseinrichtung schwimmend ausgebildet ist, dass sie einen Einlauf knapp unterhalb der Wasseroberfläche zur Zufuhr von Flüssigkeit aufweist, und dass sie über ein Überfallwehr und/oder eine Blende mit einem vollkommenen Überfall verfügt, an das/die eine Ablaufvorrichtung anschliesst.
Durch die Kombination dieser Massnahmen, wobei insbesondere auch die Abzugsvomchtung und das Wehr bzw. die Blende in einem gemeinsamen Gehäuse od. dgl. vereint sein können, wird sichergestellt, dass unabhängig von der Höhe der freien Wasseroberfläche (Wasserspiegel) im Nachklärbecken ein konstanter Abfluss von Wasser erfolgt, das nicht von der Oberfläche stammt, wobei der Abfluss nur von der Ausbildung des Wehrs bzw. der Blende und dessen bzw. deren Höhenlage im Bezug zur freien Wasseroberfläche im Nachklärbecken bestimmt wird, wobei diese Höhe durch die Schwimmer vorgegeben ist.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Abzugsvorrichtung zumindest einen Schwimmer mit veränderbarem Auftrieb aufweist. So kann durch Hinzufügen bzw. Entnehmen von Ballast (am einfachsten durch gezieltes Fluten bzw. entleeren eines oder mehrerer Schwimmer) und/oder durch vertikales Verstellen des Wehres (der Blende) bezüglich der schwimmenden Abzugsvorrichtung justiert werden kann.
Eine Variante der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abzugsvorrichtung an zumindest einer vertikalen Führung höhenverschieblich geführt ist. Damit wird die horizontale Position der Abzugseinrichtung unabhängig von den Strömungsverhältnissen im Becken festgelegt, ohne die vertikale Beweglichkeit zu beeinträchtigen.
Eine Ausgestaltung der letztgenannten Variante ist dadurch gekennzeichnet, dass die Führung zumindest einen unteren Anschlag aufweist, durch den die vertikale Beweglichkeit der Abzugsvorrichtung nach unten begrenzt wird. So wird auf einfache Weise sichergestellt, dass auch bei geringem Zufluss eine vorgegebene Minimalmenge im Becken verbleibt, was insbesondere bei unbemannten Anlagen wichtig ist.
Es ist auch bei einer Reihe von anderen Anwendungsgebieten (Fischteiche, offene Behälter für Flüssigkeiten aller Art) vorteilhaft, den Abzug nicht von der Oberfläche direkt vorzunehmen, da dort mit aufschwimmenden Verunreinigungen aller Art gerechnet werden muss, die zumeist im Abzug unerwünscht sind.
Aus dem Gesagten geht hervor, dass die Verbindung der Ablaufvorrichtung auf der Wehrseite (Blendenseite) mit einem entsprechenden Durchlass in der Seitenwand oder im Boden des Nachklärbeckens zumindest teilweise flexibel ausgeführt werden muss, was aber in Anbetracht der geringen mechanischen Beanspruchungen und der nur langsam erfolgenden Bewegungen keine Probleme mit sich bringt.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die
Fig. 1 zeigt ein in einem schwimmenden Behälter angeordnetes Überfallwehr, dessen Ablauf mittels einer flexiblen Leitung zu einer Durchtrittsstelle der Beckenwand geführt ist, die
Fig. 2 die Tageszugangs- und Ablauflinien eines Beispieles und die
Fig. 3 die Summenlinien samt dem Aufstauvolumen.
Es ist selbverständlich die Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt, sondern kann ganz allgemein Verwendung finden, wo ein gleichmässiger Abzug von Flüssigkeiten gewünscht wird.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist eine erfindungsgemässe Abzugsvorrichtung 1 für Klarwasser eines Nachklärbeckens 2 mit Schwimmern 3 versehen, die sicherstellen, dass das Wehr 4 (bzw. ein Bezugspunkt des Wehres) in vorbestimmter Höhenlage zur freien Wasseroberfläche 6 liegt.
Ein Einlauf 7 ist rein schematisch durch einen Rohrstutzen angedeutet, es ist selbstverständlich möglich und in den meisten Fällen auch bevorzugt, statt dieses Rohrstutzens ein Rohr oder eine Rohrschlange oder einen rechen- oder kammartig ausgebildeten Rohraufbau, passend mit Schwimmern und mit entsprechenden Öffnungen versehen, über einen grossen Flächenbereich des Nachklärbeckens auszulegen, um an vielen, möglichst gleichmässig über das Nachklärbecken 2 verteilten Stellen relativ knapp unterhalb der freien Wasseroberfläche 6 das geklärte Abwasser mit geringer Geschwindigkeit anzusaugen und so das Auftreten von Turbulenzen und die damit verbundene Gefahr des Ansaugens schwebender Schlammteilchen zu verhindern.
Die Abzugsvorrichtung 1 ist Im gezeigten Ausführungsbeispiel mittels ihrer Schwimmer 3 an vertikalen Rohren oder Stangen 8 geführt. Die Rohre 8 tragen untere Anschläge 9 und obere
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Anschläge 10, die die vertikale Beweglichkeit der Abzugsvorrichtung 1 nach unten bzw. nach oben begrenzen.
Diese Begrenzung der vertikalen Beweglichkeit hat den Sinn, bei länger anhaltendem geringem oder überhaupt fehlendem Zufluss zum Nachklärbecken 2 ein Absinken der freien Wasseroberfläche 6 unter ein vorgegebenes Niveau zu verhindern und anderseits bel länger anhaltendem extrem starken Zufluss zum Nachklärbecken 2 bei Erreichen eines vorgegebenen Niveaus der freien Oberfläche 6, die Abzugsvorrichtung 1 nicht weiter steigen zu lassen und so den Durchsatz des abfliessenden Klarwassers über das Wehr 4 durch sukzessives Ansteigen der Überfallhöhe zu erhöhen.
Bevorzugt wird dabei die Kapazitätssteigerung so bemessen, dass bei Erreichen der maximalen Durchflussrate durch die Abzugsvorrichtung 1, die durch die Aufnahmefähigkeit des Einlaufes 7 mitbestimmt wird, eine solche Höhe der freien Wasseroberfläche 6 erreicht ist, dass erst dann ein Notüberlauf des Nachklärbeckens überlaufen wird. Auf diese Weise kann ein ordnungsgemä- sser Betrieb ängstmögt) ch aufrecht erhalten werden.
Wesentlich für die Erfindung Ist, dass das Unterwasser 11 bzw. dessen freier Spiegel die Menge des über das Wehr 4 fliessenden Klarwassers nicht beeinflusst, es muss somit ein sogenannter vollkommener Überfall gewährleistet sein. Bei Verwendung einer bzw. mehrerer Blenden darf analog dazu die Höhe des Unterwassers den Durchfluss durch die vollkommen unter dem Oberwasserspiegel liegende Blende nicht beeinflussen.
In der Figur ist der eigentliche Abfluss 12 nur schematisch angedeutet Wesentlich ist, dass unter den gegebenen Umständen auch bei tiefster Lage der Abzugsvorrichtung 1 der Abfluss 12 in der Lage ist, alles über das Wehr 4 fliessende Wasser abzuführen, ohne dass der Flüssigkeitsspiegel im Unterwasser 11 so hoch ansteigt, dass von einem vollkommenen Überfall nicht mehr gesprochen werden kann.
In der Figur ist aus Platzmangel die vertikale Lage des Durchtrittes 5 durch die Wand des Nachklärbeckens 2 nicht exakt eingezeichnet, er musste deutlich tiefer liegen, um auch In der untersten Lage der Abzugseinrichtung 1 einen problemlosen Ablauf des Klarwassers zu ermogli- chen Bevorzugt wird auch, dass die Durchflusskapazität des Abflusses 12 deutlich grösser ist, um auch bei der weiter oben genannten Situation, bei der das Wehr 4 auch Teile der Funktion eines Notüberlaufes zu erfüllen hat, eine ordnungsgemässe Ableitung des abfliessenden Wassers durch den Abfluss 12 noch gewährleistet Ist
Da der eigentliche Austritt 5 aus dem Nachklärbecken ortsfest ist und die Abzugsvomchtung 1 vertikal beweglich Ist,
muss der Abfluss 12 über seine ganze Lange oder zumindest über einen Tell
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möglich, entsprechend zueinander verschwenkbare Rohrteile vorzusehen, doch wird dies wegen der zwischen solchen Teilen Immer auftretenden Reibung und der Abdichtungsprobleme nicht bevorzugt. Es können als flexible Teile passende Schläuche aus Kunststoff oder gummiertem, texti- len Material verwendet werden, die auftretenden Druckunterschiede sind so genng, dass diesbezuglich keine kritischen Werte bestehen
In einer in der Figur nicht dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, an der Abzugsvomchtung 1 einen flutbaren Lufttank anzuordnen, der es ermöglicht, wenn er mit Luft gefüllt Ist,
die Abzugsvorrichtung 1 soweit über die freie Wasseroberfläche 6 zu heben, dass kein Uberlauf über das Wehr 4 mehr stattfindet Damit Ist es nicht nur möglich, ohne spezielles, den Querschnitt einer Leitung ändernden Absperrorganes den Abfluss zu sperren, sondern es Ist auch
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mes an der freien Oberfläche 6 vorzunehmen.
Insbesondere bel kleinen Abwasserrelnrgungsanla- gen ist es aus Kostengrunden meist nicht möglich, einen kontinuierlich arbeitenden Oberflächenabsauger od. dgl. einzubauen, man behilft sich oft mit einer penodlsch vorgenommenen manuellen Reinigung
Erfindungsgemäss wird nun vorgeschlagen, nach dem Absperren des Ablaufes, somit bevorzugt nach dem Anheben der Abzugsvorrichtung 1, Luft mittels mehrerer Düsen relativ knapp unter der freien Wasseroberflache 6 einzublasen und durch die so erzielte heftige Bewegung In der obersten Wasserschichte den Film der schwimmenden Schlammteilchen zu zerstören, von anhaftenden Gasblasen (zumeist Stickstoff) zu befreien und zur Sedimentation zu bringen.
Es können dazu entweder fix am Beckenrand eingelassene Düsen verwendet werden oder, insbesondere bei etwas grösser ausgelegten Becken rechenartige Gebilde, die über die Oberfläche gekippt, geschoben oder herabgelassen werden.
Anschliessend an diese einige Minuten dauernde Durchwirbelung der obersten Flüssigkeits-
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schichte und dem Abstellen der Luftzufuhr wird noch zugewartet, bis die einsetzende Sedimentation wieder eine ausreichend hohe Schicht von Klarwasser hat entstehen lassen und es wird sodann der luftgefüllte Schwimmer in der Abzugsvorrichtung 1 wieder im vorgesehenen Ausmass geflutet, beispielsweise durch Öffnen eines Ablassventils, worauf das Wehr 4 wieder überströmt wird und der Normalbetrieb hergestellt ist.
Während des Anhebens der Abzugsvorrichtung 1 steigt natürlich in Abhängigkeit vom momentanen Zulauf zum Nachklärbecken 2 die freie Wasseroberfläche 6 an, sodass es unter Umständen angeraten ist, nach dem Wiederherstellen des normalen Betriebes durch Ändern des Auftriebes, beispielsweise durch weiteres Fluten des Schwimmers oder durch Aufbringen eines Gewichtes auf die Abzugsvorrichtung 1, für einige Zeit für einen grösseren Ablauf zu sorgen, um eine gewünschte Höhe der freien Wasseroberfläche 6 im Nachklärbecken 2 wieder zu erreichen.
Eine solche Regelung kann selbstverständlich auch dadurch erreicht werden, dass die Anschläge 9,10 auf den vertikalen Führungsstangen bzw. Rohren 8 nicht fix montiert sind, sondern verstellbar sind, sodass der Regelbereich der erfindungsgemässen Abzugsvorrichtung eingestellt und den jeweiligen Bedürfhissen angepasst werden kann. Wenn die Verstellvorrichtungen für die Anschläge 9,10 stark und stabil genug sind, kann statt des Anhebens der Abzugsvorrichtung 1 über einen gelüfteten Tank eine solche Anhebung auch durch das entsprechende Verstellen der unteren Anschläge 9 erfolgen.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann verschiedentlich abgewandelt und variiert werden. So ist es nicht nur, wie weiter oben schon erwähnt, möglich und auch bevorzugt, statt des einfachen Einlaufstutzen 7 ein regelrechtes Einlaufwerk vorzusehen, sondern es kann auch zwischen diesem Einlaufwerk und der eigentlichen, das Wehr 4 aufweisenden, Abzugsvorrichtung 1 ein flexibler Übergang geschaffen werden, der es möglich macht, diese beiden Teile unabhängig voneinander vertikal zu positionieren.
Für spezielle Anwendungsgebiete ist es sogar denkbar, die Abzugsvorrichtung 1 in einem eigenen kleinen Becken unterzubringen, soferne nur, beispielsweise durch einen Verbindungskanal, sichergestellt Ist, dass die freie Wasseroberfläche 6 im Bereich der Abzugsvorrichtung 1 der freien Oberfläche im Nachklärbecken 2 zumindest im wesentlichen entspricht.
Weitere mögliche Ausgestaltungen und Änderungen betreffend die Querschnittsform des Wehres 4, dieses kann dreieckig, trapezförmig oder rechteckig ausgestaltet sein, ja es ist auch denkbar, das Wehr durch eine Lochplatte zu setzen, was aber nur in Ausnahmefällen vorteilhaft ist. Die Führung der Abzugsvorrichtung 1 muss nicht an Rohren oder Stangen 8 erfolgen, es können dazu auch Seile, Schnüre oder Drähte verwendet werden, deren Zahl muss nicht vier betragen, wenn dies auch bei rechteckig ausgebildeten Abzugsvorrichtungen bevorzugt wird. Letzten Endes ist es nur von Bedeutung, dass es zu keinem Verkanten der Abzugsvorrichtung an den Führungen bzw der Führung kommt, da dies die richtige Höhenlage der Abzugsvomchtung 1 beeinträchtigen könnte.
Der Abfluss 12 bzw. sein Durchtritt 5 durch die Wand bzw. den Boden des Nachklärbeckens 2 Ist, soferne er nur genügend Schluckvermögen aufweist, fur die Erfindung unkritisch, es wird aber bevorzugt, die Lage noch deutlich über den obersten Sedimentationsschichten festzulegen, um auch im Falle geringer Undichtigkelten in der flexiblen Leitung zuverlässig den Austritt von Schlammteilchen aus dem Nachklärbecken 2 zu verhindern.
Bei Verwendung einer bzw. mehrerer Blenden gilt für deren Ausgestaltung und Anordnung mutatis mutandis das gleiche wie oben für das Wehr Ausgeführte : Die geometrische Ausbildung, u. U. die Verwendung mehrerer Blenden oder deren Kombination mit einem Wehr als Vorstufe zu einem Notüberlauf ist erfindungsgemäss möglich und für den Fachmann in Kenntnis der Erfindung leicht konzipierbar.
Durch die erfindungsgemässe Anlagenkonzeption wird folgendes erreicht : Die maximale Menge des abfliessenden Wassers wird deutlich vermindert, der Ablauf wird mengenmässig auf ein konstantes Mass begrenzt. Dadurch wird auch die hydraulische Spitzenbelastung des Nachklärbeckens wesentlich vermindert. Zulaufspitzen, die zufolge des sich ändernden Abwasseranfalles, durch den Betrieb von Schmutzwasserpumpwerken oder auch kurzzeitige Fremdwasserzutritte In Schmutzwasserkanäle (Starkregenereignis) auftreten können.
Der Zweck und die Resultate der Erfindung können anhand des nachfolgenden Zahlenbeispieles veranschaulicht werden :
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Eine kleine, biologische Kläranlage mit einer Ausbaugrösse von 50 EW (Einwohnerwerten) soll für folgenden, maximalen hydraulischen Zulauf bemessen werden :
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<tb>
<tb> Max. <SEP> Abwasserzulauf <SEP> pro <SEP> Tag: <SEP> 10 <SEP> m3/24 <SEP> h
<tb> Tageszulaufganglinie <SEP> : <SEP> siehe <SEP> Flg. <SEP> 2
<tb> Spitzenzufluss <SEP> pro <SEP> Stunde <SEP> :
<SEP> 1, <SEP> 2m3/h <SEP>
<tb> angen. <SEP> Nachklärbeckenoberfläche. <SEP> 3 <SEP> m2
<tb> Es <SEP> ergibt <SEP> sich <SEP> beim <SEP> reinen <SEP> Durchlaufbetrieb <SEP> (Zufluss <SEP> = <SEP> QAB)
<tb> die <SEP> max. <SEP> Oberflächebeschickung <SEP> qA <SEP> 0, <SEP> 4 <SEP> m <SEP> m <SEP> , <SEP> h
<tb> Im <SEP> Vergleich <SEP> dazu <SEP> beträgt <SEP> beim <SEP>
<tb> konstantem <SEP> Ablauf <SEP> von <SEP> konstOAB <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> m <SEP> /h
<tb> die <SEP> max. <SEP> Oberflächebeschickung <SEP> konstQA <SEP> 0, <SEP> 17 <SEP> m3/m2, <SEP> h. <SEP>
<tb>
Das zumindest erforderliche Stauraumvolumen ergibt sich bei Parallelverschiebung der Ablaufsummenlinie durch die Extremwerte der Zulaufsummenllnie gegenüber der Ablaufsummenlinie als vertikaler Abstand der belden Lagen, wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist.
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oben beschriebenem Beispielist auf das 20-Stundenmittel der gesamten Tagesabwasserfracht vergleichmässigt.