DE102005004230A1

DE102005004230A1 - Selbsttätig-regulierender physikalisch-chemisch aktiver Lamellenabscheider

Info

Publication number: DE102005004230A1
Application number: DE102005004230A
Authority: DE
Inventors: Frank R Kolb
Original assignee: Kolb Frank R Dr-Ing
Current assignee: Kolb Frank R Dr-Ing
Priority date: 2005-01-28
Filing date: 2005-01-28
Publication date: 2006-08-03
Also published as: WO2006079541A3; US20090032448A1; WO2006079541A2; EP1843826A2; EP1843826B1

Abstract

Die Abscheidung von Grobstoffen und Suspensa stellt eine wesentliche Aufgabe im Bereich der Umweltschutztechnik, insbesondere in der Abwasserableitung und Abwasserreinigung dar. Die wirksame Abscheidefläche für die Suspensa wird durch den Einbau von parallel zueinander angeordneten Flächen, sogenannten Lamellen, die einen Anstellwinkel bezüglich der Senkrechten aufweisen, vergrößert. Aufgrund der Schrägstellung der Lamellen und der unterschiedlichen physikalisch-chemischen Eigenschaften der Suspensa kann es zu Ablagerungen auf den Lamellen kommen, die entfernt werden müssen. Das Umschalten zwischen der Abscheide- und Reinigungsposition wird selbsttätig durch einen Strömungskörper erfaßt und in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit, die mit der Feststoffbeladung der Flüssigkeit korreliert, über eine mechanische Verbindung an den Lamellen eingestellt.

Description

Die Abscheidung von Grobstoffen und Suspensa stellt eine wesentliche Aufgabe im Bereich der Umweltschutztechnik, insbesondere bei der Trinkwasseraufbereitung, Prozeßwasser- oder Regenwasserbehandlung, sowie in der Abwasserableitung und Abwasserreinigung dar. Der Abscheidegrad und die Trennschärfe werden im wesentlichen durch die spezifische Flächenbeschickung beeinflußt, wobei diese sich proportional zur Trennkorngröße, beispielsweise von mineralischen, metallischen oder organischen Partikeln, verhält. Zur Abscheidung von kleinen Trennkorngrößen müssen, ohne zusätzliche Einbauten, Behälter mit sehr großen Oberflächen realisiert werden. Aus dem Bereich des Bergbaus entwickelten sich maschinentechnische Verfahren, die eine Erhöhung der wirksamen Abscheidefläche bei kleinen Behälteroberflächen ermöglichten. Überwiegend wurde die wirksame Abscheidefläche durch den Einbau von parallel zueinander angeordneten Flächen, sogenannten Lamellen, die eine Schrägstellung (Anstellwinkel) bezüglich der Senkrechten aufweisen, vergrößert. Die mit partikulären Schmutzstoffen beladene Flüssigkeit zirkuliert innerhalb des Behälters oder Beckens über die Lamellenoberfläche, an der die Partikel abgeschieden werden.
Aufgrund der Schrägstellung der Lamellen und der unterschiedlichen physikalischchemischen Eigenschaften (Dichte, Struktur, Oberflächenladung usw.) der Partikel, insbesondere ihren lipo- oder hydrophilen Eigenschaften, kann es zu Ablagerungen auf den Lamellen kommen, die entweder manuell oder automatisch entfernt werden müssen. Aus Kosten- und verfahrenstechnischen Gründen erfolgt die Entfernung zumeist automatisch. Bei den automatischen Verfahren kann die Stellung der Lamellen in eine Abscheide- und Reinigungsposition unterteilt werden. Der Winkel in bezug auf die Senkrechte hängt in der Abscheideposition von der gewünschten Trennkorngröße ab. In der Reinigungsposition stehen die Lamellen in etwa senkrecht, damit aufgrund der Schwerkraft die Ablagerungen abrutschen können und so die Lamellenoberfläche abgereinigt wird.
Die Reinigung der Lamellen wird jedoch nicht nur durch deren Stellung, sondern auch durch den Zeitraum, innerhalb dessen die Abreinigung erfolgt, also den Reinigungszyklus, festgelegt. Die Umschaltung zwischen der Abscheide- und Reinigungsposition wird in der Patentschrift US-A-4,314,303 durch eine motorbetriebene Winde ermöglicht, wobei der Reinigungszyklus nach wie vor manuell gesteuert wird. Diese semi-automatische Steuerung hat den wesentlichen Nachteil, daß immer eine visuelle Kontrolle der Lamellen notwendig ist. Diese Kontrolle ist besonders bei überdeckten Becken mit einem erhöhten kostenmäßigen, personellen und unfallverhütungstechnischem Aufwand verbunden.

In der Patentschrift DE 697 01 121 T2 erfolgt der Wechsel zwischen der Abscheide- und Reinigungsposition schwimmergesteuert (entweder durch zusätzliche Schwimmkörper oder durch ein Lamellenmaterial mit einer geringeren Dichte als Wasser), wobei während des Füllvorganges des Beckens die Abscheideposition durch die Lamellen eingenommen wird. Der Reinigungszyklus wird durch die Füll- und Entleerungszyklen des Beckens festgelegt. Als Voraussetzung für einen ordnungsgemäßen Betrieb ist bei dieser Variante ein Wechsel zwischen den Füllständen in den Becken notwendig. Durch diese Kopplung von Füllstand im Becken und Position der Lamellen weist diese Steuerungsvariante zwei erhebliche Nachteile auf, die zum einen durch die normalen Entleerungszeiten besonders im Bereich der Abwasserableitung und zum anderen durch dauereingestaute Becken bedingt sind.

Im Bereich der Prozeß- und der Regenwasserbehandlung sowie in der Abwasserableitung dauert im vielen Fällen der Wechsel zwischen der Füllphase und dem Entleerungsbeginn von Speicherbecken mehr als 6 Stunden. Diese Einstauzeit ergibt sich meistens aus der Größe des Speichervolumens, den Produktionsprozessen, der Größe des Entwässerungsgebietes und der Belastung der Kläranlage. Die eigentliche Feststofffracht wird den Becken bzw. Behältern jedoch innerhalb der ersten 30 bis 60 Minuten zugeführt, so daß während dieser Zeit die Lamellen die Reinigungsposition einnehmen sollten. Bei der automatischen schwimmergesteuerten Variante haben die Ablagerungen, hier im besonderen die lipophilen Stoffe, genügend Zeit, sich an der Oberfläche der Lamellen anzulagern und gel-artige Agglomerate zu bilden. Diese Agglomerate können auch in der Reinigungsposition nicht alleine durch die Schwerkraft entfernt werden und bilden mit zunehmenden Einstauereignissen immer stärkere Beläge aus. Bei dauereingestauten Becken, wie beispielsweise bei der Trinkwasserbehandlung, Regenklärbecken, Sandfängen, Vorklär- und Nachklärbecken von Kläranlagen sowie in Belebungsbecken, kann diese Steuerungsvariante in keinem Fall eingesetzt werden, da bei vollgefüllten Becken die Lamellen niemals ihre Reinigungsposition einnehmen.

Aufgabenstellung der vorliegenden Anmeldung ist es, ein Verfahren zur Abscheidung der Feststoffe aus einer Flüssigkeit und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorzuschlagen, welches insbesondere zu einer kostengünstigen und effizienten Steuerung der Lamellen zwischen ihrer Abscheide- und Reinigungsposition unter allen Betriebsbedingungen in einem Becken innerhalb der Umweltschutztechnik, insbesondere der Regenwasserbehandlung und/oder der Abwasserableitung und/oder der Abwasserreinigung führt. Zur Lösung dieser Aufgabenstellung muß eine Steuergröße gefunden werden, die eine Aussage über die Fließ- und Feststoffbedingungen in den Becken, unabhängig von deren Füllstand, zuläßt.

Hierfür wird ein Verfahren und eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei dem die Strömungsgeschwindigkeit beispielsweise im Zu- oder Ablaufbereich des Beckens oder Behälters oder innerhalb des Beckens oder Behälters erfaßt wird. Die Feststoffbeladung der Flüssigkeit ist direkt proportional zur Strömungsgeschwindigkeit, da beide, Beladung und Geschwindigkeit, über die Schleppkraft miteinander gekoppelt sind. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit erfaßt wird und in einen Druck und/oder eine Kraft umgewandelt wird, kann durch diese Kraft die Abscheideeinrichtung oder Teile der Abscheideeinrichtung so positioniert werden, daß ihre projizierte horizontale Fläche für die Feststoffabscheidung für die jeweilige Flüssigkeitszufuhr bzw. Feststoffzufuhr angepaßt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Falls die Abscheideeinrichtung für die Feststoffabscheidung verstellbar angeordnete Abscheideflächen, sogenannte Lamellen, besitzt, reicht die Verstellung dieser zur angepaßten Feststoffabscheidung aus.

In einer Weiterbildung wird die Strömungsgeschwindigkeit mit einer Steuereinrichtung erfaßt, die beispielsweise aus einem Gehäuse und einem Strömungskörper (nachfolgend als Körper bezeichnet) bestehen kann. In der Steuereinrichtung wird die Strömungsgeschwindigkeit in einen Staudruck umgewandelt, der eine Kraft auf die Oberfläche des Körpers ausübt. Diese Kraft führt zu einer Bewegung des verschieblich angeordneten Körpers in der Steuereinrichtung, die wiederum zur Positionsänderung der Abscheideflächen eingesetzt werden kann. Die Bewegung kann beispielsweise über eine mechanische Verbindung auf die Abscheideflächen (Lamellen) übertragen und so deren Position bzw. Anstellwinkel verändert werden. Die Rückstellkraft für den Strömungskörper kann beispielsweise durch die Gewichtskraft der Lamellen erzeugt werden. Dann müssen die Lamellen bzw. das Lamellenpaket eine größere mittlere Dichte als die umgebende Flüssigkeit, in der Regenwasserbehandlung, der Abwasserableitung und der Abwasserreinigung beispielsweise Wasser, besitzen.

Da die Bewegungsänderung des Strömungskörpers ebenfalls proportional zur Strömungsgeschwindigkeit ist, wird der Anstellwinkel mit höherer Strömungsgeschwindigkeit und Feststoffbeladung größer, so daß sich die horizontal projizierte Fläche vergrößert und mehr Feststoffe abgeschieden werden können.

In der Regenwasserbehandlung und der Abwasserableitung nimmt die Strömungsgeschwindigkeit nach dem Einstau des Beckens oder des Behälters ab und der Strömungskörper geht auf seine Ausgangsposition zurück, so daß die Lamellen ihre Reinigungsposition einnehmen. Unabhängig von der Einstaulänge und der Füllhöhe wird bei diesem Verfahren immer wieder die Reinigungsposition eingenommen, so daß die Zeiträume, um eine nicht entfernbare Ablagerung auf den Lamellen zu ermöglichen, viel zu kurz sind.

In der Abwasserreinigung folgt die Strömungsgeschwindigkeit der Tagesganglinie des Abwassers, so daß auch in diesen Becken oder Behältern bei geringen Zuflußvolumina die Reinigungsposition eingenommen wird und eine Abreinigung der Lamellen erfolgt.

Eine andere Weiterbildung besitzt eine Steuereinrichtung, die einen perforierten Körper enthält. Dadurch können sich während des Durchströmvorganges Feststoffe aus der Flüssigkeit an den Durchbrechungen bzw. oberhalb und/oder innerhalb der Durchbrechungen ablagern und so den Druckverlust des Körpers während der Durchströmung in Abhängigkeit der Feststoffbeladung erhöhen. Der Anstieg des Strömungsdruckverlustes des Körpers führt wiederum zu einer Bewegung desselben, die zur Positionsveränderung für die Lamellen genutzt wird.

In einer anderen Weiterbildung strömt die feststoffbeladene Flüssigkeit innerhalb eines Kanals an einem Verbindungselement, beispielsweise an einem Rohr, entlang. Dieses Element ist mit der einen Seite einer Druckdose verbunden, die mindestens zwei durch eine Membrane getrennte Druckkammern besitzt. Die zweite Druckkammer ist beispielsweise mit dem Umgebungsdruck beaufschlagt. Die beiden Druckkammern wirken wie ein Differenzdruckmesser, bei dem die Membrane in der Null-Lage eben ausgerichtet ist. Durch die strömende Flüssigkeit wird gegenüber dem Umgebungsdruck ein geringerer Druck erzeugt, so daß die vorgespannte Membrane aus ihrer Mittenlage auslenkt. Diese Veränderung der Mittenlage der Membrane kann zur Steuerung der Lamellen verwendet werden.

Die zuvor genannten Steuereinrichtungen können nur eine indirekte nicht-quantitative Erfassung der Feststoffe ermöglichen, wobei in einer Weiterbildung des Verfahrens Sensoren eingesetzt werden, die eine indirekte quantitative Aussage über die vorhandenen Feststoffe in der Flüssigkeit zulassen. Bei den entsprechenden Eigenschaften der Feststoffe kann der mechanische Sensor in der Steuereinrichtung beispielsweise die kumulierte Masse der Feststoffe ermitteln (Sedimentationswaage), der elektrische die Leitfähigkeit, der optische die Trübung sowie der hydraulische die Zähigkeit, welche in ein proportionales Signal umgewandelt werden können. Dieses Signal kann durch die Steuereinrichtung auf ein Stellglied übertragen und auf mechanischem, elektrischem, pneumatischem oder hydraulischem Wege die Ansteuerung der entsprechenden Lamellenposition durchführen. Wird der Feststoffgehalt in der Behälterflüssigkeit oder die Position der Lamellen über einen zusätzlichen Fühler erfaßt, so kann der Steuerkreis zu einem Regelkreis erweitert werden.

Eine kostengünstige Weiterbildung der Steuereinrichtung besteht in der Positions- veränderung der Lamellen in zeitlich diskreten Schritten. Als Steuereinrichtung kann beispielsweise eine Schaltuhr verwendet werden, die ein Stellglied ansteuert, welches die Lamellen beispielsweise in einem halbstündigen Rhythmus aus ihrer Abscheideposition in die Reinigungsposition umschaltet und nach einer beispielsweise 5 min. Reinigungsdauer wieder in die Abscheideposition umschaltet.

Um eine möglichst leichte und kostengünstige Konstruktion der gesamten Abscheideeinrichtung zu ermöglichen ist in einer Weiterbildung das Verbindungselement zwischen Steuereinrichtung und Auslenk- bzw. Umlenkeinrichtung beispielsweise als Seil, Kette oder stabförmiges Gestänge ausgeführt. Diese Verbindungselemente können nur Zug- und keine Druckkräfte übertragen. Aus diesem Grund müssen die Verbindungselemente nur auf eine Kraftrichtung dimensioniert werden und können deshalb mit einem geringen Gewicht ausgeführt werden. Diese Art der Verbindungselemente führt vorteilhafterweise zu geringen Massenträgheitsmomenten, so daß die Steuereinrichtung nur minimale zusätzliche Stellkräfte aufbringen muß, um die Lamellenposition zu verändern.

In den zu reinigenden Flüssigkeiten, beispielsweise Niederschlagswasser, sind nicht nur partikuläre Stoffe vorhanden, sondern auch gelöste Stoffe wie beispielsweise Schwermetalle, Nitrat, Nitrit, Chloride, Sulfate oder Metall-Organo-Verbindungen, die über aktive Medien wie beispielsweise Aktivkohle, Aktivkoks, Klinoptiolith oder Hydroxyl-Apatit adsorptiv gebunden werden können. Deshalb wird in einer Weiterbildung des Verfahrens ein Kompositaufbau der Lamellen vorgeschlagen. Der Kompositaufbau der Lamellen kann so ausgeführt sein, daß das Material mit den aktiven Schichten zur Entfernung der gelösten Stoffe lösbar mit den eigentlichen Abscheideflächen oder unlösbar mit ihnen verbunden ist. Die lösbare Verbindung hat den Vorteil, daß die Adsorbentien auch nachträglich an spezielle Schadstoffe in der Flüssigkeit angepaßt werden können.

Bei einer unlösbaren Verbindung besitzt der Kompositaufbau den Vorteil, daß die Lamellen ein geringeres Gewicht aufweisen und dadurch mit einem geringeren Aufwand montiert werden können. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Abscheideeinrichtung in überdeckte Bauwerke wie Schächte oder Regenbecken eingebaut wird.

Bei einer selbsttätigen Reinigung der Lamellen durch ihre Positionsänderung wird als Reinigungsmechanismus das Kräfte-Ungleichgewicht zwischen der Haftkraft der abgeschiedenen Feststoffe auf den Abscheideflächen und die Wirkung der Schwerkraft auf die abgeschiedenen Feststoffe ausgenutzt. Aus diesem Grund kann die Reinigungswirkung der Schwerkraft durch eine Minimierung der Haftkräfte verbessert werden, die von den Feststoffen und den Eigenschaften der Lamellen-Oberfläche abhängen. In einer Weiterbildung werden die Lamellen mit Nanopartikeln (Lotusblüten-Effekt) beschichtet, die eine Veränderung der Oberflächenpotentiale bewirken. Dadurch können beispielsweise gelöste lipophile Stoffe in partikuläre Stoffe überführt und an den Lamellenoberflächen abgeschieden werden. Für die Lamellen können auch Kunststoffe verwendet werden, die eine spezielle schuppenartige Oberflächenstruktur (Haifisch-Effekt) aufweisen. Durch diese Oberfläche werden die Grenzflächeneigenschaften besonders positiv beeinflußt, so daß die Haftkräfte in wäßrigen Umgebungsmedien minimiert und die Feststoffablagerungen in der Reinigungsposition vorteilhafterweise leichter abgleiten.

Für einen Einsatz der Abscheideeinrichtung in der Abwasserreinigung sind neben den partikulären mineralischen Feststoffen auch noch Leichtstoffe, wie beispielsweise Fette und Öle, sowie faserige, zumeist organische Feststoffe in der Flüssigkeit enthalten. Um diese Stoffe aus der Flüssigkeit zu entfernen, ist es vorteilhaft, die Abscheideinrichtung mit mindestens einer mechanischen Vorreinigungsstufe, wie beispielsweise einem Rechen, und/oder mindestens einer weiteren Stufe für die Abscheidung von emulgierten und/oder koagulierten lipophilen Stoffen zu kombinieren. Durch die mechanische Vorreinigungsstufe können je nach Größe deren Durchbrechungen die faserigen und/oder stückigen, zumeist organischen Feststoffe aus der Flüssigkeit entfernt werden. Die Stufe für die Abscheidung der Lipide und lipoiden Stoffe kann beispielsweise wie ein Fettfang aufgebaut sein, in dem beispielsweise Luft eingeblasen wird, um die mittlere Dichte herabzusetzen und die Oberflächenspannung der Flüssigkeit zu verändern, so daß diese Stoffe an die Flüssigkeitsoberfläche aufschwimmen und entfernt werden können. Die Anordnung der mindestens drei Stufen ist beliebig und richtet sich nach den Anteilen an den unterschiedlichen Feststofffraktionen der zu behandelnden Flüssigkeit. In der Abwasserreinigung könnten die Stufen aufgrund der allgemeinen Abwasserzusammensetzung beispielsweise in der Reihenfolge mechanische Vorreinigung, Fettfang und Abscheideeinrichtung eingesetzt werden.

In der Abwasserreinigung wird sehr häufig das sogenannte Belebungsverfahren zur Reinigung der Flüssigkeit eingesetzt. Das Belebungsverfahren zeichnet sich dadurch aus, daß suspendierte Mikroorganismen in einem Behälter oder Becken mit gelösten und/oder partikulären Flüssigkeitsinhaltsstoffen in Kontakt kommen und diese auf biochemischen Wege umsetzen. Um diesen Prozeß permanent aufrecht zu erhalten, müssen die Miroorganismen am Ende des Reinigungsverfahren wieder aus der Flüssigkeit abgetrennt werden. Diese Abtrennung ist sehr kostenintensiv, da sie in speziellen großvolumigen Becken, sogenannten Nachklärbecken, erfolgt. Durch den Einsatz der Abscheideeinrichtung können diese Becken verkleinert und dadurch das gesamte Verfahren kostengünstiger durchgeführt werden. Für eine Kombination der Abscheideeinrichtung mit einem Membranverfahren, wie in einer Weiterbildung ausgeführt, kann die Flüssigkeit sogar bis in den molekularen Bereich von Schadstoffen und Mikroorganismen gereinigt werden. Über die Porenbereiche der Membranen kann die Reinigungswirkung und Durchsatzleistung festgelegt werden. Die Anordnung der beiden Stufen (Abscheideeinrichtung und Membranen) ist beliebig, wobei vorzugsweise mit der Abscheideeinrichtung die Feststoffe im makroskopischen Bereich und anschließend durch die Membran im mikroskopischen Bereich entfernt werden sollten.

Damit die abgeschiedenen Feststoffe nicht wieder resuspendiert werden, müssen sie in der Abscheideeinrichtung gesammelt und möglichst zeitnah ausgetragen werden. Bei Regenbecken im Nebenschluß und für Behälter muß ein zusätzliches Austragsorgan für die Feststoffe vorgesehen werden. In einer Weiterbildung des Verfahrens werden für den Feststoffeintrag robuste Förderelemente wie beispielsweise eine Pumpe mit Hardex-Förderrad oder eine Förderschnecke eingesetzt. Besonders vorteilhaft ist ein Förderelement, das keine bewegten Teile zur Förderung benötigt, wie beispielsweise ein Luftheber.

Bei Becken oder Behältern im Ableitungssystem, bei denen eine Abwirtschaftung, also eine Wechsel zwischen Füllen und Entleeren, erfolgt, kann die Abscheideeinrichtung mit einer hydraulischen Einrichtung zum Abtransport der Feststoffe versehen werden. Der Abtransport der abgeschiedenen Feststoffe erfolgt nach der Entleerung der Becken oder Behälter. Für die Reinigung dieser Becken eignen sich im besondern Maße hydraulische Einrichtungen, die einen Reinigungsschwall erzeugen, wie beispielsweise Spülkippen, klappenbehaftete oder klappenfreie Spülkammern sowie Spritzdüsenleisten. Bei diesen Verfahren erfolgt der Feststofftransport vorteilhafterweise durch die Schleppkraft der zugeführten Wasserenergie, so daß kein Verschleiß durch die mineralischen Partikel verursacht werden kann.

Die einfachste und damit kostengünstigste Vorrichtung zur Steuerung der Position der Abscheidefläche bzw. Abscheideflächen besteht darin, daß die Steuereinrichtung in die Abscheideflächen integriert ist. Um dies zu erreichen, werden die Abscheideflächen beispielsweise drehbar gelagert und ein Teil der Fläche durch einen Teilstrom oder die gesamte zugeführte Flüssigkeit und damit der zugeführten Feststoffe angeströmt. Durch die Anströmung wird auf diesen Teil der Steuereinrichtung-Abscheideflächen-Kombination eine Kraft ausgeübt, die zu einer Positionsänderung um die Drehachse führt. Um die Wirkung der Anströmung zu verstärken, kann ein Teil der Fläche oder die gesamte Fläche, welche als Steuereinrichtung wirkt, vorteilhafterweise bis zu einem Winkel von 90° gegenüber der Abscheidefläche abgewinkelt sein.

Um eine Bewegung eines Strömungskörpers, wie in einer Weiterbildung der Vorrichtung genannt, durch die zuströmende Flüssigkeit zu erzielen, ist es vorteilhaft, die Strömungsgeschwindigkeit in eine Kraft umzuwandeln. In der Fluidtechnik kann die Strömungsgeschwindigkeit mit geringem Aufwand durch einen Strömungskörper in einen Strömungsdruck umgewandelt werden, der bei einer verschieblichen Anordnung des Körpers in eine Bewegung umgesetzt werden kann. Bei dieser Umwandlung durch den Strömungskörper ist es vorteilhaft, daß der Körper so ausgeführt wird, daß möglichst keine oder nur geringe Ablösewirbel entstehen, die einen zusätzlichen Verlust der Kraft verursachen würden. Die Druckkraft der strömenden Flüssigkeit kann durch ein Gehäuse, in dem der Körper geführt wird, erhöht werden. Bei der Gestaltung des Gehäuses ist darauf zu achten, daß der Staudruck möglichst gleichmäßig auf den Körper wirkt, damit dieser keinen zusätzlichen Momenten ausgesetzt wird (beispielsweise Dreh- oder Kippmomente).

Eine kostengünstige Weiterbildung der Steuereinrichtung besteht beispielsweise darin, ein Rohr als Gehäuse für den Körper einzusetzen, welches beim Durchströmen gleichzeitig den wesentlichen Vorteil einer radialsymmetrischen Verteilung der Druckkräfte bzw. des Druckverlustes hat. Bei diesem Aufbau führen die Druckkräfte nicht zu einer Rotation des Körpers, der die Druckkräfte aufnimmt. Der Körper zur Aufnahme der Druckkräfte sollte ebenfalls rotationssymmetrisch ausgeführt werden, damit auf ihn ebenfalls eine gleichmäßige Kraftverteilung stattfindet. Aus strömungstechnischer Sicht könnte der Körper zur Aufnahme der Druckkräfte eine tropfenförmige oder vereinfacht eine kegelförmige Form aufweisen und so in der Strömung angeordnet sein, daß die Verwirbelungsverluste minimiert werden. Zur Führung des Körpers kann das Gehäuse mindestens ein Führungselement, beispielsweise eine Nut oder ein U-Profil enthalten. Der Körper zur Aufnahme des Strömungsdruckes enthält ebenfalls ein Führungselement, wobei es vorteilhafterweise ein entsprechendes Gegenstück zum Führungselement des Gehäuses sein sollte, beispielsweise ein Stift oder eine Schiene, welche fest mit dem Körper verbunden sind. Die Kombination der beiden Führungselemente stellt eine lineare Führung für den Körper dar, der den auf ihn wirkenden Druckkräften in der Richtung der Linearführung ausweichen und so seine Position verändern kann. Um die Positionsänderung des Körpers auf die Lamellen zu übertragen, sind entweder seine Führungselemente oder der Körper direkt über ein Verbindungselement, beispielsweise ein Kunststoffseil, über die Umlenkeinrichtung direkt mit den Lamellen verbunden oder, falls eine Umwandlung (Über-/Untersetzung) der Bewegung des Körpers notwendig ist, mit einer Auslenkeinrichtung verbunden, die an ihrem anderen Ende mit einem weiteren Verbindungselement wiederum an den Lamellen befestigt ist.

Für eine Abfrage der Feststoffbeladung der Flüssigkeit durch einen mechanisch wirkenden Körper eignen sich Durchbrechungen in diesem, die sich in Abhängigkeit der Feststoffbeladung zusetzen können, um dadurch den Druckverlust proportional zur Beladung zu erhöhen und auszulenken. In einer Weiterbildung der Vorrichtung wird der Körper beispielsweise als ebene Platte ausgeführt, die beispielsweise schlitz- oder kreisförmige Durchbrechungen mit unterschiedlichen Durchmessern von 0,5 bis 5 mm aufweist. Während des Durchströmens des Körpers mit der zu reinigenden Flüssigkeit nimmt die freie Querschnittsfläche des Körpers immer weiter ab, so daß der Strömungsdruck immer größer wird und den Körper in seiner Führung immer weiter verschiebt. Der Körper ist ebenfalls mit einem Verbindungselement zur Ansteuerung der Lamellenposition versehen.

Da die Feststoffe die Durchbrechungen des Körpers verstopfen, müssen sie am Ende eines Steuerungszyklus wieder aus den Durchbrechungen entfernt werden. Zu diesem Zweck ist mindestens eine Reinigungseinrichtung vorgesehen, die beispielsweise am oberen oder unteren Ende des Verfahrweges oder besonders vorteilhaft an beiden Enden des Verfahrweges angebracht ist. Die Reinigungseinrichtung kann im Falle des zuvor beschriebenen beispielhaften Körpers aus einer Platte mit Stegen bestehen, auf denen Zapfen angebracht sind, die in die jeweiligen Durchbrechungen des Körpers passen. Erreicht der Körper die obere oder/und untere Endposition seines Verfahrweges, durchstoßen die Zapfen die Durchbrechungen und entfernen so die Feststoffablagerung aus dem Körper.

Eine andere kostengünstige Weiterbildung des Körpers zur Aufnahme der Strömungsdruckkräfte besteht aus mindestens einer einseitig gelagerten Platte, die im Gehäuse der Steuereinrichtung beweglich gelagert ist. An mindestens einer Seitenfläche der Platte, vorzugsweise gegenüber dem Lager, ist mindestens eine Zunge vorhanden, die über Verbindungselemente an den Lamellen befestigt ist. Zwischen Platte und Gehäuse besteht mindestens ein Spalt, durch den die feststoffbeladene Flüssigkeit strömen kann. In Abhängigkeit des zuströmenden Volumenstroms variiert die Druck- und damit die Verstellkraft für die Platte. Die Auslenkung der Platte erfolgt um den Drehpunkt der Lagerung und die Rückstellung erfolgt über die Gewichtskraft der Lamellen.

Für die Positionierung der Lamellen innerhalb der Abscheideeinrichtung muß eine Kraft aufgewendet werden, die durch den Staudruck, welcher an dem Körper in der Steuereinrichtung angreift, erzeugt wird. Diese Kraft kann, wie schon zuvor beschrieben, entweder unmittelbar oder mittelbar auf die Abscheideflächen wirken. Bei der mittelbaren Wirkung werden zur Übertragung der Kraft von der Steuereinrichtung zu den Lamellen konstruktive Komponenten wie Verbindungselemente oder Umlenk und/oder Auslenkeinrichtungen bzw. eine Kombination aus Umlenk- und Auslenkeinrichtung benötigt.

Um die Trägheit der Bewegungsübertragung zwischen Steuereinrichtung und Lamellen zu minimieren, sollten die Verbindungselemente möglichst ein geringes Gewicht aufweisen. Um dies wie in einer Weiterbildung beschrieben zu ermöglichen, sollte der Kraftverlauf zwischen Steuereinrichtung und Lamellen so gewählt werden, daß in den Verbindungselementen überwiegend nur Zugkräfte auftreten, da fast alle Werkstoffe hohe Zugspannungen bei geringen Werkstückabmessungen übertragen können, so daß beispielsweise ein Seil als Verbindungselement verwendet werden kann. Die wesentliche Funktion der Umlenkeinrichtung besteht darin, den Kraftfluß in den Verbindungselementen so zu lenken, daß in diesen überwiegend nur Zugkräfte auftreten. Die Umlenkeinrichtung bzw. Umlenkeinrichtungen können beispielsweise aus Rollen bestehen, in denen das Verbindungselement geführt und die Kraft immer nur in Achsrichtung des Verbindungselements wirkt.

Die Auslenkeinrichtung hat zusätzlich zur Umlenkeinrichtung noch die Funktion, die Bewegung zwischen Steuereinrichtung und Lamellen zu verändern. Dabei wird vorteilhafterweise bei niedriger Flüssigkeitszufuhr mit hoher Feststoffbeladung die Bewegung durch die Auslenkeinrichtung vergrößert, um dadurch die horizontal projizierte Abscheidefläche an die hohen Feststoffanteile anzupassen und bei hoher Flüssigkeitszufuhr mit niedriger Feststoffbeladung die Bewegung verkleinert, um die Turbulenzen durch die Lamellenpositionierung zu minimieren. Eine kostengünstige Lösung für ein Auslenkelement besteht in einem asymmetrisch wirkenden Hebel, wobei die Asymmetrie beispielsweise durch eine außermittige Lagerung oder durch unterschiedlich lange Hebelteilstücke realisiert werden kann.

Eine Kombination aus Umlenk- und Auslenkeinrichtung kann beispielsweise durch eine Kurvenscheibe verwirklicht werden, deren Durchmesser in Bewegungsrichtung kontinuierlich zunimmt, um die Bewegung zu vergrößern oder deren Durchmesser in Bewegungsrichtung kontinuierlich annimmt, um die Bewegung zu verkleinern.

Neben der rein mechanischen Steuer-, Umlenk- und/oder Auslenkeinrichtung können als Weiterbildung auch Kombinationen aus beispielsweise optischer oder elektrischer Steuereinrichtung sowie elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Umlenk- bzw. Auslenkeinrichtung eingesetzt werden. Die optische Steuereinrichtung kann beispielsweise aus einem Trübungssensor bestehen, dessen Signal wieder in eine elektrische Steuergröße umgewandelt und damit ein Stellglied, wie beispielsweise ein Schrittmotor, der über ein Verbindungselement mit den Abscheideflächen verbunden ist, angesteuert wird. Das Stellglied kann so angeordnet werden, daß es als Umlenkelement fungiert und gleichzeitig durch eine Transformation des Signals vom Trübungssensor zur elektrischen Steuergröße und/oder von der elektrischen Steuergröße zum Schrittmotor, die Funktion der Auslenkeinrichtung erfüllt.

Im Bereich der Materialforschung haben sich in den letzten Jahren wesentliche Fortschritte in der Mikrostrukturtechnik bei der Verwendung von sogenannten Nano-Partikeln für die Beeinflussung von Oberflächeneigenschaften (Stichwort: Lotus-Effekt) und in der Strömungsmechanik bei der Beeinflussung von Grenzschichten ergeben (Stichwort: Haifischhaut-Effekt). Durch den ersten Effekt werden im wesentlichen die Haftkräfte zwischen Oberflächen und Ablagerungen verändert und mit dem zweiten Effekt das Abgleiten von Fluidschichten beeinflußt. Beide Effekte können in einer Weiterbildung der Vorrichtung zur verbesserten Reinigung der Abscheideflächen verwendet werden. Durch die Veränderung der Oberflächenpotentiale werden die Haftkräfte zwischen den Ablagerungen und der Abscheidefläche minimiert und durch die Beeinflussung der Grenzschichtkräfte ein Abgleiten der Ablagerung in der Reinigungsposition begünstigt.

Die Abscheidung von Feststoffen aus einer Flüssigkeit wird wesentlich durch die Eigenschaften der Suspension beeinflußt. Ab einem Partikeldurchmesser von 150 μm kann die Suspension als stabil angesehen werden, so daß ausschließlich durch ebene Flächen keine Abscheidung mehr erzielt werden kann. Diese Suspensionen mit hohen Schluffanteilen und damit verbunden mit Partikelgrößen kleiner als 150 μm liegen aber gerade im Bereich der Niederschlagswasserversickerung vor. Deshalb wird in einer anderen Weiterbildung des Verfahrens der kompositäre Aufbau der Abscheideflächen dargelegt, wobei der Kompositaufbau der Abscheideflächen trennbar oder untrennbar erfolgen kann. Der Vorteil des trennbaren Aufbaus besteht in der nachträglichen Anpassung der Abscheideflächen an veränderte Feststoffzusammensetzungen in der Flüssigkeit. Der Vorteil der untrennbaren Lösung liegt in dem montagefreundlicheren Einbau dieser Abscheideflächen besonders bei überdeckten Bauwerken. Die mindestens zwei Teilflächen des Kompositaufbaus unterscheiden sich besonders in ihren Oberflächenstrukturen. Die in vertikaler Richtung obere Abscheidefläche weist eine glatte Struktur auf, um alle Partikel, deren Lage in der Suspension instabil ist, abzuscheiden. Die weitere Abscheidefläche weist eine strukturierte Oberfläche, wie beispielsweise Geotextilien, auf, um die stabil in der Suspension vorliegenden Partikel abscheiden zu können.

Der Abscheidevorgang für die stabile Suspension wird am Beispiel der Geotextilien näher erläutert. Die Geotextilien bestehen aus unterschiedlichen Fasern, beispielsweise aus Polypropylen, die miteinander verwebt, vernadelt oder verfilzt sind. Dadurch besitzt eine Fläche aus Geotextilien eine große spezifische Oberfläche, und durch das besondere Herstellungsverfahren weist das Material einen hohen Sperreffekt wie bei einem Filter mit geringen Druckverlusten auf. Bei dem eigentlichen Abscheidevorgang wird diese Fläche mit der stabilen Suspension angeströmt bzw. durchströmt, wobei die Partikel an den Fasern der Geotextilenabscheideflächen durch Adhäsionskräfte und/oder durch den Sperreffekt des Gewebes aus der Flüssigkeit abgeschieden werden.

Durch diesen kompositären Aufbau der Abscheideflächen könen überwiegend nur partikuläre Stoffe aus der Flüssigkeit abgeschieden werden. In vielen zu behandelnten Flüssigkeiten sind aber auch gelöste Stoffe vorhanden, wie im Niederschlagswasser beispielsweise Schwermetalle, Nitrat, Nitrit, Chlorid, Sulfat, organische Verbindungen sowie metall-organische Verbindungen usw. Um diese Stoffe zu entfernen, muß die Abscheidefläche mindestens eine aktive Schicht, beispielsweise aus Geotextil, Kunststoff oder Schaumstoff, aufweisen. Diese Schichten können wiederum lösbar oder unlösbar miteinander verbunden sein. Die Aktivierung der weiteren Abscheidefläche kann beispielsweise für die Entnahme von organischen Verbindungen aus der Flüssigkeit durch Aktivkohle oder Aktivkoks erfolgen. Die unterschiedlichen Ionengruppen können durch natürliche oder synthetische Ionenaustauschermaterialien aus der Flüssigkeit entfernt werden. Das Einbringen der Aktivierungsmaterialien in die aktive Schicht kann durch die Ummantelung der Fasern, durch Einschmelzen oder durch Ausfüllen des porigen Grundmaterials mit diesen aktiven Stoffen erfolgen. Sollen überwiegend nur gelöste Partikel entfernt werden, können die Abscheideflächen unter einem festen Winkel installiert werden, wobei dieser Winkel etwa dem Böschungswinkel der Ablagerungen entsprechen sollte.

Durch die Anordnung des Strömungskörpers, beispielsweise im Zu- oder Ablauf der Becken bzw. Behälter, kann die Steuerungsstrategie beeinflußt werden. Bei der Anordnung im Zulauf wird eine voreilende und im Ablauf eine nacheilende Steuerungscharakteristik erzielt. Die voreilende Steuerungscharakteristik sollte bei kleinen Speichervolumina und hohen Volumenströmen eingesetzt werden, so daß für die Feststoffabscheidung direkt zu Beginn der Füllphase oder des Tagesganglinienhochs die größtmögliche Abscheidefläche zur Verfügung steht. Bei großen Speichervolumina und kleinen Volumenströmen sollte die nacheilende Steuerungscharakteristik eingesetzt werden, um durch den Sedimentationsprozeß während der Füllphase bzw. während der Durchströmung der Abscheideeinrichtung eine Vorreinigung zu erzielen und so die spezifische Flächenbelastung der Lamellen zu erniedrigen bzw. bei unveränderter Flächenbelastung mit einer geringeren Anzahl an Lamellen den gleichen Feststoffwert im Ablauf zu erzielen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von zeichnerischen Darstelfungen erläutert. Es zeigen:
1 Darstellung des Verfahrens mit Steuereinrichtung, Verbindungselement und Umlenkeinrichtung zur Steuerung der Reinigungs- und Abscheideposition der Abscheideflächen
2 Prinzipdarstellung des Verfahrens mit einem asymmetrisch gelagerten Hebel als Auslenkeinrichtung
3 Prinzipdarstellung des Verfahrens mit einer Kurvenscheibe als kombinierte Umlenk- und Auslenkeinrichtung
4 Prinzipdarstellung einer kombinierten Steuer-\Abscheideflächen-Lösung für zwei unterschiedliche konstruktive Ausführungen
5 Darstellung einer Steuereinrichtung mit einem ringförmigen Strömungskörper zum Aufbau des Strömungsdrucks
6 Darstellung einer Steuereinrichtung mit einer einseitig gelagerten Platte als Strömungskörper zum Aufbau des Strömungsdrucks
7 Prinzipdarstellung einer Kompositausführung der Abscheideflächen in unlösbarer Ausführung
8 Prinzipdarstellung einer Kompositausführung der Abscheideflächen in lösbarer Ausführung
1 zeigt das Verfahrens- und Vorrichtungsprinzip der Abscheideeinrichtung 9, die sich in einem Becken 12 befindet. Die Steuerung der Abscheideflächenposition erfolgt durch die Steuereinrichtung 11, die ein Gehäuse 3 besitzt, in dem sich ein Strömungskörper 4 mit seinen Führungselementen 5 befindet. Im Zulauf 1 wird die feststoffbeladene Flüssigkeit durch die Zulauföffnung in die Steuereinrichtung geleitet und durch den Strömungskörper ein Staudruck erzeugt. Um diesem Druck auszuweichen, verändert der Strömungskörper seine Position innerhalb der Steuereinrichtung. Diese Bewegung des Strömungskörpers wird über die Führungselemente an ein Verbindungselement 6 weitergegeben. Das Verbindungselement erfährt durch die Positionierung des Strömungskörpers eine Zugkraft, die durch die Umlenkelemente 10 bis zu den Abscheideflächen 7 umgelenkt wird. Dabei wird der Winkel α der Abscheideflächen (Lamellen) in der Pos.1 (Reinigungsposition) vergrößert, so daß in der Abscheideposition die Lamellen den Winkel β besitzen. Die Lamellen sind in der Abscheideeinrichtung 9 an ihrem oberen Ende drehbar gelagert und an ihrem unteren Ende durch eine Haltestange 8 miteinander verbunden. Nachdem die feststoffbeladene Flüssigkeit nach dem Durchströmen der Abscheideeinrichtung von den Festsstoffen gereinigt ist, verläßt sie das Becken über den Ablaufkanal 2.
Eine ähnliche Ausführung zeigt die 2, wobei die Umlenkeinrichtung durch eine Auslenkeinrichtung 15 ersetzt ist, die eine außermittige Lagerung 22 aufweist, und ein zweites Verbindungselement 19 verwendet wird, das mit den Lamellen 18 über die Haltestange 17 verbunden ist. Durch die unterschiedlichen Teilhebel der Auslenkeinrichtung wird eine kleine Änderung der Bewegung des Strömungskörpers 13 in eine deutlich größere Positionsänderung der Lamellen übersetzt.
Die 3 zeigt eine Kombination von einer Umlenk- und Auslenkeinrichtung in Form einer Kurvenscheibe 23, die in Reinigungsposition der Lamellen in ihrer unteren Teilfläche ein Lager 24 besitzt. Das Lager ist so angeordnet, daß die Bewegung des Strömungskörpers kontinuierlich in ihrer Übersetzung vergrößert wird, bis die Lamellen ihre maximale Abscheideposition erreicht haben.
In der 4 ist eine kombinierte Steuereinrichtung-Abscheideflächen-Lösung dargestellt, wobei der überwiegende Teil der feststoffbeladenen Flüssigkeit über das Zulaufgerinne 27 dem Becken bzw. der Abscheideeinrichtung zugeführt wird. Die Abscheideeinrichtung in der Variante A besteht aus einzelnen Steuereinrichtung-Abscheideflächen-Segmenten 25, die an ihrer oberen Fläche über die Verteilungsgerinne 28 mit feststoffbeladener Flüssigkeit 29 angeströmt werden. Dadurch bildet sich ein Strömungsdruck auf die oberen Flächenanteile, die als Steuereinrichtung fungieren. Der Strömungsdruck führt zu einer Positionsänderung der Segmente, da sie ein Drehlager 26 besitzen. Der überwiegende Teil der feststoffbeladenen Flüssigkeit verteilt sich während der Durchströmung der Steuereinrichtung-Abscheideflächen- Segmente in etwa wie es die Strombahn 30 zeigt. Die Rückstellung der Segmente erfolgt über die Gewichtskraft der unterhalb des Drehpunktes vorhanden Abscheideflächen, die ein größeres Gewicht als die oberhalb angeordnete Fläche aufweisen.
In der Variante B dient das angewinkelte Flächenteilstück 31 als Steuereinrichtung. Die Anströmung erfolgt wie bei der Variante A, jedoch können die unterhalb des Drehpunktes 32 angeordneten Abscheideflächen vergrößert werden, da das Drehmoment, welches der Strömungsdruck auf die Steuerflächen erzeugt, durch die Abwinkelung des Flächenteilstückes gegenüber der Variante A vergrößert wird.
Die 5 zeigt eine Steuereinrichtung bestehend aus einem Gehäuse 35, in dem als Führungselement eine Nut 34 für den ringförmigen Strömungskörper 33 vorhanden ist. Die zugeführte feststoffbeladene Flüssigkeit 38 wird durch die Zufuhröffnung 39 in das Gehäuse der Steuereinrichtung geleitet. Das längliche Führungselement 41 des Strömungskörpers ragt in die Nut hinein, so daß eine Verdrehung des Strömungskörpers verhindert wird. Das Führungselement des Strömungskörpers ist mit dem Verbindungselement 36 verbunden. Durch die Flüssigkeitszufuhr wird eine Kraft auf den Strömungskörper ausgeübt, so daß er von seinem oberen Anschlag (Pos. 1) eine maximale Bewegung bis zum unteren Anschlag (Pos. 2) vollführen kann. Diese Bewegung wird über das Verbindungselement auf die Abscheideflächen (Lamellen) übertragen. Die Umlenkelemente 40 und 37 führen zu einer Richtungsänderung des Verbindungselements, wobei im Verbindungselement nur eine Zugkraft zur Einstellung der Lamellenpositionen und zur Rückstellung der Lamellen in die Reinigungsstellung auftreten kann.
In 6 wird eine ähnliche Steuereinrichtung dargestellt, wobei als Strömungskörper eine einseitig gelagerte Platte 43 verwendet wird. Die Lagerung der Platte übernimmt ein Bolzen 42, der in einem Lagergehäuse 52 befestigt ist. Durch die Anordnung des Führungselements 44 der Platte wird die obere (Pos. 1) und untere (Pos. 2) Anschlagposition und damit die maximale Bewegung innerhalb des Führungselements 46 des Gehäuses 45 festgelegt. Durch die Bewegung der Platte verändert sich deren Anstellwinkel im Gehäuse und dadurch der Spalt 53 für die durchströmende feststoffbeladene Flüssigkeit. Durch diese Kombination des Strömungskörpers und der Gehäuseform kann eine spezifische Steuerungscharakteristik erzeugt werden, die auf jede zu reinigende feststoffbeladene Flüssigkeit individuell angepaßt werden kann.
Die 7 und 8 zeigen den schematischen Aufbau einer Komposit-Abscheidefläche. In der 7 ist die strukturierte Oberfläche 55, die zur Abscheidung der in einer stabilen Suspension vorliegenden Partikel 57 dient, fest mit der glatten Oberfläche 56, an der die Partikel 58 der instabilen Suspension abgeschieden werden, verbunden. Der angedeutete Stromfaden 54 mit den Feststoffen teilt sich auf die einzelnen Feststoffflächen auf und die Ablagerungen auf der glatten Oberfläche gleiten in der Reinigungsposition als Film 59 ab.
Eine weitere Variante (8) der Komposit-Abscheideflächen zeigt zwei funktionalen Flächen trennbar angeordnet. Dabei ist die aktive Abscheidefläche 63 über Halteklammern 65 mit der Abscheidefläche 62 für die partikulären Stoffe verbunden. Aufgrund der speziellen Struktur der aktiven Abscheidefläche können nur die gelösten 64 und in einer stabilen Suspension vorliegenden Partikel 64 (kleiner als etwa 150 μm) diese Fläche durchströmen. Während dieses Vorgangs werden die gelösten Stoffe an den aktiven Materialien, wie beispielsweise Aktivkohle, angelagert und so die Flüssigkeit gereinigt. Die größeren partikulären Feststoffe 66 werden an der glatten Oberfläche aus der Flüssigkeit abgeschieden.

Claims

Verfahren zur Abscheidung von Feststoffen aus einer Flüssigkeit, wobei die mit Feststoffen beladene Flüssigkeit sich in einem Behälter oder Becken für die permanente oder temporäre Zwischenspeicherung befindet und der Behälter oder das Becken mindestens eine Zulauf- und/oder Ablauföffnung sowie mindestens eine Abscheidevorrichtung für Feststoffe besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit der zugeführten Flüssigkeit zur Erzeugung einer Bewegung der Abscheideeinrichtung oder von Teilen der Abscheideeinrichtung verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Position wenigstens einer der Abscheideflächen (Lamelle) verändert wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Position eine Steuereinrichtung eingesetzt wird, welche die Strömungsgeschwindigkeit in einen Strömungsdruck und diesen in eine Bewegung umwandelt, die zur Veränderung der Position der Abscheideflächen verwendet wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuereinrichtung ein perforierter Durchströmkörper verwendet wird, dessen Durchbrechungen während des Durchströmens mit der feststoffbeladenen Flüssigkeit durch die Feststoffe teilweise oder vollständig geschlossen werden und dadurch eine Druckdifferenz erzeugt wird, die zu einer Bewegung des Durchströmkörpers führt und diese zu einer Veränderung der Position der Abscheideflächen verwendet wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuereinrichtung ein Kanal verwendet wird, in dem die feststoffbeladene Flüssigkeit an einer Öffnung eines Verbindungselements vorbeiströmt, wobei die Verbindung beispielsweise ein Rohr sein kann, welches an einer Seite einer Druckdose, die mindestens zwei Druckräume besitzt, endet und deren Druckräume durch eine elastische Membran getrennt sind, wobei der zweite Druckraum beispielsweise mit dem Umgebungsdruck verbunden ist, so daß je nach Strömungsgeschwindigkeit im Kanal eine Druckdifferenz in der Druckdose erzeugt und dadurch eine Auslenkung der Membran verursacht wird, die zur Veränderung der Position der Abscheideflächen verwendet wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit und/oder der Feststoffgehalt der Flüssigkeit durch einen mechanischen, elektrischen, optischen, pneumatischen oder hydraulischen Sensor erfaßt und diese in eine Bewegungs änderung auf mechanischem, elektrischem, pneumatischem oder hydraulischem Wege umgesetzt wird, die zu einer Positionsänderung der Abscheideflächen verwendet wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheideflächen zwischen ihren mindestens zwei Positionen in zeitlich diskreten Schritten verändert werden, beispielsweise mit einer Taktrate von 30 Minuten in der Abscheidestellung und 5 Minuten in der Reinigungsstellung wechseln.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung mindestens ein Verbindungselement, wie beispielsweise eine Kette, ein Seil oder Gestänge, sowie eine Auslenk- bzw. Umlenkeinrichtung eingesetzt wird, die beispielsweise aus einem asymmetrisch wirkenden Hebel besteht, welche die Veränderung der Steuereinrichtung vergrößert und zur Positionsänderung auf die Abscheideflächen überträgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abscheidung von gelösten Stoffen mindestens eine Abscheidefläche aus einem Kompositmaterial verwendet wird, welche mindestens an einer Seite, bevorzugt an ihrer Unterseite bezogen auf die Horizontale, befestigt ist, und mindestens eine Trägerschicht aufweist, die aufgrund ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaften in der Lage ist, partikuläre Kleinstanteile und/oder gelöste Stoffe aus der Flüssigkeit aufnehmen zu können.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Minimierung der Haftkräfte zwischen den abgeschiedenen Feststoffen und der Oberfläche mindestens eine Abscheidefläche mit speziellen Oberflächeeigenschaften verwendet wird, die beispielsweise durch Nanopartikel die Oberflächenpotentiale beeinflußt oder durch eine schuppenförmige Struktur das Abgleiten verbessert.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abscheideeinrichtung mit mindestens einer Stufe zur Abtrennung von gelösten und/oder ungelösten Lipiden bzw. lipoiden Stoffen verwendet wird, deren Abtrennleistung beispielsweise durch eine Erniedrigung der mittleren Dichte der Flüssigkeit, beispielsweise durch den Eintrag von Luft über eine Belüftungsleiste, erhöht wird, und/oder mit mindestens einer Stufe zur Abtrennung von Grobstoffen kombiniert wird, die überwiegend partikuläre Stoffe mit einem größeren Äquivalentdurchmesser als die Abscheideeinrichtung abtrennt, beispielsweise durch einen Rechen, wobei die Anordnung der einzelnen Stufe vor oder nach der Abscheideeinrichtung erfolgen kann.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abscheideeinrichtung mit mindestens einer Stufe zur Abtrennung bzw. zum Rückhalt von gelösten Molekülen und/oder suspendierten Mikroorganismen bzw. Mikroorganismen-Agglomeraten verwendet wird, wobei die Abtrennung bzw. der Rückhalt beispielsweise durch Membranen erfolgen kann.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschiedenen Partikel unterhalb der Abscheideflächen gesammelt und durch ein Förderelement, beispielsweise eine Pumpe, eine Förderschnecke oder einem Luftheber, aus dem Behälter oder Becken ausgetragen werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschiedenen Partikel unterhalb der Abscheideflächen gesammelt und nach der Abwirtschaftung des Beckens oder Behälters durch eine Reinigungseinrichtung, beispielsweise eine Spülkippe, eine klappenlose Schwallreinigung oder eine Spritzdüsenleiste, aus dem Becken oder Behälter ausgetragen werden.
Vorrichtung zur Abscheidung von Feststoffen aus einer Flüssigkeit, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorangehenden Verfahrensansprüche, bestehend aus mindestens einem Behälter oder Becken für die permanente oder temporäre Zwischenspeicherung der feststoffbeladenen Flüssigkeit mit mindestens einer Zulauf- und/oder Ablauföffnung und mindestens einer darin angeordneten Abscheideeinrichtung für die Feststoffe, die aus mindestens einer Abscheidefläche (Lamelle) oder mindestens einem Abscheideflächenmodul besteht, wobei diese Flächen mindestens zwei Positionen, nämlich eine Abscheideposition, bei der die Abscheideflächen gegenüber der Senkrechten geneigt sind, und eine Reinigungsposition, bei der die Abscheideflächen senkrecht oder nahezu senkrecht ausgerichtet sind, besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung so mit den Abscheideflächen verbunden ist, daß sie in Abhängigkeit der Flüssigkeitszufuhr bzw. der damit erfolgten Feststoffzufuhr die Position der Abscheideflächen variieren kann.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Steuereinrichtung die Strömungsgeschwindigkeit der zugeführten Flüssigkeit in eine Bewegung umgewandelt wird, wobei diese Bewegung zur Veränderung der Position der Abscheideflächen verwendet wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung, durch die mindestens ein Teilstrom der feststoffbeladen Flüssigkeit strömt, aus einem vorzugsweise zylinderförmigen Gehäuse, beispielsweise einem Rohrstück besteht und mindestens ein Führungselemente, wie beispielsweise eine Nut oder einen u-förmigen Kanal aufweist, in dem ein verschiebbarer Körper, der mindestens ein Führungselement besitzt, angeordnet ist und an mindestens einem Ende des Körpers oder des Führungselements des Körpers mit mindestens einer Auslenk- bzw. Umlenkeinrichtung und/oder mit den Abscheideflächen über eine Verbindungselement verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper eine Fläche mit Durchbrechungen, vorzugsweise eine Platte mit länglichen Durchbrechungen, aufweist, auf denen sich Feststoffe aus der Flüssigkeit ablagern können.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Körper abgelagerte Feststoffe entfernt werden können, indem beispielsweise eine Reinigungseinrichtung aktiviert wird, beispielsweise durch einen Stellmechanismus, die beispielsweise an der oberen und/oder unteren Verfahrposition des Körpers mit beispielsweise gegenläufigen Durchbrechungen oder Erhöhungen vorhanden ist, durch deren Ausgestaltung die Fläche des Körpers gereinigt wird.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper eine horizontal gelagerte Fläche besitzt, die gegenüber dem Gehäuse mindestens einen Spalt aufweist, so daß die feststoffbeladene Flüssigkeit den Spalt durchströmt und die dadurch entstehende Druckdifferenz zu einer Auslenkung der Fläche führt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement zwischen Steuereinrichtung und Auslenk- bzw. Umlenkeinrichtung sowie zwischen Auslenk- bzw. Umlenkeinrichtung und Lamellen vorzugsweise aus einer zugübertragenden Komponente, wie beispielsweise einer Kette, einem Seil oder einem Gestänge besteht.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslenk- bzw. Umlenkeinrichtung eine Erniedrigung oder Erhöhung der Signale der Steuereinrichtung auf mechanischem, elektrischem, pneumatischem oder hydraulischem Wege ermöglicht, wobei beispielsweise die mechanische Auslenk- bzw. Umlenkeinrichtung aus einem asymmetrisch wirkenden Hebel besteht, bei dem die Steuereinrichtung für eine Übersetzung mit dem kleineren Hebelteilstück und bei einer Untersetzung mit dem größeren Hebelteilstück verbunden ist, oder aus einer Kurvenscheibe mit veränderlichem Durchmesser besteht, die elektrische Auslenk- bzw. Umlenkeinrichtung beispielsweise aus einem Stellantrieb, und die pneumatische sowie hydraulische Auslenk- bzw. Umlenkeinrichtung beispielsweise aus einem Verfahrkolben besteht.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheideflächen (Lamellen) mindestens eine Oberfläche aufweisen, die beispielsweise aus einer Beschichtung von Nanopartikeln zur Veränderung der Oberflächenpotentiale besteht und/oder eine Struktur aufweist, die das Abgleiten von Ablagerungen begünstigt, und somit eine Verschmutzung weitestgehend verhindert bzw. in der Reinigungsposition eine selbsttätige Reinigung unterstützt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheideflächen aus einem Kompositmaterial bestehen, welches untrennbar oder trennbar zusammengesetzt sein kann und mindestens aus zwei Komponenten besteht, wobei die eine Komponente eine glatte Oberflächenstruktur, wie beispielsweise kaltgewalzter Edelstahl oder Kunststoff, und die andere eine strukturierte Oberfläche aufweist, wie beispielsweise Geotextilien.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheideflächen aus einem Kompositmaterial bestehen, welches untrennbar oder trennbar zusammengesetzt sein kann und die strukturierte Oberfläche zusätzlich mit aktiven Materialien, wie beispielsweise Aktivkohle, Kationen- und Anionenaustauscher versehen ist, um die gelösten organischen sowie anorganischen Schadstoffe aus der feststoffbeladenen Flüssigkeit zu entfernen und die aktiven Materialien vorzugsweise als Ummantelung der strukturierten Oberflächen ausgeführt sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement bei hydraulischen Verweilzeiten von etwa 5 min so angeordnet ist, daß die Steuerungscharakteristik der Lamellen voreilend und bei einer hydraulischen Verweilzeit von wesentlich mehr als 5 min so angeordnet ist, daß die Steuerungscharakteristik der Lamellen nacheilend ist.