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Die
Erfindung betrifft ein System zur Reinigung von Oberflächenwasser.
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Aus
Gründen des Umweltschutzes und aufgrund gesetzlicher Vorschriften
ist es erforderlich, Oberflächenabflüsse, insbesondere
Regenwasser, vor der Einleitung in den Boden oder in ein Gewässer zu
reinigen.
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Ein
aus dem Stand der Technik bekanntes System zur Reinigung von Oberflächenwasser
ist in der
DE 102
31 241 A1 beschrieben. Dieses System besteht insbesondere
aus einem ersten Schacht zur Einleitung von Oberflächenwasser,
einem zweiten Schacht zur Reinigung des Wassers und einem dritten
Schacht zur Ableitung des gereinigten Wassers. Die Reinigung des
Wassers im zweiten Schacht erfolgt insbesondere dadurch, dass Wasser
von unten nach oben durch ein Filterelement aus porösem
Beton gedrückt wird. Versuche mit dem System haben gezeigt,
dass das Filterelement sich regelmäßig zusetzt
und dann immer weniger Wasser durch das Filterelement gespült
wird. Da das Zusetzen des Filters sehr unregelmäßig
erfolgt, ist es für eine effiziente Wasserreinigung erforderlich,
den Zustand des Filters regelmäßig zu prüfen
und diesen dann ggf. zu reinigen oder auszutauschen. Dies verursacht
einen hohen Wartungsaufwand und dementsprechend hohe Kosten.
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Ein
weiterer Nachteil des in
DE
102 31 241 A1 beschriebenen System besteht darin, dass
ein hohes Wasservolumen ungehindert über eine Überlaufleitung
von dem ersten Schacht in den oberen Teil des zweiten Schachts strömen
kann. Dies hat den Nachteil, dass auf der Ablaufseite der Filter
oberflächig verschmutzen kann, was eine Reinigung durch Rückspülen
erschwert. Dadurch wird die Effizienz des Filters negativ beeinflusst.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein effizientes und wartungsfreundliches
System zur Reinigung von Oberflächenwasser zur Verfügung
zu stellen.
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Die
Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Ansprüchen
1 bzw. 9.
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Ein
erfindungsgemäßes System zur Reinigung von Oberflächenwasser
umfasst einen ersten Schacht zur Einleitung von Oberflächenwasser,
einen zweiten Schacht zur Behandlung des eingeleiteten Oberflächenwassers
mittels eines Filterelements, eine Verbindungsleitung zur Beförderung
des Oberflächenwasser vom ersten Schacht zum zweiten Schacht
und Mittel zur Begrenzung der Durchflussmenge durch das Filterelement,
wobei die Begrenzung der Durchflussmenge unabhängig von
dem eingeleiteten Oberflächenwasser ist. So wird gewährleistet,
dass dem Filterelement – unabhängig von der Menge
des in den ersten Schacht eingeleiteten Oberflächenwassers – nur
eine begrenzte Wassermenge zugeführt wird. Über
den Begrenzungswert hinausgehendes Oberflächenwasser passiert
den Filter nicht. Die Begrenzung des maximalen Zuflusses in die
zweite Kammer verringert nicht nur die Gesamtbelastung des Filters.
Sie gewährleistet zudem eine längere Standzeit
des Filterelements, da die Belastungsschwankungen geglättet
sind und dadurch eine relativ gleichmäßige Belastung
vorliegt. Dies ermöglicht eine Verlängerung der
Wartungsintervalle des Filterelements.
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Die
Begrenzung der Durchflussmenge kann beispielsweise bereits im Bereich
der Verbindungsleitung erfolgen, z. B. dadurch, dass im Bereich
der Verbindungsleitung ein Durchflussmengenmesser und ein Regelelement
angeordnet sind. So kann in Abhängigkeit des momentanen
Volumenstroms in den ersten Schacht und in Abhängigkeit
des im Bereich der Verbindungsleitung anliegenden hydrostatischen
Drucks, die Durchflussmenge aktiv geregelt werden.
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Als
Regelelement eignet sich insbesondere eine verstellbare Drossel.
Die Regelung des Durchflusses in aktiver Weise kann sehr genau erfolgen, wenn
eine auf der Grundlage des hydrostatischen Drucks in dem ersten
Schacht geregelte Drossel eingesetzt wird. Eine solche Drossel könnte
beispielsweise mit Hilfe von Referenzmessungen oder durch eine hydraulische
Bemessung dimensioniert werden.
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Vorzugsweise
ist in einem erfindungsgemäßen System eine von
dem ersten Schacht wegführende Bypassleitung vorgesehen,
mittels welcher über die vorgegebene Durchflussmenge hinausgehendes
Oberflächenwasser aus dem ersten Schacht unmittelbar in
einen weiteren Schacht, in den Boden oder in ein Gewässer
geleitet wird. Dies hat den Vorteil, dass der hydrostatische Druck
in dem ersten Schacht durch die Anordnung der Verbindungsleitung
und des Bypasses auf frei wählbare Werte begrenzbar ist.
Ferner hat ein derartiger Bypass den Vorteil, dass nicht gereinigtes
Wasser weder direkt noch indirekt mit dem Filterelement in Kontakt
kommt und dieses daher in keiner Weise negativ beeinträchtigt.
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Die
Durchflussmenge durch die Verbindungsleitung kann auch in passiver
Weise dadurch begrenzt werden, dass die Durchlässigkeit
des Filterelements relativ zur Abwasserfläche, zum ersten Schacht
und zum zweiten Schacht so dimensioniert ist, dass die Begrenzung
der Durchflussmenge aufgrund der bautechnisch möglichen
hydrostatischen Druckverhältnisse in dem ersten Schacht
und in dem zweiten Schacht erfolgt. Diese Ausführungsform
eignet sich besonders zur Kombination mit einer Bypassleitung oder
einem einfachen Überlauf. Sie ist ist besonders ausfallsicher
und kostengünstig zu realisieren.
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In
einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Systems ist die Bypassleitung zur Änderung des maximalen
hydrostatischen Drucks im ersten Schacht höhenverstellbar.
Dadurch lässt sich der maximale hydrostatische Druck in
dem ersten Schacht auf den Zustand des Filterelements anpassen.
Beispielsweise kann nach einer vorgegebenen Betriebszeit das Niveau
der Bypassleitung und somit der maximale hydrostatische Druck im
ersten Schacht erhöht werden. So kann der Durchsatz durch
ein ggf. verschmutztes Filterelement wieder erhöht werden
und das erfindungsgemäße System effizient Weiterbetrieben
werden, ohne dass eine vorzeitige Reinigung oder ein Austausch des
Filterelements erforderlich ist.
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Eine
besonders geeignete und einfache Möglichkeit, eine Höhenverstellbarkeit
der Bypassleitung zu gewährleisten, ist es, die Bypassleitung
zur Höhenverstellung mindestens teilweise um eine im wesentlichen
horizontale verlaufende Achse schwenkbar zu lagern. So kann die
Bypassleitung beispielsweise durch einfaches Verschwenken auf zwei
verschiedene Höhenniveaus eingestellt werden.
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Vorzugsweise
wird die Durchflussmenge in Bezug auf die zu entwässernde
Fläche auf 20 l/(s·ha), bevorzugt auf 10 oder
15 l(s·ha) und besonders bevorzugt auf 5 l/(s·ha)
begrenzt. Bei passiven Systemen, deren Durchflussmenge mit Hilfe
der Durchlässigkeit des Filterelements begrenzt werden soll,
ist zu erwarten, dass die Durchflussmenge sich mit zunehmender Betriebszeit
verringert. Daher sollte die Durchflussmenge mit einer gewissen
Toleranz beaufschlagt werden. Je größer die Toleranz
gewählt wird, desto größer können
auch die Wartungsintervalle für das System gewählt
werden. Bei aktiven Systemen wird der Durchfluss stets überwacht
und angepasst. Daher können solche Systeme auch ohne Toleranzbeaufschlagung über
einen längeren Zeitraum betrieben werden, ohne dass die
Gefahr besteht, dass die Durchflussmenge den gewünschten
Mindestwert unterschreitet.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Filterelement in Vlies
und/oder Geotextilien gehüllten Füllkörper.
Die Verwendung solcher umhüllten Füllkörper
hat den Vorteil, dass diese leicht austauschbar sind, was den zeitlichen
Aufwand bei der Wartung stark vermindert. Ferner können
die Geotextilien bzw. Vliese und die Füllkörper
so miteinander kombiniert werden, dass Konglomerate in die Umhüllungen
eindringen, nach dem Kontakt mit dem Füllmaterial jedoch
nicht wieder aus diesen austreten können. Vorteilhaft ist
auch, dass die Füllkörper relativ zueinander beweglich
sind. Dadurch ist die Durchlässigkeit des Filterelements
im Vergleich zu einem starren Filterelement, wie beispielsweise
einer Betonplatte, flexibler. Die Durchlässigkeit kann
sich durch die relative Verschiebung der Füllkörper
zueinander selbst wieder verbessern, ohne dass dazu eine Eingriff
von außen erforderlich ist.
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Um
sicherzustellen, dass die umhüllten Formkörper
auch bei Einwirkung hoher hydrostatischer Drücke ein im
wesentlichen homogenes Filterelement bilden und das zu reinigende
Wasser nicht ungehindert zwischen diesen hindurchströmen
kann, werden diese vorzugsweise zwischen zwei Trennelementen angeordnet.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn das von den Trennelementen umschlossene
Volumen im wesentlichen dem zur Lagerung erforderlichen Volumen
der von den Vliesen bzw. Geotextilien umhüllten Formkörpern
entspricht.
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Die
Funktionssicherheit eines erfindungsgemäßen Systems
kann weiter erhöht werden, wenn das Filterelement mindestens
ein Dichtelement umfasst. Ein solches Dichtelement sollte insbesondere zwischen
dem Filterelement und dem zweiten Schacht angeordnet werden, um
zu verhindern, dass Wasser ungefiltert zwischen diesen Element hindurchströmen
kann.
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Weitere
vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang
mit Zeichnungen beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 ein
erfindungsgemäßes System in einer schematischen
Schnittdarstellung,
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2 das
in 1 gezeigte erfindungsgemäße
System in einer Ansicht von oben.
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Die 1 und 2 zeigen
eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Systems 100. Es umfasst einen ersten Schacht 102,
einen zweiten Schacht 104 und einen dritten Schacht 106,
welche unterhalb der Erdoberfläche 108 installiert
sind. Zu reinigendes Oberflächenwasser wird über
einen Zulaufkanal 110 in den ersten Schacht 102 eingeleitet. Sobald
ein gewisser Wasserstand erreicht ist, kann Wasser vom ersten Schacht über
eine Verbindungsleitung 112 in den zweiten Schacht 104 strömen.
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Ein
im zweiten Schacht angeordnetes Filterelement ist so dimensioniert,
dass die Durchflussmenge in Bezug auf die Abwasserfläche,
von welcher das Oberflächenwasser in den ersten Schacht 102 eingeleitet
wird, auf maximal 15 l/(s·ha) begrenzt ist. Da die Verbindungsleitung 112 und
der untere Bereich des zweiten Schachtes 104 praktisch
immer mit Wasser gefüllt sind, wird überschüssiges
Wasser nicht durch die Verbindungsleitung 112 geleitet,
sondern führt so lange zu einem Anstieg des Wasserstands
im ersten Schacht 102, bis das Wasser über eine
Bypassleitung 114 unmittelbar vom ersten Schacht 102 in
den dritten Schacht 106 strömt.
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Der
zweite Schacht 104 ist in einen unteren Teil 116 und
einen oberen Teil 118 gegliedert, wobei die Trennung der
Teile durch das Filterelement 120 erfolgt. Als Filterelement 120 ist
zwar grundsätzlich jedes bekannte Element, insbesondere
auch eine poröse Betonplatte, einsetzbar. Im vorliegend
gezeigten Ausführungsbeispiel setzt sich das Filterelement
jedoch aus einem unteren Trennelement 122, einen oberen
Trennelement 124 und aus dazwischen angeordneten, in Geotextilien
gehüllten Füllkörpern zusammen. Die mit
den Füllkörpern gefüllten Geotextilien
sind segmentförmig ausgebildet und werden nachfolgend als
Filtersegmente 126 bezeichnet. Die Filtersegmente 126 sind
dicht gepackt nebeneinander und übereinander zwischen den
Trennelementen 122, 124 angeordnet.
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Sowohl
innen im Bereich der Verbindungsleitung 112 als auch außen
im Bereich der Wand des zweiten Schachts 104 liegen sind
die Filtersegmente 126 durch Dichtelemente (nicht dargestellt)
gegenüber den Anlagebereichen abgedichtet.
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Wasser,
das über die Verbindungsleitung 112 in den unteren
Teil 116 des zweiten Schachts 104 eingeleitet
wurde, wird anschließend durch die Filtersegmente 126 des
Filterelements 120 in den oberen Teil 118 des
zweiten Schachts 104 gedrückt, sobald sich im
unteren Teil ein ausreichend großer hydrostatischer Druck
aufgebaut hat. Ein Vorteil dieses Prinzips ist, dass sich viele
Feststoffe bereits am Boden des ersten Schachts 102 absetzen
und somit das Filterelement 120 nicht zusetzen können.
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Das
durch das Filterelement 120 geförderte, gereinigte
Wasser kann vom oberen Teil 118 des zweiten Schachts 104 über
eine weitere Verbindungsleitung 128 in den dritten Schacht 106 strömen. Mittels
einer Ventilklappe 130 wird sichergestellt, dass kein ungereinigtes, über
die Bypassleitung 114 in den dritten Schacht 106 geströmtes
Wasser durch die Verbindungsleitung 128 in den zweiten
Schacht 104 zurückströmt.
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Wie
in 1 gezeigt, ist das im dritten Schacht 106 angeordnete
Endstück 132 der Bypassleitung 114 um
seine horizontale Achse schwenkbar gelagert. Es kann die mit durchgezogenen
Linien dargestellte niedrige und die mit gestrichelten Linien eingezeichnete
hohe Position einnehmen. Durch ein Verschwenken des Endstücks 132 von
der niedrigen in die hohe Position wird der im ersten Schacht 102 erforderliche
hydrostatische Druck, der erforderlich ist, damit Wasser über
die Bypassleitung von dem ersten Schacht 102 in den zweiten
Schacht 106 überströmen kann, erhöht.
Dadurch wird bei gleichbleibendem Gegendruck aus dem unteren Teil 116 des zweiten
Schacht 104 im vorliegenden Ausführungsbeispiel
die Durchflussmenge durch die erste Verbindungsleitung 112 erhöht.
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Nimmt
der Gegendruck aus dem unteren Teil 116, z. B. aufgrund
eines sich zusetzenden Filterelements 120, zu, kann die
Durchflussmenge durch Veränderung der Position des Endstücks 132 entsprechend
angepasst werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform
beschränkt. Die Durchflussmenge durch die Verbindungsleitung 112 kann insbesondere
aktiv mit Hilfe einer Drossel oder mit Hilfe anderer Regelelemente
erfolgen.
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- 100
- erfindungsgemäßes
System
- 102
- erster
Schacht
- 104
- zweiter
Schacht
- 106
- dritter
Schacht
- 108
- Erdoberfläche
- 110
- Zulaufkanal
- 112
- Verbindungsleitung
- 114
- Bypassleitung
- 116
- unterer
Teil des zweiten Schachts
- 118
- oberer
Teil des zweiten Schachts
- 120
- Filterelement
- 122
- unteres
Trennelement
- 124
- oberes
Trennelement
- 126
- Filtersegment
- 128
- weitere
Verbindungsleitung
- 130
- Ventilklappe
- 132
- Endstück
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10231241
A1 [0003, 0004]