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Die
Erfindung betrifft eine Anlage zum Absetzen von Wasserinhaltsstoffen,
deren Dichte höher
ist als Wasser, wobei diesen auch Fällmittel zugegeben werden können.
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Nachfolgend
wird das zu behandelnde Wasser in die definierte Anlage zum Absetzen
von Wasserinhaltsstoffen eingeleitet, wonach verschiedene Reaktionsräume zusammen
geschlossen sind.
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Als
Stand der Technik sind verschiedenen Anlagen bekannt. Dabei ist
zum Stand der Technik zu wählen
eine Phosphateliminationsanlage der Firma enviaplan Ingenieurgesellschaft
mbH, Lichtenau-Henglarn.
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Die
Phosphat-Elimination erfolgt in der Anlage durch eine für diesen
Anwendungsfall optimierte Verfahrenskombination. Diese Verfahrenskombination
umfasst die Fällung,
die Flockung und die Flotation. Mittels Unterwasserpumpe wird das
zu reinigende Wasser in die Anlage gefördert. Durch die Fällmittelapplikation
werden die gelösten
Wasserinhaltsstoffe, insbesondere das Phosphat, in eine schwerlösliche Form überführt. Unmittelbar
nach der Fällmitteldosierung
setzt die Flockung der gefällten
bzw. im Wasser bereits enthaltenen Partikel ein. Die entstehenden
Flocken lassen sich mit der so genannten Mikroflotation aus dem
Wasser abtrennen. Die Mikroflotation ist ein Trennverfahren, das
eine sehr gute Abscheideleistung bietet und dazu wartungsarm ist. Das
in der Anlage gereinigte Wasser wird dem See wieder zugeführt und
schichtet sich gemäß seiner Temperatur
bzw. Dichte über
dem ursprünglichen
Hypolimnion ein. Dadurch kommt es zu keinem Verdünnungseffekt, d. h. keinem
Vermischen des gereinigten und des belasteten Wassers. Bei dem Verfahren ist
ein kontinuierlicher Anlagenbetrieb gewährleistet, da kein Filterwechsel
und kein Zurückspülen der
Filter nötig
sind. Der für
die Abtrennung benötigte
Blasenteppich wird bei der Flotation immer wieder erneuert. Die
Anlagen sind in Conainern mit den üblichen Standardabmessungen
untergebracht. Die Bauweise in Containerabmessungen ermöglicht ein leichtes
Transportieren der Anlage. Zudem ist die Anlage modular erweiterbar
und leicht installierbar. Es muss nur für die Zu- und Ablaufleitungen
der Anlage und für
einen Kraftstromanschluss gesorgt werden. Damit ist sie nach einer
erfolgreichen Restaurierungsmaßnahme
leicht abzubauen, zu transportieren und an einem neuen Standort
leicht wieder zu installieren. Die Anlagen können als transportable Containeranlagen
mit Durchsätzen
von 10 m3/h bis 120 m3/h
realisiert werden. Stationär
sind auch weit größere Anlagen
mit höheren
Durchsätzen,
unter Berücksichtigung
der örtlichen
Gegebenheiten, realisierbar.
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Des
Weiteren ist eine Anlage bekannt, welche auf der Basis der ökologischen
Gewässersanierung
ausgeführt
ist. Das System ist modular aufgebaut und kann den konkreten Projektbedingungen angepasst
werden. Zum System gehören
jeweils eine Steuerungseinheit und ein Unterwassersaugertyp, mit
dem das Sedimentgemisch bis zu 500 Meter transportiert werden kann.
Zwischenpumpstationen ermöglichen
einen Transport über
mehrere Kilometer. Je nach Anforderungen und äußeren Gegebenheiten lassen
sich die entsprechenden Kombinationen zusammenstellen. Die Geometrie
des Abbaufeldes wird durch ein Seil- und Umlenkrollensystem definiert.
Das System arbeitet bei Wassertiefen zwischen 0,2 und 12 Meter.
Bedingt durch den Aufbau des Gerätesystems
erfolgt ein flächenhafter,
schichtenweiser Abtrag des Schlammes. Dies geschieht nahezu aufwirbelungsfrei.
Die verwendete Technologie ermöglicht
eine problemlose Bearbeitung folienbespannter Becken, wie sie u.
a. in Kläranlagen
und industriellen Teichen (beispielsweise Kühlteichen) zur Anwendung kommen.
Da sämtliche
Aggregate des Gerätesystems
elektromotorisch angetrieben sind, ist der Einsatz in Trinkwasserschutzzonen
und Naturschutzgebieten bedenkenlos möglich und auch schon des Öfteren praktiziert
worden. Je nach Schadstoffbelastung des Schlammes kann dieser entweder
in ein Absetzbecken zur natürlichen
Entwässerung
gefördert
werden oder maschinell entwässert
werden. Die Förderleistung
des Systems liegt zwischen 40 m3/h und 70
m3/h und ist abhängig vom Trockensubstanzgehalt
und der Viskosität
des Originalschlammes. Die Förderleistung
kann durch Betriebsweise und die Anlageneinstellung beeinflusst
werden (z. B. Einstellung auf Entwässerungsaggregat). Einsatzgebiete
sind u. a. Schönungsteiche,
Klärbecken,
Seen, natürliche
Teiche, Absetzbecken, Baugruben, Kieswerke, Kühlwasserteiche, etc. Die elektrische
Gesamtleistungsaufnahme des Gerätesystems
beträgt
25 kW, die Leistungsaufnahme einer Zwischenpumpstation 8 bis 15
kW, im konkreten Einsatzfall sind diese Werte abhängig von
der Förderhöhe.
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Der
Nachteil dieser beiden aufgeführten
Systeme des Standes der Technik ist darin gegeben, dass beide Geräte bzw.
Systemanlagen ausschließlich
nur an Standorten mit einer zentralen Energieversorgung eingesetzt
werden können.
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Ziel
der Erfindung ist es, mit geringem ökonomischen Aufwand und einer
guten Energiebilanz eine Absetzanlage für wasserbeinhaltete Fällstoffe für jegliche
Gewässerarten
zu konzipieren.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Anlage zum Absetzen von Wasserinhaltsstoffen,
deren Dichte höher
ist als Wasser, zu finden, wobei die Nachteile des Standes der Technik
aufgehoben werden und eine Absetzanlage geschaffen wird, welche
mit einer geringen Energiebilanz und transportabel bei jeglichen
Gewässerarten
zur Verfahrensdurchführung einsetzbar
ist.
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Die
Erfindung wird aufgabengemäß dadurch gelöst, dass
der Anspruch 1 mit seinen Unteransprüchen ausgeführt wird.
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Dabei
ist eine Anlage zum Absetzen von Wasserinhaltsstoffen, deren Dichte
höher ist
als Wasser, so aufgebaut,
- – dass eine Wasserzufuhr mit
dem zu behandelnden Wasser an einem Tangentialabscheider eingangsseitig
anliegt und nachfolgend Reaktionswannen in Trichterform angeschlossen
sind, wobei in den Reaktionswannen zwei Auftriebsblockerplatten
angeordnet sind,
- – dass
die Auftriebsblockerplatten in der jeweiligen Reaktionswanne schräg in einem
Winkel von 15° bis
25° zur
Mitte abfallend an den gegenüber liegenden
Wänden
der jeweiligen Reaktionskammer befestigt und in der Mitte der Reaktionswanne
ca. 5 cm überlappend
mit einem ca. 1 cm Klarwasserdurchlassspalt angeordnet sind,
- – dass
das zu behandelnde Wasser mittels Tauchwand immer unterhalb des
Wasserspiegels der nachfolgend angeschlossenen Reaktionswanne in
diese strömt,
- – dass
Pumpen über
Zuleitungen mit der Absetzanlage verbunden sind,
- – dass
eine Fällmitteldosierung
in den Wasserstrom der Zuleitung zwischen den Tauchpumpen und dem
Tangentialabscheider erfolgt,
- – dass
ein Überlaufrohr
des Tangentialabscheiders in eine erste Reaktionswanne unterhalb
des Wasserspiegels angeordnet ist,
- – dass
der Tangentialabscheider und die nachgeschalteten Reaktionswannen
einen Trichter am Boden aufweisen, welcher mittels eines Ventils mit
der Trübstoffableitung
verbunden ist,
- – dass
die Ablassleitung an einem Auffangbehälter (Transportbehälter) angeschlossen
ist,
- – dass
an der letzten Reaktionswanne der Absetzanlage ein Feinfilter angeschlossen
ist.
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Nachfolgend
wird anhand eines Ausführungsbeispiels
die Erfindung genauer beschrieben.
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Im
Ausführungsbeispiel
sind zwei Prinzipdarstellungen – 1 und 2 – der erfindungsgemäßen definierten
Anlage zum Absetzen von Wasserinhaltsstoffen, deren Dichte höher ist
als Wasser, beschrieben.
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Dabei
ist die Veranlassung zur Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung wie
nachfolgend beschrieben gegeben.
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Viele
Gewässer
unterliegen mehr oder weniger intensiven menschlichen Nutzungen.
Diese verursachen eine Vielzahl von Belastungen, die die Beschaffenheit
der Gewässer
und ihrer Lebensgemeinschaften beeinträchtigen. Durch die Belastungsquellen,
Laub, Badebetrieb, Tierausscheidungen etc. gelangen u. a. biologisch
abbaubare organische Substanzen in die Gewässer, welche eine Verringerung des
Sauerstoffgehaltes infolge mikrobieller Oxidationsprozesse bewirken.
Auch wird die Nahrungsbasis im Ökosystem
der Gewässer
durch die Zufuhr von Pflanzennährstoffen
und organischen Substanzen verändert.
Das Sauerstoffdefizit bewirkt, dass die zuvor im Gewässersediment
gebundenen Phosphate wieder in Lösung
gehen. Übermäßiges Algenwachstum
ist ein Zeichen für
einen zu hohen Gehalt an Phosphor als Makronährstoff. Fehlt diese oder einer der
anderen für
das Algenwachstum wichtigen Faktoren (Temperatur, Licht), so ist
das Wachstum schon gedämmt.
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Phosphor
ist maßgeblich
an der stetigen Neubildung von Algen in Gewässern beteiligt. Aus diesem
Grund ist der Phosphor aus betreffenden Gewässern zu eliminieren. Dadurch
wird das übermäß8ige Algenwachstum
gebremst, die Sichttiefe der Gewässer
und die Naherholungsqualität
erheblich verbessert.
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Anhand
der 1 und 2 als Prinzipdarstellungen der
Absatzanlage 100 wird nun eine erfindungsgemäße Ausführung beschrieben.
Dabei beruht die Anlage auf dem Prinzip der mechanischen Abwasserbehandlung
und nutzt das Absetzverhalten der Wasserinhaltsstoffe mit einer
höheren
Dichte. Die Wasserentnahme aus dem zu bearbeitenden Gewässer erfolgt
je nach Bedarf durch eine oder mehrere Pumpen 1, insbesondere
Tauchpumpen. Dabei wird der Bedarf nach Größe der Absetzanlage 100 definiert.
Eine Verbindung zwischen den Tauchpumpen 1 ist über eine
Zuleitung 2 gegeben. Diese Zuleitung 2 wird an
ein vorhandenes Zugangsrohr zum Tangentialabscheider 4 angeschlossen.
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Zwischen
der Tauchpumpe 1 und einem zugänglichen Bereich bis hin zum
Rohr des Tangentialabscheiders 4 wird das flüssige Fällmittel
für die Schadstoffbindung
(z. B. Phosphor) direkt über
eine angesteuerte Fällmitteldosiereinrichtung 3 eingegeben.
Die Dosierung über
die Fällmitteldosiereinrichtung 3 richtet
sich je nach Belastung des zu reinigenden Wassers. An dem Zugangsrohr
zum Tangentialabscheider 4 wird weiterhin eine ph-Messsonde 15 angeordnet,
um die entsprechenden Messwerte in eine Auswertungseinheit, wie
zum Beispiel Schaltschrank 16, zu übertragen. Die Fällmitteldosiereinrichtung 3 wird
ebenfalls über
den Schaltschrank 16 gesteuert. Dabei erfolgt die Ansteuerung
der Dosiermenge über
die Fällmitteldosiereinrichtung 3 in
Abhängigkeit
von der geförderten
Wassermenge und dem ph-Wert des Wassers.
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Eine
Erweiterung der Ansteuerung für
eine automatische phosphormengenabhängige Fällmittelzugabe kann über den
Schaltschrank 16 realisiert werden. Das im Wasser gelöste Phosphor
und bereits vorhandene Algen reagieren mit dem Fällmittel innerhalb von 2 Minuten.
Es bildet sich somit eine gut absetzbare Flocke, welche über den
Tangentialabscheider 4 und den nachgeschalteten Reaktionswannen 6, über den
Trichter 7 und dem jeweiligen Ventil 10 und über den
Trübstoffableitung 13 in
einen Transportbehälter 12 geführt wird.
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In
dem Tangentialabscheider 4 wird das Wasser mit den absetzbaren
Stoffen, bestehend aus Sedimenten und Flocken, an den Rand des Behälters 12 und
somit in den Trichter 7 abgeleitet. Das im Tangentialabscheider
vorgereinigte Wasser strömt über das Überlaufrohr 5 in
eine erste nachgeschaltete Reaktionswanne 6. Dabei ist
das Überlaufrohr 5 des Tangentialabscheiders 4 so
ausgelegt, dass es in jedem Fall unterhalb des Wasserspiegels der
ersten Reaktionswanne 6 eingeleitet ist.
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Der
Tangentialabscheider 4 hat am unteren Trichterrand einen
Trübungsmesser 17,
welcher Signale an den Schaltschrank 16 sendet. Des Weiteren wird über ein
Ventil 10 und den Trübstoffableitung 13 als
Rohrform und einer entsprechenden Pumpvorrichtung ein Abscheiden
der bestehenden Sedimente bzw. Flocken realisiert.
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Der
Tangentialabscheider 4 ist nach bekannter Bauart vorgegeben,
wobei der Wasserdurchfluss über
ein mittig angeordnetes Überlaufrohr 5 von
der Oberkante der Wasseroberfläche
hin in die nachfolgende Reaktionswanne 6 – wie schon
beschrieben – geleitet
wird.
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Der
folgenden Absetzanlage 100 sind vorzugsweise vier Reaktionswannen 6 angeordnet.
Die Anzahl der Reaktionswannen 6 richtet sich je nach Größenkalkulation
der Absetzanlage 100 und der jeweiligen Wasserbelastung.
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Dabei
strömt
das Wasser in die jeweiligen Reaktionswannen 6. Die Reaktionswannen 6 sind
in einer Trichterform ausgeführt,
wo jeweils am unteren Ende ein Trübungsmesser 17 zur
Signalgebung für den
Schaltschrank 16 vorhanden ist. Ein unterer Auslass über die
entsprechenden Ventile 10 zur Trübstoffableitung 13 ist
ebenfalls gegeben. In den Reaktionswannen 6 sind Auftriebsblockerplatten 9 in
einem Winkel von 20° so
angeordnet, dass die Schwebstoffe im Wasser nach dem Emscher-Brunnen-Prinzip zurück gehalten
werden. Dabei sind die Auftriebsblockerplatten 9 so gegenüber angeordnet, dass
nur das Klarwasser die jeweilige Reaktionswanne 6 vertikal
aufsteigend durchströmen
kann.
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Die
Breite der Reaktionswanne 6 bestimmt die Breite der jeweiligen
Auftriebsblockerplatte 9. Die Länge der Auftriebsblockerplatte 9 beträgt 50% der Länge der
Reaktionswanne 6 zuzüglich
ca. 5 cm.
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Die
Auftriebsblockerplatten 9 werden in der jeweiligen Reaktionswanne 6 schräg in einem
Winkel von 15° bis
25° zur
Mitte abfallend an den gegenüber liegenden
Wänden
der jeweiligen Reaktionskammer befestigt und in der Mitte der Reaktionswanne 6 ca.
5 cm überlappend
mit einem ca. 1 cm Klarwasserdurchlassspalt angeordnet.
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In
jeder Reaktionswanne 6 sind die Auftriebsblockerplatten 9 vorgegeben.
Die interne Verbindung der einzelnen Reaktionswannen 6 miteinander
ist so ausgeführt,
dass über
eine Tauchwand 8 das Wasser durch Unterströmung in
die nächste
Reaktionswanne 6 geleitet wird. Das bedeutet, dass die Tauchwand 8 den Übergang
von einer Reaktionswanne 6 zur anderen darstellt und den
Flüssigkeitsstromaustritt
im unteren Bereich der jeweiligen Reaktionswanne 6 aufweist.
Somit können
weitere absetzbare Inhaltsstoffe über den Trichter 7 der
Reaktionswanne 6 abgeleitet werden. An der letzten Reaktionswanne 6 am
Ablauf 14 ist nochmals eine ph-Messsonde 15' mit der Zuführung zum
Schaltschrank 16 gegeben.
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Das
vorgereinigte und behandelte Teichwasser durchfließt vor der
Einleitung in das Gewässer abschließend eine
Nachklärung,
bestehend aus einem aufrollbaren Vertikalfilter 11, an
dem die abfiltrierenden Stoffe des Wassers nach dem GENESIS-Filter-Prinzip festgehalten
werden. Die Ansteuerung des GENESIS-Filters erfolgt mechanisch durch
Ausnutzung des Aufstaus des Wassers vor dem Filter, wenn der Filter
mit Schwebstoffen sich langsam zusetzt. Das aufgestaute Wasser wird über eine
Bypassleitung auf ein Wasserrad geleitet. Das Wasserrad bewegt die
Filterrolle so weit, bis ein Durchfluss wieder gewährleistet
ist. Die absetzbaren Stoffe werden über die Ventile 10 mit
Hilfe einer Zeitsteuerung aus dem jeweiligen Trichter 7 des
Tangentialabscheiders 4 und den Reaktionswannen 6 über den
Trübstoffableitung 13 in
einen Transportbehälter 12 abgelassen.
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Die
sehr phosphorreichen absetzbaren Stoffe können vor Ort kompostiert oder
Landschaftsbauunternehmen angeboten werden.
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Auf
Grund der optimierten Hydraulik werden für die Tauchpumpen und die Steuertechnik
lediglich 0,05 kWh/m3 benötigt. Durch
den geringen Energiebedarf ist eine E-Versorgung mittels Solarzellen
möglich.
Die Solarzellen werden auf dem Container montiert. So ist es möglich, auch
vom Stromversorgungsnetz weit abgelegene Gewässer zu sanieren.
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- 1
- Pumpe
- 2
- Zuleitung
- 3
- Fällmitteldosierer
- 4
- Tangentialabscheider
- 5
- Überlaufrohr
- 6
- Reaktionswanne
- 7
- Trichter
- 8
- Tauchwand
- 9
- Auftriebsblockerplatte
- 10
- Ventil
- 11
- Feinfilter
- 12
- Transportbehälter
- 13
- Trübstoffableitung
- 14
- Ablauf
- 15
- ph-Messsonde
- 15'
- ph-Messsonde
- 16
- Schaltschrank
- 17
- Trübungsmesser
- 100
- Absetzanlage