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Die Erfindung betrifft einen Sandfang in Kläranlagen, Wasserreinigungsanlagen oder dergleichen gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Ein derartiger Sandfang ist beispielsweise in 198 30 082 Cl dargestellt. Bei derartigen Sandfängen wird eine Strömungswalze in Längsrichtung durch geeignete Strömungsmittel erzeugt. Zur Erzeugung der Strömungswalze wird im allgemeinen im unteren Bereich einer Längswand Luft eingeblasen, die durch den sogenannten Mammutpumpeneffekt auch für das umgebende Wasser eine Aufwärtsströmung erzeugt, welche aus Kontinuitätsgründen in den anderen Querschnittsbereichen mehrfach umgelenkt wird und dadurch die Strömungswalze bildet. Die Rotationsgeschwindigkeit der Walze ist herbei wesentlich höher als die Längsgeschwindigkeit der Durchflußströmung, so daß die Walzenströmung zur bestimmenden hydraulischen Größe des Sandfangs und für die Sandabscheidung wird.
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Da die Sandabscheidung im wesentlichen eine Funktion einer Sinkgeschwindigkeit beziehungsweise einer entsprechenden Oberflächenbeschickung ist, kann mit dieser annähernd gleichmäßigen Rotationsgeschwindigkeit die entsprechende Sandabscheidung bestimmt und können der Sandfang und die Sandfangleistung bemessen werden. Dieses Verfahren stellt eine bewährte Lösung für das Problem einer gleichmäßigen Abscheidung von Sand bei ungleichmäßiger, vor allem bei schwankender Durchströmung dar.
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Es ist auch bekannt, keine gleichmäßig Strömungswalze über die Längserstreckung des Sandfangs anzustreben oder zu verwirklichen, sondern beispielsweise am Anfang des Sandfangs eine erhöhte Luftzufuhr und damit eine höhere Walzengeschwindigkeit zu wählen.
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Die Erzeugung der Strömungswalze mittels Druckluft ist an sich bewährt, hat aber sowohl apparative als auch energetische und umweltbeeinflussende Nachteile.
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Die Installation der Drucklufterzeugung und die Leitungen sind an sich schon aufwendig. Meist ist ein eigenes Gebäudeteil mit entsprechend aufwendigem Schallschutz erforderlich. Die Gebläse erfordern eine sorgfältige Überwachung und Wartung. Die austretende Luft trägt aus dem Abwasser Aerosole und aufgrund des Strippeffekts Gerüche in die Umwelt. Im Einzelfall ist daher in der Praxis nicht nur eine Abdeckung des Sandfangs erforderlich, sondern auch eine Luftwäsche.
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Die Belüftung ist eine sogenannte grobblasige Belüftung. Hierzu weisen die waagrechten Rohrbelüfter Luftaustrittslöcher auf. Bei Stillstand der Gebläse kann Wasser in die Rohre eindringen. Wegen Verstopfungsgefahr muß dies Wasser bei einsetzendem Betrieb wieder hinausgeblasen werden. In der Praxis stellt die zweckmäßige Größe und Anordnung der Luftaustrittslöcher ein erhebliches Problem dar.
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Die Wasserumwälzung wird hydraulisch auf indirektem Wege durch die eingeblasene Luft erzeugt, was mit einem energetischen Verlust verbunden ist.
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In den Regelwerken der Abwassertechnik sind bestimmte Werte der spezifischen Luftleistungen (m3/h) pro Beckenvolumen (m3) genannt. Ob diese Werte für alle Größenbereiche zweckmäßig sind und ob sie im Einzelfall zugunsten einer variablen Abscheidung von Feststoffen (Sand, Fett, Schlamm) ganz andere Werte haben sollten, ist noch nicht bekannt. Die vorhandenen Gebläsegrößen lassen sich in einer vorhandenen Anlage in einfacher Weise nicht ändern und die Hydraulik läßt sich mangels geringer Steuerungsmöglichkeit der vorhandenen Einrichtung nur geringfügig beeinflussen.
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Es ist auch nicht bekannt, mit welchen energetischen Verlusten die Erzeugung einer Walzenströmung mittels Lufteinblasens verbunden ist.
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Letztlich ist auch der Vorbelüftungseffekt des Abwassers durch die eingetragene Luft zu nennen, welcher in manchen Anwendungsfällen unerwünscht oder problematisch, und daher nachteilig ist.
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Die Walzenströmung hat als primären Effekt die Vergleichmäßigung der Sandfangströmung, hat aber den willkommenen zusätzlichen Effekt der teilweisen Feststofftrennung oder Waschung der Feststoffe. Bisher ist aber nicht möglich, die Effekte einzeln zu erkennen und gegebenenfalls zu unterschiedlichen Zwecken gezielt zu benutzen. Es ist auch nicht bekannt, ob es solche Bestrebungen – unabhängig von der bisher fehlenden Verwirklichung – überhaupt gab. Insofern ist mit der nachfolgend beschriebenen Erfindung eine neue Anwendung der Sandfangtechnik möglich.
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Die Wirkung des Sandfangs beruht allein auf hydraulischen Phänomenen. Ungeachtet dessen wird die Hydraulik in der Sandfangtechnik fast nicht beachtet.
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Die Strömungswalze wird durch eine eingetragene Energie erzeugt. Wenn kein weiteres Wasser zuströmt, bedarf es für die Aufrechterhaltung der Strömung nur noch einer verschwindend kleinen Erhaltungsenergie. Jedes zusätzlich einströmende Wasser muß dagegen mit einem weiteren Energieaufwand in Rotation versetzt werden. Über diesen Sachverhalt sagen die anzuwendenden Richtlinien und die sonstige Literatur nichts aus.
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Die Energiefrage ist merkwürdigerweise in der Sandfangtechnik entweder gar nicht oder kontraproduktiv behandelt. Die spezifische Leistungsdichte wird in der Literatur unabhängig von der Sandfanggröße mit 0,5–1,3 m3/m3h angegeben, einem Faktor von 260%. Außerdem wird die Energie kontinuierlich zugeführt, unabhängig von der Größe des Zuflusses, welcher im allgemeinen zwischen 67%–172% vom Tagesmittel schwankt, das heißt um etwa 255%, so daß sich die „Mißachtung” der Energiefrage mit 260%·255% = 2,6·2,55 = 660% berechnen läßt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem gattungsgemäßen Sandfang eine Strömungswalze mit geringem Energieaufwand zu erzielen.
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Die Aufgabe wird gelöst mit einem Sandfang nach Anspruch 1 und den Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Die im Zufluß enthaltene Strömungsenergie wird nach der Erfindung zur zeitweiligen Erzeugung oder Unterstützung der Walzenströmung benützt, indem die Zuflußströmung durch einen Rohrkrümmer so geführt wird, daß sie im Einlaufbereich des Sandfangs in Richtung der Abwärtsströmung eingeführt wird. Es ist qualitativ unerheblich, ob die Strömungswalze durch diesen Zufluß angeregt oder nur unterstützt wird.
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Vorteilhaft werden in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem genannten Umlenkmittel ein oder mehrere Strahlerzeuger in der Weise angeordnet, daß deren Strahl oder Strahlen ebenfalls in Richtung der Abwärtsströmung wirkt/wirken.
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Vorteilhaft wird in Sohlnähe, aber in einem gewissen Abstand vom Einlaufbereich ein Geschwindigkeitsmesser vorgesehen, mit welchem die alles bestimmende Geschwindigkeit der Strömung gemessen und als Steuerungsgröße verwendet werden kann.
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Die Verfahrensmerkmale beziehen sich auf unterschiedliche Methoden der Betriebsführung in Abhängigkeit von den mit den Vorrichtungsmerkmalen generell möglichen, aber unterschiedlichen Effekten. Diese sind einerseits Verfahren zur Erzeugung der Walzenrotation bei unterschiedlichem Zufluß in Abhängigkeit dessen Größe, andrerseits in der Erzeugung einer vergleichmäßigten Rotation durch periodische Ein-/Aus-Steuerung der Strahlerzeuger oder andererseits in einer gesteuerten Rotation über den Meßwert der herrschenden Geschwindigkeit an der Nähe der Beckensohle. Erfinderisch ist auch der zeitweilige Betrieb bei ausgeschaltetem Strahlerzeuger. Dies kann inkaufgenommen werden durch die Wiedereinschaltung des Strahlerzeugers mit seiner hohen Turbulenzerzeugung.
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Weitere vorteilhafte Anwendungen liegen in den Merkmalen und den genannten Verfahren, zum Beispiel ein gezieltes „Waschen” des Wassers und seiner Inhaltsstoffe durch entsprechende Ein-/Ausschaltung der Strahlerzeuger. Hierzu wird eine für den Waschvorgang charakteristische Einschaltzeit gewählt. Diese kann nach ingenieurmäßigem Handeln vorgegeben werden oder aber mittels Meßreihen, die mit unterschiedlichen Betriebswerten möglich geworden sind.
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Die mit der Erfindung erreichten Vorteile liegen in der Vermeidung der oben beschriebenen Nachteile herkömmlicher Strömungsmittel, dem Erreichen einer günstigen hydraulischen Charakteristik des Sandfangs, der Steuerung des Sandfangbetriebes als solchen und die Möglichkeit einer Anpassung nach den Betriebserfordernissen. Auch die spezifische Leistung der Strömungswalze kann entlang des Strömungsverlaufs angepaßt werden. Vorteilhaft sind gegenüber der bekannten Technik auch eine im Einlaufbereich wesentlich höhere Turbulenz und damit ein wesentlich höherer Trenneffekt. Dafür maßgebend ist die hohe Austrittsgeschwindigkeit bei Strahlerzeugern gegenüber der wesentlich niedrigeren bei Druckluftbelüftern.
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Vorteilhafterweise können die Strahlerzeuger als handelsübliche Tauchmotorrührwerke ausgebildet sein.
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Die in den Ansprüchen 2 bis 8 genannten Merkmale können vorteilhaft für die einzelnen Beckenabschnitte auch unterschiedlich angewendet werden durch die Installation oder Deinstallation von Rührwerken, Am vorteilhaftesten ist aber, daß die hydraulischen Verhältnisse und die Feststoffabscheidung als solche wesentlich verbessert und sogar gewählt werden können.
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Im folgenden wird abwechselnd von einem oder mehreren Strahlerzeugern gesprochen, wie es für die Darstellung des Sachverhaltes jeweils am günstigsten scheint. Ihre im einzelnen Anwendungsfall zweckmäßige Anzahl kann vorgegeben oder nachgerüstet werden, um in wirtschaftlicher Weise die gewünschte hydraulische Verbesserung und Feststoffabscheidung zu erreichen.
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Die Erfindung ist in der Abbildung schematisch dargestellt. Es zeigen:
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1: einen Querschnitt des Sandfangs
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2: eine Draufsicht auf den Sandfang
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3: einen verkürzten Längsschnitt des Sandfangs
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Der Sandfang 21 wird seitlich durch die Außenwände 22 und 23 gebildet. Das Wasser weist einen offenen Wasserspiegel 24 auf. Im Sandfang 21 wird die Strömungswalze 5 entweder durch den Zufluß 1 aus dem als Rohrkrümmer ausgebildeten Umlenkmittel 3 und durch einen Strahlerzeuger 6 und gegebenenfalls weitere Strahlerzeuger 16, 26, 36 erzeugt. Dabei transportiert das aus dem Umlenkmittel 3 und/oder aus dem Strahlerzeuger 6 und gegebenenfalls 16, 26, 36 austretende Wasser auch das umgebende Wasser mit nach unten. Aus Kontinuitätsgründen und begünstigt durch die Form des Beckenquerschnitts wird die Flüssigkeit in der genannten Strömungswalze 5 im unteren Bereich zur anderen Beckenseite, dort wieder nach oben und wieder zurück zum Ausgangsbereich geführt.
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Die Anordnung und Zahl der Strahlerzeuger 6 und 16, 26, 36 ist in 2 und 3 nur beispielhaft dargestellt. Eine andere Anordnung und/oder Anzahl der Strahlerzeuger ist einfach zu verwirklichen. In 2 könnte die Zahl und Anordnung der Strahlerzeuger auf folgender Erfordernis beruhen: Auf der Einlaufseite 2 des Sandfangs tritt der Zufluß 1 durch das schematisch in Form eines Rohrkrümmers dargestellte Umlenkmittel 3 mit einer nach unten gerichteten Strömungsrichtung 4 in den Sandfang 21 und übernimmt in ihrem weiteren Verlauf die Form der Walzenströmung 5. Insgesamt kann sie als Längsströmung 25 angesehen werden, die auf der Auslaufseite 30 den Sandfang 21 durch einen nicht dargestellten Auslauf verläßt. Das eintretende Wasser wird durch das Umlenkmittel 3 und durch die nach unten gerichteten Strahlerzeuger 6, 16, 26, 36 in die gewünschte Walzenströmung gezwungen.
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Im Einlaufbereich 2 muß für den schwankenden Zufluß 1 die Walzenströmung 5 erzeugt werden, was einem instationären Vorgang entspricht. Demgegenüber kann die Walzenströmung 5 in der weiteren Strömungsfolge als quasistationär aufgefaßt werden, da nur noch die Wandreibung und innere Reibung überwunden werden müssen. Deshalb sind für den anfänglich erhöhten Leistungsbedarf im Einlaufbereich schematisch zwei Stück Strahlerzeuger dargestellt, die in anderen Anwendungsfällen auch nur aus einem Stück oder aber mehreren Stücken bestehen könnten.
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Bei abnehmender Ausprägung der Strömungswalze kann es zweckmäßig sein, etwa in der Mitte des Sandfangs einen weiteren Strahlerzeuger 16 vorzusehen, wie es hier dargestellt ist. Aus Gründen einer besonderen Auslaufströmung kann es zweckmäßig sein, an der Auslaufseite 30 des Sandfangs einen weiteren Strahlerzeuger 36 vorzusehen, wie es hier dargestellt ist. Mit diesen Maßnahmen wird abschnittsweise eine unterschiedliche Stärke der Strömungswalze 4 erreicht, so daß beispielsweise zum Sandfangende hin eine niedrigere Umwälzung herrscht und bereits abgesetzter Sand nicht wieder mitfortgerissen wird.
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Zur Verbesserung der Strömungsführung der Walzenströmung können Umlenkmittel 31 bis 34 in der Nähe des Wasserspiegels 24 angeordnet sein. Diese können entweder aus Teilstücken oder Einzelteilen bestehen, die gegenüber der zuströmenden Strömung angestellt sind, zum Beispiel unter etwa 45°, oder annähernd horizontal verlaufen. Die Umlenkmittel 31 bis 34 werden bevorzugt an der Stelle der Strahlerzeuger vorgesehen, sie können aber auch mindestens teilweise als Bauwerkskontur ausgebildet sein.
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Verschiedene Verfahren mit völlig unterschiedlichen Wirkungen sind gemäß der Erfindung möglich. Diese können einzeln oder steuerungstechnisch in einem gemeinsamen Programm verwendet werden. Zum Beispiel können die Strahlerzeuger 6, 16, 26, 36 jeweils bei beginnendem Zufluß eingeschaltet werden oder bei einem Zufluß oberhalb eines bestimmten Wertes, um dem jeweiligen Zufluß die Rotation aufzuzwingen. Andererseits können die Strahlerzeuger 6, 16, 26, 36 bei großem Zufluß auch ausgeschaltet werden, weil möglicherweise die Zuflußenergie alleine für die Umwandlung in die benötigte Rotationsenergie ausreicht.
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Eine betrieblich günstige Steuerung stellt auch eine periodisch Ein- und Ausschaltung der Strahlerzeuger 6, 16, 26, 36 dar. Mit diesem Verfahren wird sichergestellt, daß die gewünschten und bereits abgeschlossenen Trennvorgänge nicht durch unerwünschte Sedimentationsvorgänge in Stillstandszeiten überlagert werden.
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Eine weitere betrieblich günstige Steuerung stellt auch eine zeitlich unterschiedliche Einschaltzeit bei unterschiedlichen Zuflüssen dar, insbesondere eine kurze Einschaltzeit bei kleinem Zufluß, eine längere bei größerem Zufluß.
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Mit der Möglichkeit, auf einfachste Weise Stillstandszeiten zu wählen, läßt sich vorteilhaft auch der Effekt solcher Stillstandszeiten auf den Sandfangbetrieb ermitteln und anwenden.
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Mit einem Geschwindigkeitsmesser kann ein Regelwert bereitgestellt werden. Damit können die Strahlerzeuger ein- und ausgeschaltet werden, um die Walzenströmung bei schwankendem Zufluß zu vergleichmäßigen.
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Die Erfindung zeichnet sich durch die genannten Vorteile aus und dadurch, den apparativen Aufwand völlig zu vermeiden, mittels Druckluft die Strömungswalze über eine Gebläsestation, Leitungen, Belüfter usw. zu erzeugen. Zusätzlich aber wird der Ausstrippeffekt von Aerosolen, Gerüchen usw. vermieden, was schon allein ein Vorteil ist, aber auch die Einhausung des Sandfangs und eine sehr aufwendige Luftwäsche im Gasraum über dem Sandfang entbehrlich macht. Mit dem Sandfang und dem Verfahren zum Betrieb des Sandfangs nach der Erfindung besteht eine einfache Steuerungsmöglichkeit für unterschiedliche Betriebsweisen des Sandfangs und für die Wahl unterschiedlicher Abscheideeffekte.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zufluß
- 2
- Einlaufbereich des Sandfangs
- 3
- Umlenkmittel
- 4
- abwärtsgerichtete Strömung
- 5
- Walzenströmung
- 6, 16, 26, 36
- Strahlerzeuger
- 7, 17, 27, 37
- Strahlen
- 10
- Sohlbereich des Sandfangs
- 11
- Geschwindigkeitsmesser
- 21
- Sandfangbauwerk
- 22, 23
- Längswände des Sandfangs
- 24
- Wasserspiegel
- 25
- Längsströmung
- 30
- Auslaufbereich des Sandfangs
- 31, 34
- schräge Umlenkmittel
- 32, 33
- horizontale Umlenkmittel
