DE1642871C2 - Schrägklärer zum Abscheiden von Schlamm aus Flüssigkeiten - Google Patents
Schrägklärer zum Abscheiden von Schlamm aus FlüssigkeitenInfo
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- DE1642871C2 DE1642871C2 DE1642871A DER0048212A DE1642871C2 DE 1642871 C2 DE1642871 C2 DE 1642871C2 DE 1642871 A DE1642871 A DE 1642871A DE R0048212 A DER0048212 A DE R0048212A DE 1642871 C2 DE1642871 C2 DE 1642871C2
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Description
bei kleinem Neigungswinkel dagegen eine große wirksame Oberfläche ergibt. Dadurch, daß beim Schrägklärer
gemäß der Erfindung dieser Neigungswinkel kleiner gewählt werden kann, kann die wirksame
Oberfläche wesentlich vergrößert und damit der SeparierungsefFekt
im Vergleich zum Gegenstromprinzip wesentlich gesteigert werden. Durch den möglichen
kleineren Neigungswinkel werden auch der erforderliche Bauaufwand und das Bauvolumen günstig beeinflußt
Dadurch, daß der Abfluß für den Schlamm neben dem Abfluß für die geklärte Flüssigkeit an dem
dem Zufluß gegenüberliegenden Ende angeordnet ist, wird erreicht, daß auch dadurch der Bauaufwand und
das Bauvolumen des Schrägklärer verringert sind. Durch die Erfindung ist mithin ein Schrägklärer ge- ts
schaffen, der einen hohen Separierungseffekt ermöglicht, ein geringes Bauvolumen aufweist und somit
kompakt und im übrigen auch billig ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Schrägklärer
gemäß der Erfindung kann die Neif «mg der Platten zur Horizontalebene zwischen 30 und 45C
liegen. Gerade bei dieser Neigung der Platten wird eine außerordentlich gute Separierungskapazität des
Schrägklärers erzielt.
Von Vorteil kann es sein, wenn im Abfluß-Randbereich
an jeder Platte zum Abführen der geklärten Flüssigkeit eine Lochplatte vorgesehen ist. Dadurch
wird erreicht, daß die geklärte Flüssigkeit über der gesamten Breite des Abflusses im wesentlichen gleichmäßig
abgeführt wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausfuhrungsform des Schrägklärers gemäß der Erfindung kann der Abfluß-Randbereich
der Platten eine größere Neigung zur Horizontalebene aufweisen als die Platten selbst.
Die obere Kante der Trennplatte kann im wesentlichen in einer Ebene enden, die in Verlängerung der den
Schlamm führenden, benachbarten einen Platte liegt. Durch geeigrste Steuerung des Abflusses vom Raum
oberhalb bzw. unterhalb der Trennplatte in jeder Sedimentationskammer kann der Prozeß so gesteuert werden,
daß der Schlamm durch den unteren Raum und die geklärte Flüssigkeit durch den oberen Raum abfließen.
Der Schrägklärer gemäß der Erfindung ist auch zum Klären von in Flüssigkeit suspendiertem Material
geeignet, das eine geringere Dichte als die Flüssigkeit aufweist. Bei einer derartigen Anordnung liegen der
Zufluß für die zu klärerde Flüssigkeit am unteren Ende und die Abflüsse am oberen Ende der Sedimentationskammer.
Bei Separationsprozessen, in denen große Flüssigkeitsmengen behandelt werden müssen, wie z. B. bei
öffentlichen Abwasserkläranlagen, muß das erstrebenswerte Ziel sein, den Schrägklärer so wirksam zu machen,
daß die Separation mit vertretbarem Bauvolumen bewirkt werden kann.
Die Kapazität des Schrägklärers hängt natürlich von der gesamten Plattenoberfläche ab und kann somit
durch Vergrößerung der Anzahl der Platten innerhalb des vorhandenen Bauvolumens vergrößert werden.
In dieser Hinsicht ist jedoch eine Grenze dadurch gesetzt, daß ein bestimmter, senkrechter Abstand zwischen
den Platten bestehen muß. Dieser Minimalabstand hängt von den Eigenschaften der suspendierten
Partikeln ab. In der Praxis sollte der senkrechte Minimalabstand
etwa zwischen 7 und 0,5 cm variieren.
Theoretisch kann jedoch hergeleitet werden, daß zur Sedimentation zwischen geneigten Platten z. B.
nicht die gesamte Oberfläche der Platten als wirksame Oberfläche in Frage kommt, sondern die auf die Horizontale
projizierte Oberfläche der Platten, die um einen Faktor korrigiert ist, der die verschiedenen geometrischen
Bedingungen an den Enden der Platten berücksichtigt.
Dieser Korrekturfaktor hängt von der Strömungsrichtung der Suspension, die zugeführt wird, ab. Mit L
als Länge der Platten, B als der Breite, s als dem senkrechten Abstand, « als der Neigung zur Horizontalebene
und η als der Zahl der Platten wird die für die Sedimentation wirksame Oberfläche As durch die
folgende Gleichung bestimmt:
A, = η ■ L ■ B ■ cosa ± —'—
sin a
In dieser Gleichung bezieht sich das Pluszeichen auf eine Strömungsrichtung der Suspension, die der Transportrichtung
des Schlammes entgegengeiichtet ist und das Minuszeichen auf eine mit dieser übereinstimmende
Strömungsrichtung. Der in eckigen Klammern gesetzte Ausdruck ist im Vergleich zum ersten Ausdruck
dfcf Gleichung gewöhnlich gering.
Ein Maß für den geometrischen Wirkungsgrad (»/G)
ergibt sich, wenn man das Verhältnis von wirksamer Oberfläche für die Sedimentation und Oberfläche der
Platten bildet.
n-L-B
= cos«
sin«· cos«
Das Volumen (K) des Raumes zwischen den Platten zuzüglich des Volumens der Platten ergibt sich zu
K = π · L ■ B (s + t). O)
Darin ist ι die Dicke der Platten.
Damit ergibt sich das notwendige Bauvolumen des Sedimentationsteiles pro Flächeneinheit der wirksamen
Sedimentationsfläche zu
A j COSa
1 ± — sin a · cos «
Bei einer Bemessung mit Beton ist die notwendige Sedimentationsflächa nach der Flächenbelastungstheorie
von H a ζ e η
As = v~-
(5)
Darin ist Q die Strömung und vf die Sedimtntationsgeschwindigkeit
der am langsamsten sich absetzenden Partikeln, die 100%ig separiert werden sollen.
Die notwendige plattenfläche A1 wird dadurch
- Vf Vf-COSa
-f L
1« · COSiI
und das notwendige Bauvolumen des Sedimentationsteiles
K ν=
+ 0
Vf · COS(J
L sin« · cos«
Alle Ausdrücke in eckigen Klammern können vernachlässigt werden, ohne daß dadurch große Fehler
entstehen.
Nach der Erfindung, die ebenfalls auf dieser Analyse
begründet ist, ergibt sich deshalb, daß die Neigung der Platten zur Horizontalebene (α) und der senkrechte
Abstand zwischen den Platten (s) gering sein sollen, um ein geringes Bauvolumen zu bewirken. Dies resultiert
auch in einem hohen, geometrischen Wirkungsgrad der Platten.
Die Strömung zwischen den Platten muß laminar sein. Dazu ist notwendig, daß die Reynolds-Zahl Re,
die mit dem hydraulischen Durchmesser Dh als kennzeichnender Länge definiert wird, geringer als etwa
2000 sein soll. Es ist
Re =
wobei
Dk =
2Bs
B + s
vm steht Für die mittlere Strömungsgeschwindigkeit
der Suspension und υ für die kinematische Zähigkeit.
Wenn die Suspension, die zugeführt wird, entlang den Platten nach oben strömt, wirkt dem Gleiten des
Schlammes entlang den Platten nach unten die Ströifiungärichiung der Suspension, die in entgegengesetzter Richtung fließt, entgegen. Aus diesem Grund wird
gewöhnlich der senkrechte Abstand zwischen den Platten groß ausgeführt und die mittlere Strömungsgeschwindigkeit der Suspension klein gehalten, so daß
man an der Grenzfläche zwischen dem Schlamm und der geklärten Flüssigkeit geringe Geschwindigkeitsgradienten (Scherkräfte) erhält. Um die Konstruktion
kompakter zu machen, muß die Neigung der Platten zur Horizontalebene zur Verringerung des senkrechten
Abstandes zwischen den Platten jedoch vergrößert werden. Dies bewirkt jedoch eine Verringerung des
geometrischen Wirkungsgrades, wie oben gezeigt (Gleichung 2).
Es wird davon ausgegangen, daß die Strömung der Suspension, die zugeführt werden soll, nach unten gerichtet ist, d. h., die Strömung stimmt mit der Transportrichtung des Schlammes überein und trägt dadurch
zum Transport des Schlammes bei und ermöglicht dadurch, daß die Platten mit einer geringeren Neigung
zur Horizontalebene ausgeführt werden können.
Wenn bei einer nach unten gerichteten Strömung der Suspension, die zugeführt wird, der senkrechte Abstand zwischen den Platten verringert und die mittlere
Strömungsgeschwindigkeit der Suspension vergrößert wird, dann nehmen der Geschwindigkeitsgradient und
dadurch die Scherkräfte zwischen Flüssigkeit und Schlamm an der Grenzfläche zu. Dies trägt zusätzlich
zu einem erleichterten Transport des Schlammes entlang den Platten nach unten bei. Dadurch kann die Neigung der Platten zur Horizontalebene noch weiter
verringert werden.
Ein Partikel, das sich in einem Strömungsfeld befindet, wird von einer Kraft erfaßt, die in Richtung des
Strömungsgradienten gerichtet ist (bei laminarer Strömung zwischen parallelen Platten gegen eine Ebene,
die sich genau in der Mitte zwischen den Platten befindet). Die obere Grenze für eine Verbesserung des
Gleittransportes des Schlammes ist die Stellung, in
der die Kraft, die auf das einzelne Teilchen in der
Suspension auf Grund des Geschwindigkeitsgradienten wirkt, so groß ist, daß die Separationsgeschwindigkeit der Teilchen entscheidend verringert wird.
S Wenn Suspensionen sedimentiert werden, in denen die Partikeln, die sich darin befinden, die Eigenschaft
aufweisen, daß sie sich zu Flocken zusammenballen, dann wird diese Zusammenballung dadurch verbessert, daß die Geschwindigkeitsgradienten in der Sus-
pension bis zu einer bestimmten Grenze vergrößert werden. Bei noch größeren Geschwindigkeitsgradienten wird der Zusammenballung der Teilchen entgegengewirkt, weil die Flocken durch Abscheren zerbrochen werden.
is Die Erfindung ist an Hand von in den Zeichnungen
gezeigten Ausführungsbeispielen eines Schrägklärers näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 einen senkrechten Längsschnitt einer Sedimentationskammer,
F i g. 2 einen senkrechten Längsschnitt einer Sedimentationskammer, bei der die Neigung der Platten
zur Horizontalebene über die Plattenlänge konstant ist,
Fig.? einen senkrechten Längsschnitt einer Sedi-
2s mentation«kammer, bei der die Neigung des Abfluß-Randbereiches der Platten zur Horizontalebene größer ist als der Platten selbst,
Fig.4 einen senkrechten Längsschnitt, und zwar
lotrecht zu den Platten durch eine Sedimentations
kammer, bei der die AbfluBvomchhjng gemäß einer
Alternativlösung 1 ausgeführt ist,
Fig. 5a einen Schnitt nach der Linie A-A in den
F i g. 2 und 3, der parallel zur und zwischen der Trennplatte und der unteren Platte in der Sedimcntations-
kammer verläuft,
F i g. 5 b einen Schnitt nach der Line B-B in F i g. 2 und 3, der parallel zur und zwischen der
Trennplatte und der oberen Platte in der Sedimentationskammer verläuft,
F i g. 6 einen Schnitt durch einen Schrägklärer mit einer Gruppe von Sedimentationskammern, die in ein
Ausführungsbeispiel eines Sedimentationstankes eingeordnet sind,
F i g. 7 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel,
das die oben beschriebene, gleiche Technik zur Sedimentation anwendet, wie bei der Separation suspendierten Materials, das eine geringere Wichte als die es
umgebende Flüssigkeit besitzt
Die Vorrichtung nach diesen Ausführungsbeispielen
weist zwei Hauptteile auf, nämlich einen Sedimentationstank und einen in diesem Tank angeordneten
Schrägklärer.
Der Sedimentationstank besteht aus einem Behälter mit eingebautem Schrägklärer. Die Suspension.
die zugeführt wird, wird in den oberen Bereich des
Tanks eingegeben und der Schlamm wird in einer Schlammtasche im unteren Bereich des Tanks gesammelt. Die Schlammtasche wird kontinuierlich
oder periodisch durch eine Pumpe geleert. Die Pumpe
kann durch den Pegel des Schlamms in der Schlammtasche oder durch bestimmte Zeitintervalle gesteuert
werden. Die geklärte Flüssigkeit wird durch eine oder mehrere Abflußöffnungen oder Abflußrohren, die
unterhalb oder an der Seite des Sedimentationstanks
angeordnet sein können, abgeführt
Der Schrägklärer stellt eine Kombination einer beliebigen Zahl zusammengefaßter Sedimentationskammern dar.
Die Sedimentationskammern können ihrerseits in zwei Teile aufgete'lt werden, nämlich in einen Sedimentationsteil, in dem die eigentliche Sedimentation
stattfindet, und in einen Abflußteil im Abfluß-Randbereich zur getrennten Ableitung der geklärten Flüs-
sigkeit uid des Schlammes.
Jeder Ssdimentatsonsteil kann als Kasten mit einer
im wesentlichen zweidimensionalen Ausdehnung betrachtet werden. Der Kasten wird durch zwei parallele
Seiten (Platten), die zur Horizontalebene geneigt sind. und durch zwei vertikale Seiten definiert. Die vertikalen Seiten bilden die Seitenwände des Sedimentationstanks. Die Länge und die Breite der Platten ist gewöhnlich beträchtlich größer als der senkrechte Abstand
zwischen den Platten. Das obere Ende des Kastens bildet den Zufluß zur Sedimentationskammer, während sein unteres, offenes Ende einen Übergang zum
Abflußteil bildet.
Im Sedimentationsteil fließt die Suspension nach unten. Dadurch sedimentieren die in der Suspension
enthaltenen Teilchen und setzen sich auf der Oberseite der unteren Platte als Schlamm ab, der entlang der
Platte nach unten gleitet, und zwar durch sein eigenes Gewicht und mit Hilfe der Flüssigkeit, die in derselben
Richtung strömt. Am unteren Ende des Sedimentationsteiles gleitet der Schlamm auf der Oberfläche der
unteren Platte, während die geklärte Flüssigkeit in dem Raum zwischen dem gleitenden Schlamm und
der oberen Platte fließt. Diese Strömungen, die in demselben Raum fließen, gelangen in den Abflußteil, in
dem sie getrennt und abgeleitet werden.
Der Abflußteil hat den Vorteil, daß im Sedimentationsteil jede der beiden Strömungen ihrem jeweiligen
Abfluß zugeleitet wird, so daß dieser Abflußteil als eine Verlängerung des kastenförmigen Sedimentationsteiles betrachtet werden kann. Aus diesem Grunde
ist eine Trennplatte zwischen und parallel zu den Platten vorgesehen. Die geklärte Flüssigkeit strömt zwischen der unteren Fläche der oberen Platte und der
Trennplatte, und der Schlamm gleitet in dem Raum zwischen der Trennplatte und der oberen Fläche der
unteren Platte nach unten.
Die Neigung der Platten zur Horizontalebene kann im Abfluß-Randbereich vorteilhafterweise größer als
bei den Platten selbst ausgeführt werden. Wenn die Neigung der Platten zur Horizontalebene im Abfluß-Randbereich und im Sedimentationsteil übereinstimmen, dann wird die für einen wirksamen Schlammtransport erforderliche Neigung im Abflußteil die
Neigung der Platten zur Horizontalebene bestimmen. Im Schlammraum des Abflußteiles trägt der geklärte
Flüssigkeitsstrom nicht erleichternd zum Schlammtransport bei. Sind die Platten derart geneigt, daß sie
eine größere Neigung zur Horizontalebene im Abflußteil als im Sedimen tat ionsteil aufweisen, dann kann der
Sedimentationsteil mit dem größtmöglichen geometrischen Wirkungsgrad der Platten bemessen werden,
und zwar zur selben Zeit, zu der der Transport der separierten Phase im Abflußteil sichergestellt ist.
Die Ströme der geklärten Flüssigkeit und des Schlammes, die von jedem Abflußteil in einer Sedimentationskammer kommen, sollten vorzugsweise mit
entsprechenden Strömen der anderen Sedimentationskammern zu zwei Hauptabflüssen zusammengefaßt
werden.
Im folgenden werden zwei verschiedene Ausrührungsbeispiele der Abflußvorrichtung im Beispiel beschrieben.
Ableitung der geklärten Flüssigkeit an der Seite
einer Sedimentationskammer
In den Raum zwischen der Trennplatte und der oberen Platte ist im Ableitungsteil einer jeden Sedimentationskammer eine Röhre eingesetzt, die im ganzen Bereich perforiert ist, die sich in dem Raum befindet, durch den die geklärte Flüssigkeit abgeleitet wird.
Die perforierte Röhre, die eine Verringerung des Strömungsquerschnittes und damit sozusagen eine
Drosselung der Flüssigkeitsströmung mit sich bringt, sollte im Abstand unterhalb der unteren Kante der
Trennplatte angeordnet sein, um die Kontraktion für die Drosselung daran zu hindern, daß diese den
Schlamm vom Sedimentationsteil wegführt. Die Drosseln müssen derart eingestellt werden, daß ein gleichmäßiger Abfluß auf der gesamten Breite der Sediment.itionskammer erfolgt. Die Röhre ist durch die Seite
des Sedimentationstanks durchgezogen. Danach kann die geklärte Flüssigkeit an einen offenen Durchlaß oder
eine Röhre an der Seite des Sedimentationstanks weitergeleitet werden.
Der Schlamm, der sich im Raum zwischen der Trennplatte und der unteren Platte befindet, gleitet
auf der oberen Fläche der unteren Platte im Abflußteil einer jeden Sedimentationskammer nach unten und
gelangt in eine unter den Platten angeordnete Schlammtasche.
Die hier aufgezeigte Alternativlösung kann in der
Praxis auch derart entworfen werden, daß der Raum, der zur Ableitung der geklärten Flüssigkeit vorgesehen
ist und der zwischen der Trennplatte und dem Randbereich der oberen Platte in jeder Sedimentationskammer angeordnet ist, als Kasten mit festem Boden
und öffnungen in einem oder beiden Endseiten für den Auslaß ausgebildet ist. Eine Längsseite des Kastens wird etwas höher als die andere Längsseite ausgeführt. Die Platten sind derart im Sedimentationstank angeordnet, daß deren untere Kante auf der höheren der beiden Längsseiten des Abflußkastens ruht.
Die Längsseiten des Abflußkastens können vertikal oder zur Horizontalebene geneigt sein. Die niedere der
Längsseiten des Abflußkastens dient als Trennplatte.
In den Abflußkästen ist mit einem gewissen Abstand
von der oberen Kante eine metallische Lochplatte derart eingesetzt, daß eine Drosselung von geeignetem
Ausmaß erhalten wird und daß ein gleichmäßiger Abfluß auf der ganzen Breite der Sedimentationskammer
erfolgt. Die geklärte Flüssigkeit wird entweder von einer oder beiden Stirnseiten des Abflußkastens über
ein Rohr zu einer Abflußpassage oder einer Abflußröhre, die allen Abflußkästen gemeinsam ist, abgeleitet. Der Schlamm, der auf der oberen Fläche der Platten separiert wurde, gleitet zwischen den Abflußkästen
in eine Schlammtasche nach unten, die unterhalb der Kästen vorgesehen ist.
Ableitung der geklärten Flüssigkeit unterhalb
der Sedimentationskammer
Im Raum zwischen der Trennplatte und der unteren Platte im Abflußteil einer Sedimentationskammer sind
eine oder mehrere steg- oder streifenförmige Führungen derart angeordnet, daß die Gleitfläche der gleitenden, separierten Phase in der Breite abnimmt.
J3ies hat den Vorteil, daß der Schlamm, wenn er den
Abflußteil verläßt, sich nach unten in eine Schlammtasche absetzt, die z. B. mittig unterhalb der Platten
angeordnet ist.
In dem Raum zwischen der Trennplatte und der oberen Platte sind eine oder mehrere Führungen derart eingesetzt, daß die geklärte Flüssigkeit Auslaßpassagen zugeführt wird, die z. B. an der Seite der
Schlammtasche angeordnet sind. In dem Raum zwischen der Trennplatte und der oberen Platte kann auch
eine Drossel eingebaut sein, was den Vorteil hat, daß ein gleichmäßiger Abfluß von den einzelnen Sedimentationskammern sichergestellt wird.
Die obengenannte Alternativlösung 1 kann als Einsatz einer horizontalen Führung in dem Raum zwi- ,5
sehen der Trennplatte und der obern Platte in der Sedimentationskammer verstanden werden.
In Fig. 1 ist der enge, geneigte Kasten dargestellt, der den Sedimentationsteil in einer Sedimentationskammer bildet. In dieser Figur sind dieselben Dirnen-
sionsbezeichnungen benutzt, die in den theoretischen Berechnungen benutzt sind. In Fig.2 ist eine Sedimentationskammer dargestellt, bei der die Neigung
der Platten zur Horizontalebene im Sedimentationsteil und im Abfluß-Randbereich dieselbe ist, Während
F i g. 3 eine Sedimentationskammer zeigt, bei der die Neigung der Platten zur Horizontalebene im Abfluß-Randbereich größer ist als im Sedimentationsteil, d. h.
bei den Platten selbst.
In den in den F i g. 2 und 3 dargestellten Ausfiihrungsbeispieien fließt die Suspension, die zugeführt
wird, in Richtung des Pfeiles 1 zwischen den parallelen Platten 2 und 3. Dadurch sedimentieren die in der
Suspension befindlichen Teilchen und setzen sich auf der oberen Fläche der unteren Platte 3 ab. Der
Schlamm gleitet entlang der oberen Fläche der Platte 3 nach unten. Dieser Gleittransport wird durch die nach
unten gerichtete Flüssigkeitsströmung erleichtert. Dabei werden im unteren Bereich des Sedimentationsteiles eine gleitende Pha?e von Schlamm und eine
Phase geklärter Flüssigkeit erzielt. Diese Phasen müssen nun getrennt von der Sedimentationskammer abgeführt werden. Aus diesem Grund ist der untere
Bereich der Sedimentationskammer als Abflußteil ausgebildet worden. Eine Trennplatte 4 ist im Abflußteil derart angeordnet, daß die geklärte Flüssigkeit 5 zwischen der Trennplatte 4 und der oberen
Platte 2 abgeleitet wird und daß der Schlamm 6 im Raum zwischen der Trennplatte 4 und der unteren
Platte 3 nach unten gleitet.
In Fig.4 ist die Ableitung geklärter Flüssigkeit durch Abflußkästen dargestellt. Der Sedimentationsteil der Sedimentationskammer wird durch die Platten 2 und 3 bestimmt. Die Platte 2 liegt mit der unteren Kante 17 auf der höheren Längsseite 15 des Ab-
flußkastens 19 auf. Die niedere Längsseite 16 des Abflußkastens 19 ist auf derselben Seite der höheren
Längsseite 15 wie die obere Kante 20 der Platte 2 angeordnet. Die untere Platte 3 der Sedimentationskammer ruht in derselben Weise auf der höheren
Längsseite 22 des benachbarten Abflußkastens 21. Die niedere Längsseite 16 des Abflußkastens 19 muß annähernd so hoch sein, daß sie bis zu einer Ebene
reicht, die eine Verlängerung der unteren Phtte 3 in der Sedimentationtskammer bildet. Im Abflußkasten
ist in einem gewissen Abstand unterhalb der oberen Kante der niederen Längsseite 16 eine metallische
Lochplatte 18 angeordnet, durch die die geklärte
Flüssigkeit auf der gesamten Breite der Sedimentationskammer abgeführt wird. Auf einer oder beiden
Stirnseiten des Abflußkastens 19 sind Auslaßrohre 32 vorgesehen, durch die die geklärte Flüssigkeit Auslaßpassagcn oder Auslaßröhren zugeführt wird. Die
Zahl und die Anordnung dieser Röhren beeinflußt die Konstruktion nicht.
Der Schlamm gleitet auf der oberen Fläche der unteren Platte 3 in der Sedimentationskammer und gelangt im Raum zwischen den Abflußkästen 19 und 21
nach unten. Die niedere Längsseite 16 des Abflußkastens 19 dient dabei als Trennplatte. Der Schlamm
wird in einer Schlammtasche unterhalb des Sedimentationsteiles gesammelt.
In den Fig. 5a und 5b ist an einem Beispiel dargestellt, wie Führungen 7 für den Schlamm und die
geklärte Flüssigkeit im Abflußteil angeordnet sein können. Aus Fig. 5 a ist ersichtlich, wie man durch
zwei Führungen 7 eine nach unten konisch zulaufende Gleitfläche für den Schlamm von der oberen Kante 8
der Trennplatte zu deren unterer Kante 9 im Abflußteil erzielen kann. Der Schlamm wird in einer
Schlammtasche 10 unterhalb dieser konisch zulau- ^f
fenden Gleitflächen in der Sedimentationskammer gesammelt.
Aus Fig. 5b ist ersichtlich, wie in analoger Weise
durch zwei Führungen 11 eine Ableitung der geklärten Flüssigkeit zu zwei Auslaßpassagen 12, in diesem
Beispiel zu beiden Seiten der Schlammtasche 10 angeordnet, erzielt werden kann. An der mit 13 bezeichneten Stelle kann eine Drossel eingesetzt werden, um
einen gleichmäßigen Abfluß auf der gesamten Breite der Sedimentationskammer sicherzustellen. Der
Schlamm wird aus der Schlammtasche kontinuierlich oder periodisch abgepumpt. Der mit Führungen
ausgebildete Schrägklärer kann in verschiedener Weise variiert werden. Für die Ableitung der geklärten Flüssigkeit kann eine oder mehrere Abflußpassagen vorgesehen sein.
In Fig.6 ist eine Möglichkeit gezeigt, wie man
einen Schrägklärer mit mehreren Sedimentationskammern in einen Sedimentationstank einordnen kann.
Die Suspension, die zufließt, wird an der mit 23 bezeichneten Stelle in einen Einlaßkastnn zugeführt. <«
Von dort wird die Suspension gleichm/ißig zwischen die Platten 24 verteilt, die an ihrem unteren Ende abgebogen sind. Die Trennplatten 4 separieren die geklärte Flüssigkeit von dem Schlamm. Der Schlamm
gleitet nach unten, hier durch die gestrichelten Pfeile dargestellt, und wird in der unterhalb der Platten angeordneten Schlammtasche 10 gesammelt, während
die geklärte Flüssigkeit in der Richtung der durchgehenden Pfeile durch die Auslaßpassagen 12 ab
geführt wird.
Der Schlamm wird an der mit 14 bezeichneten Stelle abgepumpt. Die Führungen selbst sind in der Zeichnung nicht dargestellt. In dieser Figur beträgt die Neigung der Platten zur Horizontalebene im Sedimentationsteil 35° (Winkel α) und im Abflußteil, d.h. am
dem Abfluß benachbarten Rand, 70° (Winkel/}). Die Neigung β zur Horizontalebene soll im Abflußteil
gewöhnlich 45° übersteigen, während die Neigung α
in Sedimentationsteil von der Reibung des Schlammes in bezug auf die Platten, von der Dichte und von
der Wirkung der Flüssigkeitsreibung abhängt.
Der Schrägklärer nach der Erfindung kann derart konstruiert werden, daß er keine beweglichen Teile
aufweist. Wenn jedoch erwünscht, kann der Schräg-
klärer durch Rütteleinheiten zur Erleichterung des
Gleittransportes des Schlammes und zur Vermeidung von Verstopfungen vervollständigt werden. Diese
Rütteleinheiten können entweder in oder an der Sedimentationskammer oder am Sedimentationstank an-
geordnet sein.
Die Sedimentationskammer kann im wesentlichen aus jedem Material hergestellt werden, das sich in der
Flüssigkeit, die im Schrägklärer behandelt werden soll, nicht löst oder in höherem Maße korrodiert.
Vorzugsweise wird die Sedimentationskammer aus Stahlplatten, Stahllegierungen, Kunststoffmaterial
oder irgendeiner Kombination dieser Materialien hergestellt.
Die zur Horizontalebene geneigten Platten in der Sedimentationskammer können eben ausgebildet sein
oder in Längsrichtung Riffelungen aufweisen. Die Riffelung hat theoretisch keinerlei positiven Einfluß auf
die Sedimentation, aber sie verringert den hydraulischen Durchmesser Dk. der als Faktor in der Glei-
cliung 8 enthalten ist. Den Platten kann auch eine Keilform gegeben werden, so daß man eine variable
Strömung über den Querschnittsbereich in den Sedimentationskammern erhält. Der Keilwinkel muß jedoch gering sein. Aus Gründen der Festigkeit können
die Platten auch leicht gebogen sein.
Der Sedimentationstank kann jede geeignete Konstruktion aufweisen. Er kann z. B. aus Holz, Beton,
Stahlplatten. Stahllegierungen, Kunststoffmaterial oder irgendeiner Kombination dieser Materialien
hergestellt sein.
Wenn der Schrägklärer in einem Prozeß mit großen Belastungsschwankungen benutzt werden soll, muß
eine Konstruktion vorgezogen werden, bei der der Schrägklärer verschiedene Sedimentationskammern 3s
umfaßt. Diese Sedimentationskammern können von Hand oder durch ein Steuerverfahren, wie an sich
bekannt, miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden.
Es ist bekannt, daß die Sedimentationseigenschaften von Teilchen in einer Suspension durch eine Vielzahl von Variablen beeinflußt werden. In vielen Fällen
werden die Sedimentationseigenschaften radikal beeinflußt, wie z. B. durch den Zusatz bestimmter Chemikalien, die den Grad an Ausflockung der festen Teil-
chen vergrößern. Derartige Chemikalien, die eine Veränderung der Sedimentationseigenschaften in vorteilhafter Weise herbeiführen, sollten natürlich mit
dem bestmöglichen, wirtschaftlichen Effekt zur Vergrößerung der Sedimentationskapazität auch bei einem
Schrägklärer nach der Erfindung benutzt werden. Wo dieser chemische Zusatz gemacht werden soll, hängt
von der Art der Suspension und von den Eigenschaften der in Frage kommenden Chemikalien ab.
Es ist bekannt, daß die Rückkehr von Schlamm von der Sedimentationsstufe zur Präzipitationsstufe in der
Klärung von Frischwasser (zur Herstellung von reinem Wasser) durch Aluminium- oder Eisenhydroxydflocken
den flockigen Niederschlag, den man in der Koagulationsstufe erhält, verbessern kann, und zwar zur selben
Zeit, zu der der Verbrauch der Chemikalien reduziert
wird. Durch Schrägklärer nach der Erfindung kann eine relativ kurze Aufenthaltsdauer des Schlammes
darin erzielt werden, was in diesem Fall vorteilhaft ist. Bei aktiven Schlammprozessen wird das Risiko ge- 6s
ringer sein, daß anaerobe Bedingungen in dem Schlamm verursacht werden, solange sich der Schlamm
nur für kurze Zeit im Schrägklärer befindet.
Bei einem Schrägklärer, der mit Platten ausgerüstet ist, werden sich nach einer gewissen Arbeitszeit Niederschläge und biologische Vegetation auf der Oberfläche in den Sedimentationskammern entwickeln.
Dadurch erhöht sich die Reibung zwischen dem gleitenden Schlamm und den Platten. Der Sedimentationsteil kann sehr leicht mit einer breiten Bürste, die auf
einem langen Stiel montiert ist, gereinigt werden. Die Bürste sollte an ihrer Ober- und ihrer Unterseite jeweils Borsten aufweisen. Ihre Breite sollte mit der
Breite der Sedimentationskammer übereinstimmen und ihre Dicke sollte etwas größer sein als der senkrechte Abstand zwischen den Platten. Das Aussehen
der Einrichtung zum Reinigen des Abflußteiles hängt von der Konstruktion der Abflußvorrichtung ab.
Wenn die Neigung der Platten zur Horizontalebene im Sedimentationsteil und im Abflußteil übereinstimmen, dann kann der Abflußteil mit geraden Bürsten
gereinigt werden. Wenn die Neigung der Platten zur Horizontalebene im Abflußteil größer ist als im Sedimentationsteil, dann kann ein gewisser Niederschlag
auf den Oberflächen im Abflußteil zugelassen werden, ohne daß dadurch die Arbeitsweise des Schrägkiärers
beeinflußt würde. Die Reinigung kann mit biegsamen Bürsten erfolgen. Eine Reinigung mit Bürsten kann
während des Betriebes des Schrägkiärers durchgeführt werden. Der Schrägklärer kann auch durch Auswaschen mit festen oder verschiebbaren Düsen geleert
und gereinigt werden. Er kann jedoch auch mit besonderen Reinigungstoren versehen sein.
Bei einem herkömmlichen Sedimentationsbecken mit einer mittleren Tiefe von 2,5 m beträgt das notwendige Bauvolumen 2,5 m3 je Quadratmeter wirksamer Sedimentationsfläche.
Für eine Sedimentation in Schrägklärern mit geneigten Platten kann das erforderliche Bauvolumen
für den Sedimentationsteil nach Gleichung 4 errechnet werden. In diesem Bauvolumen sind die Zufluß-
und Abflußeinrichtungen und die Schlammtasche nicht enthalten. Werden diese Volumina ebenfalls dazu gerechnet, dann muß das mit Hilfe der Gleichung 4
berechnete Bauvolumen mit dem Faktor der C iöße 2
multipliziert werden.
Bei einer bekannten Testvorrichtung zur Sedimentation zwischen geneigten Platten, bei der die Strömung zwischen den Platten nach oben gerichtet ist,
beträgt die Neigung der Platten zur Horitontalebene α = 55°. Der senkrechte Abstand zwischen den Platten ist 0,082 m. Die Platten haben 1,68 m Länge.
Dies bewirkt einen geometrischen Wirkungsgrad der Platten von ?jc = 0,636 und ein erforderliches Bauvolumen des Sedimentationsteiles BV = 0,132 m3 je
Quadratmeter. Die Dicke der Platten wurde hierbei mit 0,002 m angenommen. Diese Vorrichtungsparameter beziehen sich auf eine Konstruktion, die in der
Sedimentationsstufe, die nach einer chemischen Klärung von Frischwasser folgt, benutzt wird.
Praktische Sedimentationstests mit einem Schrägklärer nach der Erfindung mit einer Sedimentationskammer wurden mit städtischem Abwasser durchgeführt, das einen herkömmlichen Sandsiphon durchlaufen hatte. Durch diese Versuchsserie wurde gezeigt,
daß bei einer Strömung, die zwischen den Platten nach unten gerichtet ist, der Schlammtransport auf
den Platten bewirkt werden kann, wenn die Neigung der Platten zur Horizontalebene /1 = 35C oder weniger
beträgt Der senkrechte Abstand zwischen den Platten war 0,020 m und die Länge der Platten 2,0 m.
Bei « = 35°, L = 2,0 m und s = 0,020 m ergab sich
ein geometrischer Wirkungsgrad der Platten von ijc = 0.802 und ein erforderliches Bauvolumen des
Sedimentationsteils DV = 0.0274 m2 je Quadratmeter.
Bei diesen Berechnungen wurde die Dicke der Platten mit 0,002 m angenommen.
Dasselbe Arbeitsverfahren, das oben für die Sedimentation beschrieben wurde, kann bei der Schwimmaufbereitung
und Separation von Teilchen, die eine geringere Dichte als die sie umgebende Flüssigkeit
aufweisen (F i g. 7), angewandt werden. Wenn eine Suspension, die Teilchen mit geringerer Wichte enthält,
zwischen parallelen, zur Horizontalebcne geneigten Platten 26, 28 fließt, dann werden die in der
Suspension befindlichen Teilchen an der unteren Fläehe der oberen Platte 28 separiert. Der derart separierte
Schlamm wird entlang den Platten nach oben gleiten und an deren oberen Enden gesammelt werden.
Die Flüssigkeitsströmung 25 muß in diesem Falle zur Erleichterung des Gleittransportes des Schlamms
zwischen den Platten nach oben gerichtet sein. Die
Ableitung der geklärten Flüssigkeit von dem gleitenden Schlamm, wird in derselben Weise wie bei Sedimentation
mit einer Separationsplatte 29 durchgeführt. Die geklärte Flüssigkeit 30 wird von dem Raum zwisehen
der Separationsplatte 29 und der unteren Platte 26 im Abflußteil in analoger Weise wie bei der Sedimentation
einer Abflußpassage oder einer Abflußrohre zugeführt. Der separierte Schlamm 31 wird von
dem Raum zwischen der Separationsplatte 29 und der oberen Platte 28 im Abflußteil dem Raum oberhalb
des oberen Endes des Abflußteiles zugeleitet.
Dabei können Führungen zum Sammeln von Schlamm auf einem geringeren Bereich der Plattenbreite
angewandt werden. Aus demselben Grund wie bei der Sedimentation kann die Neigung der Platten
zur Horizontalebene im Abflußteil größer als im Schwimmaufbereitungsteil ausgeführt werden. In Prozessen
mit Schwimmaufbereitung kann der Schrägklärer vorzugsweise an ein Vakuum angeschlossen
werden, so daß größere Gasblasen entstehen, die die Flotationseigenschaften verbessern.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Schrägklärer zum Abscheiden von Schlamm aus Flüssigkeilen mit in der Fließrichtung geneigten
Platten, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfluß für den Schlamm neben dem Abfluß
fur die geklärte Flüssigkeit an dem dem Zufluß gegenüberliegenden Ende angeordnet ist und
daß beide Abflüsse einer jeden von je zwei Platten (2,3,24) begrenzten Sedimentationskammer durch
eine an sich bekannte, zu den geneigten Platten (2, 3, 24) parallele Trennplatte (4), welche sich nur
über deren Abfluß-Randbereich erstreckt, voneinander
getrennt sind.
2. Schrägklärer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Neigung der Platten (2, 3,
24) zur Horkontalebene zwischen 30 und 45C
Hegt.
3. Schrägklärer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Abfluß-Randbereich an
jeder Platte zum Abführen der geklärten Flüssigkeit eine Lochplatte (18) vorgesehen ist.
4. Schrägklärer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfluß-Randbereich
der Platten (2,3,24) eine größere Neigung zur Horizontalebene aufweist als die Platten
selbst.
5. Schrägklärer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die otxire Kaiiie der Trennplatte
(4) im wesentlichen in eii<er Ebene endet, die in Verlängerung der den Schlamm Führenden, benachbarten
einen Platte (3) liegt.
6. Schrägklärer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Auffangen
der geklärten Flüssigkeit am Abflußende einer jeden Sedimentationskammer ein Abflußkasten (19)
vorgesehen ist, dessen eine Längswand (15) den Abfluß-Randbereich der Platten (2, 3, 24) und
dessen andere Längswand (16) die Trennplatte bilden.
7. Schrägklärer nach Ansprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochplatte (18)
sich in einem Abstand von der Kante der die Trennplatte bildenden Längswand (16) zwischen
beiden Längswänden (15 und 16) erstreckt und die Sedimentationskammern von einem mit Auslaß-Öffnungen
(32) versehenen Teil des Abflußkastens (19) trennt.
Die Erfindung betrifft einen Schrägklärer zum Abscheiden von Schlamm aus Flüssigkeiten mit in der
Fließrichtung geneigten Platten.
Durch die schweizerische Patentschrift 252 745, die deutschen Patentschriften 515 105 und 969 293
sowie die USA.-Patentschrift 3 272 341 sind Schrägklärer der obengenannten Art bekannt, bei denen der
Schlamm in einer Richtung und die geklärte Flüssigkeit in unmittelbarer Berührung mit der Schlammschicht
in entgegengesetzter Richtung strömen. Um hierbei ein Verstopfen der Sedimentationskammern
durch den Schlamm zu vermeiden, müssen die Platten gegenüber der Horizontalen um mindestens 55°
geneigt werden. Dieser große Neigungswinkel führt außerdem zu geringen Separierungseffekten und zu
einer ungünstig hohen Bauweise und einem hohen Bauvolumen, wie das im folgenden noch im einzelnen
dargelegt wird.
Bei einem weiteren durch die deutsche Patentschrift 407 374 bekannten Schrägklärer der eingangs
genannten Art strömt der Schlamm quer zur Strömungsrichtung der geklärten Flüssigkeit ab. Auch
hier wirken die sich kreuzenden Strömungen der geklärten Flüssigkeit und des Schlammes in ähnlicher
ίο Weise wie bei den oben beschriebenen nach dem Gegenstromprinzip
arbeitenden Schrägklärern in behindernder Weise aufeinander, so daß die Platten stark
geneigt werden müssen, was wiederum den Separierungseffekt beeinträchtigt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schrägklärer zum Abscheiden von Schlamm aus Flüssigkeiten zu
schaffen, der einen hohen Separieningseffekt ermöglicht, einfach und billig ist und ein geringes Bauvolumen
erfordert.
Die Aufgabe ist bei einem Schrägklärer der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
daß der Abfluß für den Schlamm neben dem Abfluß für die geklärte Flüssigkeit an dem dem Zufluß
gegenüberliegenden Erde angeordnet ist und daß beide Abflüsse einer jeden von je zwei Platten begrenzten
Sedimentationskammern durch eine an sich bekannte, zu den geneigten Platten parallele Trennplatte, welche
sich nur über deren Abfluß-Randbereich erstreckt, voneinander getrennt sind.
Der Schrägklärer gemäß der Erfindung arbeitet nach dem Gleichstromprinzip, bei dem die Zuführung
der zu klärenden Flüssigkeit am einen Ende der Sedirnentationskammer erfolgt, wobei der sich abscheidende
Schlamm und die geklärte Flüssigkeit parallel zueinander in gleicher Richtung ihren jeweils zugeordneten,
neben- oder übereinanderliegpnden Abflüssen zuströmen. Die Platten sind im wesentlichen eben
oder gewellt oder aus Festigkeitsgründen leicht gebogen.
Durch den Schrägklärer gemäß der Erfindung wird erreicht, daß bei einer zwischen den Platten nach
unten gerichteten Strömung sich der Schlamm auf der oberen Fläche der unteren Platte einer Sedimentationskammer
absetzt, so daß es möglich ist, in Richtung vom Zufluß zu den Abflüssen der Sedimentationskammer hin eine schrittweise klarer werdende Trennfläche
zwischen den Strömungen zu unterscheiden, nämlich eine geklärte Flüssigkeitsströmung und darunter
eine Strömung des sich absetzenden Schlammes.
der auf der oberen Fläche einer jeden unteren Platte gleitet.
Dadurch, daß die Strömungsrichtung der zugeführten zu klärenden Flüssigkeit und der abströmenden
geklärten Flüssigkeit mit der Transport- und Strö-
SS mungsrichtung des Schlammes übereinstimmen, wird erreicht, daß die zu klärende und insbesondere die
geklärte Flüssigkeit zum Transport des sedimentierten Schlammes beitragen, wodurch ein hoher Separierungseffekt
erzielt wird und die Gefahr der Verstopfung der Sedimentationskammern durch den
Schlamm auch bei kleineren Neigungswinkeln der Platten gegenüber der Horizontalen nicht besteht.
Der Neigungswinkel kann also kleiner als 55'' gewählt
werden. Dieser Neigungswinkel der Platten beeinflußt bei der Berechnung der für die Sedimentation
wirksamen Oberfläche nach der hierfür geltenden, im folgenden genannten Gleichung (1) diese Oberfläche
so, daß sich bei großem Neigungswinkel eine kleine.
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