DE19610295C1

DE19610295C1 - Entwässerungssystem

Info

Publication number: DE19610295C1
Application number: DE19610295A
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl Ing Kupczik
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-03-15
Filing date: 1996-03-15
Publication date: 1997-11-20
Anticipated expiration: 2016-03-16
Also published as: AU2156697A; WO1997035077A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Entwässerungssystem, daß ein Klärwerk und ein diesem vorgeordnetes Abwassernetz mit Freispiegelleitungen aufweist. Derartige Entwässe rungssysteme dienen der Ableitung von Abwasser bzw. Nie derschlagswasser (nachfolgend insgesamt als "Abwasser" be zeichnet) aus Siedlungs- und Industriegebieten.

In herkömmlichen Entwässerungssystemen sind Einrichtungen zur Durchflußsteuerung üblicherweise als Absperrschieber ausgeführt. Beim Schieber wird durch einen senkrecht zur Durchflußrichtung verschiebbaren Absperrkörper der Durch flußquerschnitt geöffnet oder geschlossen. Der Schieber eignet sich grundsätzlich nicht zur Regelung des Stoff flusses. Er wird deshalb vor allem eingesetzt, um bei Be schädigungen oder Störungen Netzabschnitte abzuschalten und die Folgeschäden klein zu halten. Überdies sind Ab sperrschieber sehr störanfällig, so daß sie häufig bei Be darf nicht funktionieren. Eine Störung nur eines einzigen Absperrschiebers kann die Funktion des Abwassernetzes sehr beeinträchtigen und zu erheblichen Folgeschäden führen (vgl. Gockel, B.: Städtisches Leben erzwang Regulation der Wasserversorgung, WWt 2/95).

Die vorgenannten Nachteile der Absperrschieber wurden durch die Drehbogen- und die damit verwandte Hubschlauch technik überwunden. In diesen Einrichtungen wird die Rohr sohle angehoben bzw. abgesenkt, um durch Verändern einer Überlaufhöhe den Oberwasserstand und den Durchfluß zu steuern. Bei jeder Überlaufhöhe ist eine Sicherheitsfunk tion gewährleistet. Selbst wenn die Steuerung des Überlau fes ausfällt, ist eine Abströmung überflüssiger Abwasser mengen durch den erhalten gebliebenen Leitungsquerschnitt gewährleistet. Weitere Vorteile sind die hohe Betriebssi cherheit und das hohe hygienische Niveau infolge geschlos sener Bauweise. Diese Steuerorgane sind besonders geeig net, eine Kanalreinigung durch Stau und Freigabe angestau ter Wassermengen zu bewirken (vgl. G. Kupczik: Erste praxisorientierte Ergebnisse der betrieblichen Anwendung gesteuerter Mischwasserkanalisation in Dresden-Leuben, Korrespondenz Abwasser 10/95, S. 1778 bis 1782; D. Aigner, c. Cherubim: Der Drehbogen für die Abflußsteuerung von Abwasserkanälen, WWt 8/95, S. 26 bis 31).

Bei Entwässerungssystemen besteht das Problem, daß das Klärwerk unabhängig von den im Abwassersystem anfallenden Abwassermengen möglichst gleichmäßig und ohne Überschrei ten seiner maximalen Klärkapazität versorgt werden muß. Zur Vergleichmäßigung des Volumenstromes sind Entwässe rungssysteme bereits mit aufwendigen Rückhaltebecken aus gestattet worden. Des weiteren haben Entwässerungssysteme Überlaufeinrichtungen, die bei die Klärwerkskapazität überschreitendem Abwasseranfall einen Teilstrom ungeklärt in Flüsse oder Seen abgeben. Es hat aber auch schon Ansät ze gegeben, die Abwassermengen mit Hilfe von Einrichtungen zur Durchflußsteuerung so durch Entwässerungssysteme zu leiten, daß ein optimaler Abfluß zum Klärwerk gewährlei stet ist. Diese Systeme sind mit Sensoren zum Erfassen von Wasserständen und Durchsätzen in verschiedenen Leitungsab schnitten und zum Ermitteln von Niederschlagsmengen an verschiedenen Stellen des zu entwässernden Gebietes ausge stattet (vgl. DE 34 18 813 A1). Die Meßwerte können in ei ner Regeleinheit über einen komplizierten Algorithmus ver knüpft werden, um Steuersignale für die Einrichtungen zur Durchflußsteuerung zu gewinnen. Diese Systeme sind wegen der in die Kanalisation eingreifenden Sensoren und Ab sperrschieber ungenau und störanfällig. Außerdem ist die bekannte Meßwerterfassung und -verarbeitung träge und führt nicht zu einer optimalen Nutzung des Abwassernetzes. Aus der DE 39 28 051 A1 ist ein Entwässerungssystem mit Vorrichtungen zur Regelung des Durchflusses unter Verände rung einer Stauhöhe bekannt, das infolge Anordnung und Ausbildung von Überwachungsgeräten ebenfalls verhältnis mäßig aufwendig und störanfällig ist.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Entwässerungssystem zu schaffen, welches dem Klärwerk möglichst viel Abwasser zuführt, möglichst ohne dieses zu überlasten.

Die Aufgabe wird durch ein Entwässerungssystem mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestal tungen des Systems sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Entwässerungssystem hat ein Klärwerk, ein dieses speisendes Abwassernetz, mindestens eine darin angeordnete Einrichtung zur Durchflußsteuerung durch Ver ändern einer Überlaufhöhe, eine Einrichtung zum Messen des Abwasserspiegels stromab der Einrichtung zur Durchfluß steuerung und eine mit der Einrichtung zur Durchfluß steuerung und der Einrichtung zum Messen verbundene Regel einrichtung, welche die Überlaufhöhe so einstellt, daß ein vorgegebener Maximalwert des Abwasserspiegels stromab der Einrichtung zur Durchflußsteuerung nicht überschritten wird.

Durch die erfindungsgemäße Merkmalskombination ist sicher gestellt, daß der Abwasserspiegel hinter jeder Einrichtung zur Durchflußsteuerung einen Maximalwert nicht überschrei tet. Der Maximalwert ist so gewählt, daß keine Überbe lastung des Klärwerkes eintritt. Die Höhe des Abwasser spiegels ist in einer Freispiegelleitung nämlich von der durchgesetzten Abwassermenge abhängig. Infolgedessen ent spricht dem maximalen Klärwerksdurchsatz eine maximale Höhe des Abwasserspiegels in jedem Punkt des Abwassersamm lers. Dieses Niveau ist von der Kanalausführung abhängig und kann für die Meßstellen stromabwärts jeder Einrichtung zur Durchflußsteuerung ermittelt werden. Über die Regelung des Abwasserspiegels in einzelnen Punkten des Sammlersy stems stellt die Erfindung somit sicher, daß die Klär werksbelastung den maximal zulässigen Wert nicht über schreitet. Dabei ist durch die Ausrichtung auf einen maxi malen Abwasserspiegel an verschiedenen Punkten eine maxi male Ausnutzung der Systemkapazität erreichbar. Hierfür reichen grundsätzlich dezentrale Regelungssysteme, die je weils nur einer Einrichtung zur Durchflußsteuerung zuge ordnet sind. Dennoch ist über das hydraulische System ein Zusammenwirken verschiedener Regelsysteme gegeben. Wenn beispielsweise aus weit stromaufwärts gelegenen Teilen des Entwässerungssystems eine Flutwelle durch den Hauptsammler wandert, weil die dort vorhandene Rückhaltekapazität er schöpft ist, wird infolge des stromabwärts steigenden Ab wasserspiegels der Zustrom aus dort angeordneten Einrich tungen zur Durchflußsteuerung gemindert oder unterbrochen, bis die dort vorhandene Rückhaltekapazität erschöpft ist. Wenn hingegen große Abwassermengen in der Nähe des Klär werkes eingespeist werden, so teilt sich dies über einen Anstau von Abwasser im Hauptsammler stromaufwärts gelege nen Netzabschnitten mit, so daß dort anfallende Abwasser massen so weit wie möglich zurückgehalten werden. Infolge dessen ist sichergestellt, daß erst nach maximaler Ausnut zung der Staukapazität des Gesamtsystems überschüssige Ab wassermengen anderweitig abgegeben werden müssen.

Bei dem erfindungsgemäßen Entwässerungssystem ist die optimale Abwassereinspeisung in das Klärwerk durch grund sätzlich selbständige Durchfluß-Regelkreise sicherge stellt, die jedoch hydraulisch mit dem Klärwerk und mit einander gekoppelt sind. Damit ähnelt die Struktur des Entwässerungssystems derjenigen biologischer Systeme (z. B. lebender Organismen oder Organisationsformen derselben wie ein Ameisenstaat), die aus grundsätzlich selbständigen Teilsystemen (z. B. Zellen oder Ameisen) gebildet sind, die im Sinne eines Gesamterfolges zusammenwirken. Man kann das Entwässerungssystem deshalb auch als "bionisches System" bzw. seine Regelung als "bionische Regelung" bezeichnen.

In einem komplexen Entwässerungssystem kann stromaufwärts eines Hauptsammlers in mindestens einen Nebensammler eine Einrichtung zur Durchflußsteuerung angeordnet und dieser eine Einrichtung zum Messen und eine Regeleinrichtung zu geordnet sein. Bei weiter gesteigerter Komplexizität kann in mindestens einem Sammler stromaufwärts oder stromab wärts eines Nebensammlers eine Einrichtung zur Durchfluß steuerung angeordnet und dieser eine Einrichtung zum Mes sen und eine Regeleinrichtung zugeordnet sein usw.

Eine Einrichtung zur Durchflußsteuerung durch Verändern einer Überlaufhöhe ermöglicht eine besonders feinfühlige, stufenlose Einstellung des Durchflusses und begünstigt das Messen des Abwasserspiegels unmittelbar stromab des Über laufs. Bevorzugt ist die Einrichtung zur Durchflußsteue rung ein drehbarer, bogenförmiger Kanalabschnitt gemäß deutschem Patent 39 22 481, dem die eingangs erwähnten Vorteile zukommen. Entsprechend vorteilhaft kann die Ein richtung zur Durchflußsteuerung auch ein anhebbares Schlauchstück gemäß deutschem Patent 39 43 607 sein.

Insbesondere bei den beiden vorgenannten Einrichtungen zur Durchflußsteuerung greift die Einrichtung zum Messen eine Meßgröße außen ab. Bei der Meßgröße kann es sich um Schwingungen der Einrichtung zur Durchflußsteuerung han deln, die von Differenz der Überlaufhöhe und des stromab wärtigen Abwasserspiegels abhängen. Hierfür kann die Ein richtung zum Messen einen außen an der Drehbogen- oder Hubschlauchkonstruktion (insbesondere an den wasserführen den Teilen) angreifenden Meßkopf haben. Die Meßgröße kann aber auch das von obiger Differenz abhängige Betriebsge räusch der Einrichtung zur Durchflußsteuerung sein, das mittels eines Mikrophones erfaßbar ist.

Ferner kann der Abwasserspiegel stromab und/oder stromauf der Einrichtung zur Durchflußsteuerung und/oder in deren Überlaufquerschnitt in einem Steigrohr gemessen werden, beispielsweise durch Ultraschall. Hierdurch wird eine In formation über den Abwasseranfall auch dann erhalten, wenn kein Abwasser über den Überlauf strömt bzw. die Leitungs querschnitte vollständig ausgefüllt sind. Solche Steig rohre können beispielsweise an Kanaldurchführungen der Einrichtung zur Durchflußsteuerung durch eine Bauwerkswand angeordnet sein. Eine Verbindung mit dem Überlaufquer schnitt ist über einen flexiblen Schlauch denkbar.

Sämtliche Einrichtungen zum Messen haben den Vorteil, daß sie in einem die eigentliche Einrichtung zur Durchfluß steuerung umgebenden Bauwerksraum geschützt außerhalb der wasserführenden Teile und somit ohne besondere Beeinträch tigungen installiert sein können.

Bevorzugt ist die Einrichtung zur Durchflußsteuerung nahe der Einmündung ihres Sammlers in einem stromabwärtigen Sammler angeordnet. Dann ist dieser Regelkreis über den Abwasserspiegel im stromabwärtigen Sammler besonders eng mit anderen Regelkreisen gekoppelt.

Jeder Einrichtung zur Durchflußsteuerung kann eine eigene Regeleinrichtung zugeordnet sein, wodurch das System be sonders einfach und die Regelung sehr direkt ist und Aus fälle untergeordneter Regelkreise nicht das Arbeiten des Gesamtsystems verhindern. Bevorzugt steuert die Regelein richtung, wenn sie einen Störfall ihres Regelkreises er kennt, die Überlaufhöhe der Einrichtung zur Durchfluß steuerung in eine vorgegebene Normallage. Die Normallage kann so gewählt sein, daß sie einerseits einen gewissen Rückhalt von Abwasser stromaufwärts der Einrichtung zur Durchflußsteuerung bewirkt, andererseits jedoch eine ge wisse restliche Aufnahmekapazität dieses Netzbereiches erhält. Die Normallage kann etwa in der Mitte des Ein stellbereichs der Überlaufhöhe angeordnet sein. In Normal lage kann der Überlauf aber auch seine Minimalhöhe haben.

Zur Unterdrückung von Regelvorgängen kann ferner die Re geleinrichtung die Einrichtung zur Durchflußsteuerung in eine Normallage der Überlaufhöhe einstellen, wenn der stromab gemessene Abwasserspiegel einen vorgegebenen Maxi malwert unterschreitet. Das Einstellen der Normallage kann ferner auf einen gewissen Bereich des Abwasserspiegels be schränkt sein.

Zur Reinigung des Abwassernetzes oder zum Austausch der darin enthaltenen Luft kann ferner die Regeleinrichtung die Einrichtung zur Durchflußsteuerung zeitweilig so steu ern, daß wiederholt stromaufwärts Abwasser angestaut und anschließend die angestaute Abwassermenge freigegeben wird. Die Regeleinrichtung kann den Stau-Freigabebetrieb der Einrichtung zur Durchflußsteuerung bei Erreichen be stimmter Indikatoren der Verschmutzung oder des Luftzu standes im Abwassernetz durchführen. Die Indikatoren kön nen beispielsweise Betriebszeiten nach vorangegangenen Stau-Freigabe-Vorgängen sein.

Ferner kann das System eine übergeordnete Steuereinrich tung sämtlicher Einrichtungen zur Durchflußsteuerung ha ben, die beispielsweise eine Steuerung des Stau-Freigabe betriebes koordiniert oder eine Handsteuerung für das Stil legen von Netzabschnitten für Reparaturarbeiten ermög licht.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Entwässe rungssystems ist in der anliegenden Zeichnung grobschema tisch dargestellt.

Am Ende des Systems findet sich ein Klärwerk 1, welches gereinigtes Abwasser in eine Vorflut einspeist. Das Klär werk 1 wird aus einem Hauptsammler 2 gespeist, der über etliche Kilometer durch ein Siedlungsgebiet verlegt ist. In den Hauptsammler 2 münden zahlreiche Nebensammler 3₁, 3₂ . . . 3 _n.

In jedem Nebensammler 3₁, 3₂ . . . 3 _n ist kurz vor der Ver bindungsstelle mit dem Hauptsammler 2 eine Einrichtung zur Durchflußsteuerung 4₁, 4₂ . . . 4 _n mit einem drehbaren, bo genförmigen Kanalabschnitt ("Drehbogen") angeordnet. Die Drehbögen 4₁, 4₂ . . . 4 _n haben einen Einstellwinkel β₁, β₂ . . . β_n. Jedem Drehbogen 4₁, 4₂ . . . 4 _n ist eine Einrichtung zum stromabwärtigen Messen des Abwasserspiegels 5₁, 5₂ . . . 5 _n in Form eines Schwingungsmeßkopfes und eine eigene Regeleinrichtung 6₁, 6₂ . . . 6 _n zugeordnet. Die Regelein richtungen 6₁, 6₂ . . . 6 _n können einfach als SPS ausgeführt sein.

Das Klärwerk 1 verarbeitet eine maximale Abwasserlast V_max. Dieser Last ist an jeder Verzweigung des Hauptsamm lers eine Höhe des Abwasserspiegels h_1max, h_2max . . . h_nmax zugeordnet. Die Schwingungsmeßköpfe 5₁, 5₂ . . . 5 _n erfassen die Differenz der jeweils eingestellten Überlaufhöhe h_Ü1, h_Ü2 . . . h_Ün ihres jeweiligen Drehbogens 4₁, 4₂ . . . 4 _n vom jeweiligen stromabwärtigen Abwasserspiegel h₁, h₂ . . . h_n. Die Regeleinrichtungen 6₁, 6₂ . . . 6 _n regeln aufgrund die ser Messung die Einstellwinkel β₁, β₂ . . . β_n der Drehbögen 4₁, 4₂ . . . 4 _n so, daß die zulässigen Abwasserspiegel h_1max, h_2max . . . h_nmax nicht überschritten werden.

Claims

1. Entwässerungssystem mit einem Klärwerk, einem dieses speisenden Abwassernetz, mindestens einer darin ange ordneten Einrichtung zur Durchflußsteuerung durch Ver ändern einer Überlaufhöhe, einer Einrichtung zum Mes sen des Abwasserspiegels stromab der Einrichtung zur Durchflußsteuerung und einer mit der Einrichtung zur Durchflußsteuerung, die eine Meßgröße außerhalb der wasserführenden Teile an der Einrichtung zur Durch flußsteuerung abgreift, und der Einrichtung zum Messen verbundenen Regeleinrichtung, welche die Überlaufhöhe so einstellt, daß ein vorgegebener Maximalwert des Ab wasserspiegels stromab der Einrichtung zur Durchfluß steuerung nicht überschritten wird.

2. Entwässerungssystem nach Anspruch 1, bei dem stromauf wärts eines Hauptsammlers mindestens ein Nebensammler mit einer Einrichtung zur Durchflußsteuerung angeord net und dieser eine Einrichtung zum Messen und eine Regeleinrichtung zugeordnet ist.

3. Entwässerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem in mindestens einem Sammler stromabwärts oder stromauf wärts eines Nebensammlers eine Einrichtung zur Durch flußsteuerung angeordnet und dieser eine Einrichtung zum Messen und eine Regeleinrichtung zugeordnet ist.

4. Entwässerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Einrichtung zur Durchflußsteuerung nahe der Einmündung des sie enthaltenden Sammlers in einem stromabwärtigen Sammler angeordnet ist.

5. Entwässerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Einrichtung zur Durchflußsteuerung einen festwandigen, in einem Mittelabschnitt bogenförmigen, beidseitig horizontal auslaufenden Kanalabschnitt auf weist, der in seinen beiden Endbereichen abgedichtete Verbindungen hat und um eine horizontale Achse drehbar gelagert ist, wobei der Kanalabschnitt zur Höhenver stellung des Bogenscheitels mit einem Antrieb verbun den ist, zwischen Anschlußkanälen etwa gleicher Quer schnittsfläche angeordnet ist und so hoch drehbar ist, daß der Hochpunkt der Bogensohle mindestens so hoch hebbar ist, wie der stromauf angrenzende Wasserspie gel.

6. Entwässerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Einrichtung zur Durchflußsteuerung ein zwei Abwasserkanalbauteile miteinander verbindendes und in seiner Höhenlage mittels einer Hubeinrichtung positionierbares Schlauchstück aus elastischem Weich material aufweist, das beidseitig dicht an miteinander fluchtende Abwasserkanäle angeschlossen ist, wobei die Hubeinrichtung ein Hubantrieb ist, mit dem das Schlauchstück aus der Achse der Abwasserkanäle aus wölbbar ist.

7. Entwässerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Einrichtung zum Messen Schwingungen der Einrichtung zur Durchflußsteuerung erfaßt.

8. Entwässerungssystem nach Anspruch 7, bei dem die Ein richtung zum Messen einen außen am rohrförmigen Bogen oder am Hubschlauch angreifenden Meßkopf hat.

9. Entwässerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Einrichtung zum Messen das Betriebsge räusch der Einrichtung zur Durchflußsteuerung erfaßt.

10. Entwässerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Einrichtung zum Messen ein stromab und/ oder stromauf der Einrichtung zur Durchflußsteuerung und/oder in deren Überlaufquerschnitt angeschlossenes Steigrohr hat und den Abwasserspiegel im Steigrohr mißt.

11. Entwässerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Einrichtung zum Messen den Abwasserspiegel durch Ultraschall mißt.

12. Entwässerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Einrichtung zum Messen in einem die Ein richtung zur Durchflußsteuerung umgebenden Bauwerks raum geschützt angeordnet ist.

13. Entwässerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem jeder Einrichtung zur Durchflußsteuerung eine eigene Regeleinrichtung zugeordnet ist.

14. Entwässerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die Regeleinrichtung im Störfall die Überlauf höhe der Einrichtung zur Durchflußsteuerung in eine vorgegebene Normallage steuert.

15. Entwässerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die Regeleinrichtung die Einrichtung zur Durchflußsteuerung in eine Normallage der Überlaufhöhe einstellt, wenn der stromab gemessene Abwasserspiegel einen vorgegebenen Maximalwert unterschreitet.

16. Entwässerungssystem nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die Normallage etwa in der Mitte des Einstellbereichs der Überlaufhöhe angeordnet ist.

17. Entwässerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem die Regeleinrichtung die Einrichtung zur Durchflußsteuerung zeitweilig so steuert, daß wieder holt stromaufwärts Abwasser angestaut und anschließend die angestaute Abwassermenge freigegeben wird.

18. Entwässerungssystem nach Anspruch 17, bei dem die Re geleinrichtung den Stau-Freigabebetrieb der Einrich tung zur Durchflußsteuerung bei Erreichen bestimmter Indikatoren für Verschmutzung und/oder Luftzustand im Abwassernetz (z. B. Betriebszeiten) durchführt.

19. Entwässerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem eine übergeordnete Steuereinrichtung sämtli cher Einrichtungen zur Durchflußsteuerung vorhanden ist.