DE19828209C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Abwasser-Förderung in einem Druckleitungssystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abwasser-Förderung im Abwasser-Druckleitungssystem, insbesondere in einem Rohrleitungsnetz mit mehreren Pumpstationen, bei welchem das Abwasser in einen mit groben Feststoffen belasteten Grobgut-Strom und in einen nahezu grobstofffreien Feingut-Strom geteilt wird, und der Feingut-Strom hydraulisch und der Grobgut-Strom pneumatisch in und durch das Abwasser-Druckleitungssystem gefördert wird. DOLLAR A Ferner befaßt sich die Erfindung mit einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abwasser-Förderung in einem Druckleitungssystem, insbesondere in einem Rohrleitungsnetz mit mehreren Pumpstationen.

Zur Förderung von Abwasser in einem Druckleitungssystem von einer Pumpstation zu einer Kläranlage werden in der Praxis pneumatische Pumpwerk mit mehreren parallel geschalteten Druckbehältern und mit mindestens einem Kompressor für eine Bereitstellung von Druckluft eingesetzt. Das Abwasser wird pneumatisch transportiert, indem die vom Kompressor verdichtete Druckluft das Abwasser aus dem im Druckleitungssystem eingebundenen Druckbehälter verdrängt und in die Abwasser-Druckleitung fördert. Anschließend wird der Druckbehälter für eine weitere Förderung wieder befüllt, wobei die im Druckbehälter vorhandene Druckluft gleichzeitig über eine Druckluftleitung in die Atmosphäre abgegeben wird. Um Ablagerungen von sedimentierten Grobstoffen, wie grobem Sand, Geröll und Splitt, aus den Abwasser-Druckleitungen zu entfernen, ist es erforderlich, die Abwasser-Druckleitungen mit Druckluft freizublasen, ohne Abwasser zu fördern. Nachteilig bei diesem Verfahren sind die hohen Betriebskosten, insbesondere Energiekosten, die aufgrund der Luftverdichtung entstehen. Weiterhin ist ein solches pneumatisches Pumpwerk bei durch stark schwankenden Abwasseranfall hervorgerufenen Druckunterschieden im Druckleitungssystem nicht wirtschaftlich betreibbar, da keine definierte Taktzeit zwischen Befüllung und Entleerung der Druckbehälter eingestellt werden kann. Ein weiterer Nachteil des Verfahrens ist, daß die Druckluft nach Beendigung des Fördervorganges in die Atmosphäre entspannt wird, was mit einer erheblichen Lärmbelästigung und Emissionsabgabe an die Umgebung verbunden ist.

Es werden auch hydrodynamische Pumpen, wie Kreiselpumpen, zur Abwasser-Förderung verwendet, diese haben jedoch den Nachteil, daß zum einen nur geringe Förderhöhen sowie kurze Entfernungen überwunden werden können und zum anderen stellt sich wegen der stark schwankenden Druckver­ hältnisse in der Anlage kein optimaler Dauerbetriebspunkt ein.

Der Einsatz von Verdrängerpumpen (hydrostatische Pumpen) für eine Abwasser-Förderung ist insofern problematisch, weil in dem Abwasser enthaltene grobe Feststoff (Sedimente), wie grober Sand, Splitt, Steine oder Geröll, zu einer Schädigung bzw. Zerstörung der Pumpe führen können.

Sowohl bei der Förderung des Abwassers mittels hydrodynamischer Pumpen als auch mittels hydrostatischer Pumpen treten im Rohrleitungsnetz Ablagerungen von Sinkstoffen auf, wenn die erforderliche Fließgeschwindigkeit unterschritten wird. Der Reinigungs- und Wartungsaufwand ist bei diesen Anlagen hoch und kostenintensiv.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Alternative zu dem bekannten Stand der Technik anzugeben, bei welcher die genannten Nachteile vermieden werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 12 gelöst. In den sich anschließenden Untersprüchen sind weitere vorteilhafte Gestaltungen der Erfindung dargestellt.

Erfindungsgemäß wird das Abwasser in einen mit groben Feststoffen, wie grobem Sand, Splitt, Geröll und Steinen, belasteten Grobgut- Strom und in einen nahezu grobstofffreien, überwiegend Schwebstoffe enthaltenden Feingut-Strom geteilt wird. Der Feingut- Strom wird hydraulisch und der Grobgut-Strom wird pneumatisch in und durch das Abwasser-Druckleitungssystem, beispielsweise von einer Pumpstation zu einer Kläranlage, gefördert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens eine Trennvorrichtung zur Teilung des Abwassers in den Grobgut-Strom und in den Feingut-Strom, mindestens eine Verdrängerpumpe für den Feingut-Strom und ein pneumatisches Pumpwerk mit mindestens einem Druckbehälter für den Grobgut-Strom auf.

Durch die Trennung des Abwassers in einen eine verglichen mit der Ausgangs-Konzentration im Abwasser niedrige Feststoff- Konzentration aufweisenden Feingut-Strom und in einen eine hohe Feststoff-Konzentration aufweisenden Grobgut-Strom kann der überwiegende Teil des Abwassers als Feingut-Strom hydraulisch gefördert werden. Die pneumatische Förderung wird lediglich ergänzend eingesetzt, um die groben Feststoff zu transportieren und das Druckleitungssystem zu reinigen, d. h. etwaige Ablagerungen mit Druckluft aus den Leitungen zu entfernen. Da durch das pneumatische Pumpwerk auf einfache Weise eine regelmäßige Reinigung des Druckleitungssystems vorgenommen werden kann, ist dafür gesorgt, daß die Leitungen jederzeit nahezu den gleichen effektiven Querschnitt aufweisen und daher die Umgebungs- und Betriebsbedingungen für den Einsatz von hydraulischen Pumpen im wesentlichen konstant bleiben.

Bei gleicher Förderleistung ist der Energiebedarf für das erfindungsgemäße Verfahren aus hydraulischer und pneumatischer Förderung gegenüber der herkömmlichen, pneumatischen Förderung erheblich gesenkt, da der kostenintensive Kompressor-Einsatz auf ein minimales Maß beschränkt wird.

Um einen schwankenden Abwasseranfall auszugleichen, sind in der Pumpstation vorzugsweise mehrere hydraulische Pumpen in Parallelschaltung installiert, so daß bei geringem bis normalem Abwasseranfall nur eine Grundlast-Pumpe und bei erhöhtem Abwasseranfall eine oder weitere zusätzliche Pumpen als Spitzenlast-Pumpe arbeiten.

Als hydraulische Fördereinrichtungen eignen sich wegen ihres Wirkungsgrades und hohen Flexibilität besonders Verdrängerpumpen, vorzugsweise Drehkolbenpumpen. Unter entsprechend günstigen Rahmenbedingungen, wie geringen Druckschwankungen im Druckleitungssystem, kurze Streckenlängen, kleine Höhenunterschiede, geringer zeitliche oder mengenmäßige Abwasserschwankungen, können aber auch Kreiselpumpen in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden.

Für die pneumatische Förderung wird ein pneumatisches Pumpwerk mit mehreren, vorzugsweise zwei, parallel angeordneten Druckbehältern vorgenommen, indem das Abwasser mit Hilfe von durch Kompressoren erzeugter Druckluft aus den Druckbehältern in das Druckleitungssystem verdrängt wird, wobei abwechselnd ein Druckbehälter mit Abwasser befüllt und der andere Druckbehälter entleert wird.

Es wird vorteilhaft entweder nur hydraulisch oder nur pneumatisch gefördert, damit keine Luft in den Pumpenraum gelangt, die von der Pumpe nicht verdrängt werden kann und zu einem Trockenlauf führt. Um ein derartiges Heißlaufen der Pumpe in einer eingeschlossenen Luftblase zu vermeiden, ist der Pumpe vorzugsweise ein Durchflußmesser vor- oder nachgeschaltet, der mit einer Steuerung der Pumpe verbunden ist, welche die Pumpe abschaltet, wenn nach einer vorgegebenen Zeit ein vorgegebener Durchflußmengengrenzwert nicht erreicht wird. Dieser Durchflußmesser dient außerdem auch zur "normalen" Kontrolle der Fördermenge. Weiterhin ist druckseitig jeder Pumpe ein Entlüftungsventil vorgesehen.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind Verdrängerpumpen und Druckbehälter in Parallelschaltung zueinander angeordnet, um im Störfall die eine Verdrängerpumpe durch eine andere Verdrängerpumpe zu ersetzen oder die hydraulische Förderung vollständig durch die pneumatische Förderung mit dem Pumpwerk auszutauschen.

Besonders günstig ist es, das Abwasser mit mindestens einem in der Leitung angeordneten Abzweig in Form eines T-Stückes mit senkrechtem Durchgang für Grobgut-Strom und mit nahezu waagerechtem Abgang für den Feingut-Strom zu teilen, so daß der Abzweig die Trennvorrichtung bildet. Durch eine derartige Verzweigung einer Hauptzuleitung in einzelne Verbindungsleitungen zu den Fördereinrichtungen und den Druckbehältern, werden ca. 90% der groben Feststoffe in Form von grobem Sand, Splitt, Geröll und Steinen aus dem Abwasser entfernt, welches von den hydraulischen Pumpen transportiert wird.

Die Ausgangs-Konzentration von Feststoffen im Abwasser kann durch eine der Strom-Teilung vorgeschaltete Abtrennung, insbesondere mechanische Abscheidung, Schwerkraft- oder Fliehkraft-Abscheidung, gesenkt werden. Eine geeignete Abtrennvorrichtung ist ein Sammler, der mehrere abgetrennte Kammern mit Überlauf aufweist.

Um organische Feststoffe von groben Fremdstoffen, wie Sand, Splitt etc., zu trennen, wird vorzugweise regelmäßig das Abwasser im Vorschacht durch Einblasen von Luft aufgewirbelt. Dies hat auch den Vorteil, daß Fäulnisprozessen in der Anlage vorgebeugt wird, da das Abwasser so mit Sauerstoff angereichert wird. Dieses Einblasen von Sauerstoff geschieht mit Hilfe einer Belüftungsvorrichtung, welche in dem Sammler angeordnet ist. Alternativ kann zur Vorbeugung von Fäulnisprozessen, insbesondere bei längeren Rohrleitungen, der Sauerstoff zusätzlich auch direkt in die Rohrleitungen eingedüst werden.

Weiterhin ist es vorteilhaft, daß Druckleitungssystem in definierten Zeitabständen mit von den Kompressoren des pneumatischen Pumpwerkes erzeugter Druckluft durchzublasen, um Ablagerung aus den Leitungen zu entfernen und ein Zusetzen der Leitungen zu verhindern.

In einer weiteren Ausführungsform ist eine hydraulisch arbeitende Pumpe ablaufseitig hinter einem Druckbehälters angeordnet (Reihenschaltung), wobei die Trennvorrichtung in dem Druckbehälter angeordnet oder von diesem gebildet ist. Vorzugsweise ist im Druckbehälter ein Steigrohr mit sich daran anschließender Ableitung für den Grobgut-Strom angeordnet. Die Zulaufleitung für das Abwasser in den Druckbehälter und eine Saugleitung für den Feingut-Strom aus dem Druckbehälter zur Pumpe sind im oberen Bereich des Druckbehälters festgelegt, so daß die Saugleitung mit einem Absperrorgan oberhalb zur Öffnung des Steigrohres angeordnet ist. Bei einer derartigen Anordnung setzen sich im Abwasser enthaltene, grobe Feststoffe, wie grober Sand, Geröll, Splitt oder Steine, im Druckbehälter bodenseitig ab, während der Feingut-Strom ohne diese Feststoffe mittels Pumpe in und durch das Druckleitungssystem gepumpt wird. Bei geschlossenem Zulauf zur Pumpe werden die Grobstoffe mittels Druckluft über das Steigrohr in das Druckleitungssystem eingebracht und gefördert.

Nach der erfindungsgemäßen Lehre werden die hydraulische sowie pneumatische Förderung zu einem einfachen, stabilen und flexibel arbeitenden Verfahren kombiniert, welches vollautomatisch, teilautomatisch oder manuell betreibbar ist. Da die unterschiedlichen Bedingungen, wie zeitliche oder mengenmäßige Schwankungen des Abwassers, keine Rolle spielen, kommt es zu weniger Betriebsstörungen. Dies führt zu einer gesteigerten Betriebssicherheit der Anlage. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus handelsüblichen Komponenten, was zu geringen Investionskosten führt. Weiterhin zeichnet sich die Vorrichtung durch sehr niedrige Betriebskosten, insbesondere Energiekosten, aus. Nach entsprechendem Umbau und Nachrüstung können bereits im Betrieb befindliche pneumatische Pumpwerke mit Erfolg mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Verfahrensfließbild einer Pumpstation in einem Abwasser-Rohrleitungsnetz,

Fig. 2 eine Fließbild eines Abwasser-Rohrleitungsnetzes mit fünf Pumpstationen.

Die in Fig. 1 dargestellte Pumpstation (PS) ist eine von mehreren Pumpstationen (PS1 bis PS5) in einem städtischen Abwasser- Verbundsystem (L), in dem das Abwasser von verschiedenen Ortsteilen zu einer zentralen Kläranlage (KA) gefördert wird.

Die Pumpstation (PS) arbeitet mit einem kombinierten Verfahren aus hydraulischer und pneumatischer Abwasser-Förderung, wobei das Abwasser entweder hydraulisch oder pneumatisch transportiert wird. Das Abwasser wird in einen mit groben Feststoffen, wie Splitt und grobem Sand, belasteten Grobgut-Strom und einen grobstofffreien, lediglich mit Schwebstoffen belasteten Feingut-Strom geteilt, um die Grobstoffe von dem Hauptförderstrom zutrennen. Der Hauptteil des Abwasser wird als Feingut-Strom von Verdrängerpumpen (P1, P2) hydraulisch gefördert. Der restliche Teil des Abwassers wird als Grobgut-Strom in definierten Abständen mit Hilfe eines pneumatischen Pumpwerkes durch das Rohrleitungssystem transportiert.

In der Pumpstation (PS) sind zwei Verdrängerpumpen (P1, P2) für eine hydraulische Förderung und ein pneumatisches Pumpwerk mit zwei Druckbehältern (B1, B2) und mehreren Kompressoren (V1, V2, V3) für eine pneumatische Förderung untergebracht. Die Fördereinrichtungen sind in Parallelschaltung zueinander angeordnet. Eine gemeinsame Hauptzuleitung (1) aus einem Abwasser- Sammler (A) der Pumpstation (PS) verzweigt in Zuleitungen (21, 22) zu den Druckbehältern (B1, B2), wovon wiederum jeweils eine Saugleitung (31, 32) zu einer Verdrängerpumpe (P1, P2) abzweigt. Hinter den Fördereinrichtungen werden die Ableitungen (41, 42) aus den Druckbehälter (B1, B2) und die Druckleitungen (51, 52) der Verdrängerpumpen (P1, P2) mit Hilfe von als Vereinigungstücken der Leitungen dienenden Formstücken (Y) zu einer gemeinsamen Druckleitung (6) als Anbindungsleitung (6) an das Rohrleitungsnetz des Verbundsystems (L) zusammengeführt. In der Hauptzuleitung (1) und in der Anbindungsleitung (6) sind Absperrorgane (S) für den Störfall eingebaut. Ein in der Anbindungsleitung (6) angeordneter Druckaufnehmer (D') in Form eines Kontaktmanometers (D'), mit zwei frei einstellbaren Schaltpunkten, dient zur Steuerung der Verdrängerpumpen (P1, P2), um die Druckleitung (6) vor Überdruck zu schützen.

In den Zuleitungen (21, 22) in die Druckbehälter (B1, B2) sowie in den Saugleitungen (31, 32) der Verdrängerpumpen (P1, P2) ist jeweils ein Absperrorgan in Form eines Schiebers (S21, S22, S31, S32) zum Umschalten der Betriebsarten und der einzelnen Fördereinrichtungen angeordnet. Die Schieber (S21, S22, S31, S32) werden pneumatisch betätigt, ihre Signalgeber (E) sind mit einem separaten Steuerdruckluftsystem (GS) verbunden sind.

Weiterhin sind druckseitig von den Druckbehältern (B1, B2) in den Ableitungen (41, 42) sowie in den Druckleitungen (41, 42) der Verdrängerpumpen (P1, P2) je eine Rückschlagarmatur (R), ein weiteres Absperrorgan in Form eines Schiebers (T41, T42, T51, T52) sowie ein Entlüftungsventil, vorzugsweise ein Kugelventil, vorgesehen. In den Druckleitungen (51, 52) der Verdrängerpumpen (P1, P2) ist zusätzlich je ein Durchflußmesser (Q) zur Überwachung der Pumpen (P1, P2) und ein Sicherheitsdruckschalter (D) zum Abschalten der Pumpen (P1, P2) angeordnet. Als Durchflußmesser (Q) werden z. B. induktive Durchflußmesser oder Ultraschall- Durchflußmesser verwendet. Der Sicherheitsdruckschalter (D) schaltet die Pumpe (P1, P2) ab, wenn der Druck in der Pumpe (P1, P2) zu hoch wird. Der Durchflußmesser (Q) schaltet die jeweilige Pumpe (P1, P2) dann ab, wenn nach einer vorgegebenen Zeit (z. B. 60 sec. nach einem Einschalten der Pumpe) ein Durchflußmengengrenzwert (z. B. 40 m³/sec.) nicht erreicht wird.

Diese zusätzlichen Sicherungen werden verwendet, um zu verhindern, daß z. B. die Pumpe (P1, P2) in einer im Pumpenraum "gefangenen" Luftblase, die von der Pumpe (P1, P2) nicht verdrängt werden kann, trockenläuft und heiß wird. Ein unbeabsichtigtes Eindringen von Luft wäre z. B. dann möglich, wenn pneumatisch gefördert wird und das der Pumpe (P1, P2) jeweils nachgeschaltete Absperrorgan (T51, T52) aufgrund von Beschädigungen oder Fremdkörpern aus dem Abwasser ausnahmsweise einmal nicht ganz dicht schließt. Ein solcher Trockenlaufschutz mittels eines Durchlaufmessers (Q) ist erheblich besser und sicherer als die sonst üblicherweise für diese Zwecke verwendeten Mediumfühler im Pumpenraum, da diese nur einen bestimmten räumlichen Bereich in der Pumpe überwachen und nicht sicher auf jede Luftblase ansprechen. Der Durchflußmesser (Q) erkennt außerdem auch ein Festsetzen der Pumpe (P1, P2) aus anderen Gründen. Außerdem kann er gleichzeitig auch zur normalen Überwachung der Fördermenge dienen.

Bei einem Stop der Pumpe (P1, P2) durch den Durchflußmesser (Q) muß diese durch Wartungspersonal über ein druckseitig an der Pumpe angeordnetes Entlüftungsventil entlüftet oder ggf. repariert werden. Es wird dann automatisch mit der jeweils anderen Pumpe (P1, P2) weitergefördert. Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wird zunächst per Fernsteuerung von einem Kontrollraum aus versucht, die Pumpe (P1, P2) zu entlüften, um unnötige Fahrten des Personals zum Pumpwerk zu vermeiden.

Die Kompressoren (V1, V2, V3) des pneumatischen Pumpwerkes sind über ein Druckluftsystem (GA) mit den Druckbehälter (B1, B2) verbunden, wobei in den Verbindungsleitungen (7, 81, 82, 9) zu jedem Druckbehälter (B1, B2) ein pneumatisch steuerbares 3/2-Wege-Ventil (T1, T2) zum Umschalten der Druckluftversorgung bzw. Entlüftung der beiden Druckbehälter (B1, B2) eingebaut ist, dessen Signalgeber (E) an das separate Steuerdruckluftsystem (GS) angeschlossen ist.

Die Verbraucher sind über einen eine Zulaufleitung (Z) bildenden Abwasserkanal (Z), vorzugsweise einen Freigefälle-Kanal, an die Pumpstation (PS) angeschlossen, wo das Abwasser in einem Sammler (A) gesammelt und für einen Weitertransport zur Kläranlage (KA) zwischengespeichert wird. Eine Trennwand unterteilt den Sammler (A) in zwei, in Fließrichtung hintereinander liegende Kammern (A1, A2), wobei die Trennwand zwischen den Kammer (A1, A2) die Funktion eines Überlaufes hat. Die erste Kammer (A1) dient als Absetzbecken (A1), die zweite Kammer (A2) bildet ein Überlaufbecken (A2).

Der Abwasserkanal (Z) mündet in die erste Kammer (A1) zur Sedimentation von den groben Feststoffen aus dem Abwasser. In dem Absetzbecken (A1) wird eine Schwerkraft-Abscheidung der vorgenannten Stoffe aus dem Abwasser vorgenommen. Der Boden des Absetzbeckens (A1) ist vorzugsweise trichterförmig ausgebildet, so daß sich die Sedimente dort sammeln. Ferner weist das Absetzbecken (A1) in seinem unteren Staubereich eine Belüftungseinrichtung (C) auf, mit welcher bei längeren Standzeiten abgesunkene Schwebstoffe zur Wasseroberfläche gefördert werden sollen, um diese Teilchen über das Rohrleitungsnetz (L) auszutragen. Dadurch werden die (Direct-Digital-Control) betrieben. Durch eine zentrale Leittechnik als übergeordneter Ebene wird der Betrieb überwacht. Da die Betriebsdaten der gesamten Anlage langfristig erfaßt und ausgewertet werden, kann der Betriebszustand schneller und flexibeler an sich ändernde Umgebungs- und Betriebsbedingungen angepaßt werden und somit ist eine Optimierung des Anlagen- Betriebes möglich.

Nachfolgend wird die Betriebsführung von einer Pumpstation (PS) erläutert.

Das über den Abwasserkanal (Z) in den Sammler (A) der Pumpstation (PS) eingeleitete Abwasser überstaut die Trennwand zwischen dem Absetzbecken (A1) und dem Überlaufbecken (A2), so daß der Wasserstand in dem Überlaufbecken (A2) stetig steigt. Bei Erreichen eines vorgegebenen Höhenstandes bzw. Druckes im Überlaufbecken (A) wird zunächst die Belüftungseinrichtung (C) im Absetzbecken (A1) eingeschaltet. Zeitverzögert beginnt eine der beiden Verdrängerpumpen (P1) als Grundlast-Pumpe zu fördern. Steigt der Wasserstand weiter an, wird die andere Verdrängerpumpe (P2) als Spitzenlast-Pumpe zu geschaltet.

Im Spitzenlast-Betrieb erhöht sich der Druck wegen der Reibungsverluste im Druckleitungssystem. Bei Überschreiten des oberen Schaltpunktes am Druckaufnehmer (D') in der Anbindungsleitung (6) für eine festgelegte Zeitdauer werden die Verdrängerpumpen (P1, P2) abgeschaltet. Um den Druck in im Druckleitungssystem (L) zu senken, wird mit Hilfe des pneumatischen Pumpwerkes Luft in das Druckleitungssystem (L) gefördert, wofür die Zuleitung (21) eines Druckbehälters (B1) mittels Schieber (S21) abgesperrt und eine Druckluftleitung (81) von den Kompressoren (V1, V2, V3) zu diesem Druckbehälter (B1) Abstände zwischen zwei Abpumpungen des Sedimentes mit Hilfe eines Saugwagens aus dem Absetzbecken (A1) vergrößert. Alternativ kann bodenseitig eine Fördereinrichtung zum Austragen des Sedimentes vorgesehen sein. Die Belüftung beugt gleichzeitig Fäulnisprozessen vor. Eine an der tiefsten Stelle der Sohle der Überlaufkammer (A2) beginnende Hauptzuleitung (1) verzweigt, wie bereits beschrieben, in Zuleitungen (21, 22) zu den Druckbehältern (B1, B2) und in Saugleitungen (31, 32) der Verdrängerpumpen (P1, P2). In der Überlaufkammer (A2) ist ein Flüssigkeitsstandsmesser (H) zur Ermittlung des Höhenstandes als Führungsgröße für die Steuerung der Fördereinrichtungen angeordnet. Zur Höhenstandsmessung eignen sich bekannte Meßeinrichtungen, wie kapazitiven Aufnehmer, Schwimmer, Druckrohre.

Die flüssigkeitsdurchströmten Leitungen sind vorzugsweise mit geringem Gefällen verlegt. Nur die Zuleitungen (21, 31) zu den Druckbehältern (B1, B2) weisen einen senkrechten Teilabschnitt mit einem T-Stück (X) mit geradem Abgang auf, wobei der senkrechte Durchgang einen Teilabschnitt der Zuleitungen (21, 31) und der Abgang der Beginn der Saugleitungen (31, 32) zu den Verdrängerpumpen (P1, P2) ist. An dem Abzweig (X) wird der Abwasserstrom in einen mit den groben Feststoffen belasteten Grobgut-Strom zum Druckbehälter (B1, B2) und in einen nahezu grobstofffreien Feingut-Strom zu den Verdrängerpumpen (P1, P2) geteilt, da die groben Feststoffe aufgrund der Schwerkraft nicht in den Abgang eintreten. So ist gewährleistet, daß diese Stoffe nicht in die Verdrängerpumpen (P1, P2) gelangen, sondern nur feine Schwebstoffe, welche keine Schädigungen herbeiführen. Die groben Feststoffe werden von dem pneumatischen Pumpwerk transportiert.

Die gesamte Anlage wird mit Hilfe einer speicherprogrammierbaren Steuerung SPS bzw. einer digitalen Automatisierungstechnik DDC mittels 3/2-Wege-Ventil (T1) freigeschaltet wird. Der Überdruck in der Anbindungsleitung (6) baut sich ab, da die Luft eine Zwischenschicht zwischen die Rohrwandung und der Flüssigkeit bildet, wodurch die Reibung beim Transport und damit der Druck im Druckleitungssystem sinkt. Die Luft wird über die Mündung am Klärwerk ausgetragen. Dieser gesamte Vorgang wird als "Nachblasen" bezeichnet.

Bei Unterschreiten des unteren Schaltpunktes am Druckaufnehmer (D) in der Anbindungsleitung (6) für eine vorgegebene Zeitdauer werden der oder die Kompressor(en) (V1, V2, V3) ausgeschaltet. Anschließend wird die Zuleitung (21) des entsprechenden Druckbehälters (P1) durch Öffnen des Schiebers (S21) wieder freigegeben.

Bei Unterschreiten von vorgegeben Wasserständen im Überlaufbecken (A2) werden die entsprechenden Verdrängerpumpen (P1, P2) abgeschaltet, und zwar zuerst die Spitzenlast-Pumpe und dann die Grundlast-Pumpe.

Selbstverständlich kann die Förderung mit jeder der beiden Verdrängerpumpen (P1, P2) als Grundlast-Pumpe beginnen, und die jeweils andere Pumpe (P1, P2) wird zugeschaltet.

Bei Ausfall einer der beiden Verdrängerpumpen (P1, P2) wird die zugehörige Saugleitung (31, 32) von dem Schieber (S31, S32) gesperrt und die andere Verdrängerpumpe (P1, P2) übernimmt die Förderung des Feingut-Stromes. Tritt bei beiden Verdrängerpumpen (P1, P2) eine Störung auf, wird auf pneumatische Förderung umgeschaltet, wobei der gesamte Abwasserstrom vom pneumatischen Pumpwerk gefördert wird.

Unabhängig vom Störfall wird das pneumatische Pumpwerk in vorgegebenen Zeitabständen betrieben, damit die sich abgelagerten Feststoffe, wie grober Sand, Geröll und Splitt, ausgetragen werden und das in den Zu- und Ableitungen der Druckbehälter stehende Abwasser ausgetauscht wird. Bei der hydraulischen Förderung setzen die Ablagerungen mit der Zeit die Leitungen zu und folglich verringert sich an den Ablagerungsstellen der freie Rohrleitungsquerschnitt, so daß Druck im gesamten druckseitigen Rohrleitungssystem ansteigt und die Stromaufnahme der Verdrängerpumpen (P1, P2) steigt. Durch das Freiblasen der Leitungen mit Hilfe des pneumatischen Pumpwerkes ist gewährleistet, daß die Umgebungs- und Betriebsbedingungen in der Pumpstation (PS) für den Einsatz der Verdrängerpumpen (P1, P2) konstant bleiben. Hierdurch ist eine hohe Betriebssicherheit der Anlage gewährleistet.

Das pneumatische Pumpwerk arbeitet, indem die von den Kompressoren (V1, V2, V3) erzeugte Druckluft die Flüssigkeit in den Druckbehältern (B1, B2) über die Ableitungen (41, 42) in die Anbindungsleitung (6) des Druckleitungssystems verdrängt. Abwechselnd läuft der Grobgut-Strom in einen Druckbehälter (B1) ein, während der andere Druckbehälter (B2) gerade entleert wird. Zum Entleeren wird die Zuleitung (21) eines Druckbehälters (B1) vom zugehörigen Schieber (S21) geschlossen, gleichzeitig gibt das entsprechende 3/2-Wege-Ventil (T1) die Druckluftzuleitung (7) und Druckluftleitung (81) zum diesem Druckbehälter (B1) frei, so daß die eingeschalteten Kompressoren (V1, V2, V3) die Arbeitsluft in den Druckbehälter (B1) pressen und der Behälterinhalt in die Ableitung (81) verdrängt wird. Während der Entleerung des einen Druckbehälters (B1) strömt der Grobgut-Strom bei geöffnetem Schieber (S22) über die Zuleitung (22) in den anderen Druckbehälter (B2), so daß sich dieser mit Flüssigkeit füllt. Am Ende der Entleerung des "ersten" Druckbehälters (B1) wird der Schieber (S21) geöffnet und der Schieber (S22) des anderen, "zweiten" Druckbehälters (B2) geschlossen. Die 3/2-Wege-Ventile (T1, T2) im Druckluftsystem (GA) werden umgeschaltet. Nun wird der mit Arbeitsluft gefüllte Druckbehälter (B1) entlüftet, d. h. die Arbeitsluft entweicht aus dem Druckbehälter (B1) über die Druckluftleitung (81) und die Entlüftungsleitung (9) in ein Kiesfilter (F) als Schalldämpfer und wird so in die Atmosphäre entspannt. Gleichzeitig fließt erneut Grobgut-Strom in diesen "ersten" Druckbehälter (B1) nach. Während der Entlüftung des "ersten" Druckbehälters (B1), wird der zweite Druckbehälter (B2) entleert. Der Vorgang wird solange wiederholt bis ein minimales Niveau im Überlaufbecken (A2) unterschritten wird, bei welchem sich das pneumatische Pumpwerk abschaltet.

In Abhängigkeit vom Abwasseranfall bzw. Taktlänge zwischen dem Umschalten der Druckbehälter (B1, B2) wird mit einem oder mehreren Kompressoren (V1, V2, V3) gearbeitet.

In Fig. 2 ist als Beispiel ein städtisches Verbundsystem (L) zur Abwasser-Förderung von fünf Ortsteilen in einem Rohrleitungsnetz (L1 bis L5) mit mehreren Pumpstationen (PS1 bis PS5) zu einer gemeinsamen Kläranlage (KA) dargestellt.

Das Druckleitungssystem (L) beginnt im Ort 1 mit einer Hauptleitung (L1), deren Nennweite DN 150 beträgt. Nach ca. 2 km ist an diese erste Hauptleitung (L1) eine zweite Hauptleitung (L2) mit Nennweite DN 100 des Ortes 2 angeschlossen. Nach einem weiteren Teilabschnitt von ca. 1 km schließt sich eine dritte Hauptleitung (L3) mit Nennweite DN 200 des Ortes 3 an die Verbundleitung (L) an, deren Nennweite von DN 150 auf DN 250 erhöht. Von hier verläuft die Verbundleitung (L) über einen etwa 20 m höher gelegenen Höhenzug zum Ort 4, wo deren Hauptleitung (L4) angebunden ist. Nach weiteren ca. 2,5 km ist der Ort 5 mit seiner DN 200 Hauptleitung (L5) angeschlossen. Ab dieser Stelle nimmt die Nennweite der Verbundleitung (L) von DN 250 auf DN 300 zu. Die Verbundleitung (L) erstreckt sich weitere 1,5 km bis zur Kläranlage (KA), wo das Druckleitungssystem (L) endet. Die Gesamtlänge der Druckleitung beträgt 11 km.

Folgende maximale Fördermenge Q ergeben sich für die einzelnen Pumpstation (PS1 bis PS5) im Ort 1 mit Q₁ = 11 l/s, Ort 2 mit Q₂ = 23 l/s, Ort 3 mit Q₃ = 2/s, Ort 4 mit Q₄ = 13 l/s und Ort 5 mit Q₅ = 21 l/s. Somit ergibt sich eine maximale Fördermenge von Q = 70 l/s.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der Vorrichtung läßt sich eine erhebliche Energieeinsparung erzielen. Einsparungen von 70% der Energie wurden bisher schon erreicht. Z. B. wurde bei dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel zur Förderung einer Abwassermenge von 16,6 l/s mit einem herkömmlichen pneumatischen Pumpwerk 66 kW benötigt; die erfindungsgemäße Vorrichtung benötigt dagegen für ungefähr die gleiche Menge nur 22 kW.

Bezugszeichenliste

1

Hauptzuleitung aus Sammler

21

Zuleitung Druckbehälter B

1

22

Zuleitung Druckbehälter B

2

31

Saugleitung Pumpe P

1

32

Saugleitung Pumpe P

2

41

Ableitung Druckbehälter B

1

42

Ableitung Druckbehälter B

2

51

Druckleitung Pumpe P

1

52

Druckleitung Pumpe P

2

6

Druckleitung, Anbindungsleitung

7

Druckluftzuleitung

81

Druckluftleitung zu Druckbehälter B

1

82

Druckluftleitung zu Druckbehälter B

2

9

Entlüftungsleitung zu Filter F
A, A1, A2Sammler, Absetzbecken, Überlaufbecken
B1, B2Druckbehälter
CBelüftungseinrichtung
DSicherheitsdruckschalter
D'Druckaufnehmer (Kontaktmanometer)
ESignalgeber
FKiesfilter
GADruckluft-Leitungssystem
GSSteuerdruckluftsystem
HFlüssigkeitsstandsmesser
KAKläranlage
MMotor
LAbwasser-Verbundsystem
L1 bis L5Hauptleitungen in Rohrleitungsnetz einer
P1, P2Verdrängerpumpen
PS, PS1 bis PS5Pumpstationen
QDurchflußmesser
RRückschlagarmatur
S21, S22, S31, S32Schieber vor den Fördereinrichtungen
T1, T23/2-Wege-Ventile im Druckleitungssystem
T41, T42, T51, T52Schieber von den Fördereinrichtungen
V1, V2, V3Kompressoren
XAbzweigung von Leitungen, T-Stück mit senkrechtem Durchgang und geradem Abgang
YVereinigung von Leitungen
ZAbwasserkanal
Abkürzungen
DDCdirect digital control
ZLzentrale Leittechnik
SPSspeicherprogrammierbare Steuerung

Claims (22)

1. Verfahren zur Abwasser-Förderung in Abwasser- Druckleitungssystem, insbesondere in einem Rohrleitungsnetz mit mehreren Pumpstationen, bei welchem das Abwasser in einen mit groben Feststoffen belasteten Grobgut-Strom und in einen nahezu grobstofffreien Feingut-Strom geteilt wird, und der Feingut-Strom hydraulisch und der Grobgut-Strom pneumatisch in und durch das Abwasser-Druckleitungssystem gefördert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß hydraulisch mittels mindestens einer Verdrängerpumpe gefördert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei geringem bis normalem Abwasseranfall eine einzige Verdrängerpumpe als Grundlast-Pumpe und bei erhöhtem Abwasseranfall mindestens eine weitere Verdrängerpumpe als Spitzenlast-Pumpe fördert, wobei die einzelnen Verdrängerpumpen in Parallelschaltung zueinander angeordnet sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß pneumatisch mittels eines pneumatischen Pumpwerkes mit mehreren parallel angeordneten Druckbehältern gefördert wird, indem das Abwasser mit Hilfe von Druckluft abwechselnd aus den Druckbehältern in das Druckleitungssystem verdrängt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß entweder hydraulisch oder pneumatisch gefördert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser mittels mindestens eines T- Stückes mit senkrechten Durchgang für Grobgut-Strom und mit nahezu waagerechtem Abgang für den Feingut-Strom geteilt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Strom-Teilung ein Teil der groben Feststoffe vorab aus dem Abwasser abgetrennt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die groben Feststoffe durch Schwerkraft- oder Fliehkraft-Abscheidung abgetrennt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die groben Feststoffe mechanisch abgetrennt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser zeitweise belüftet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in definierten Zeitabständen das Druckleitungssystem mittels Druckluft freigeblasen wird.

12. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 mit mindestens einer Trennvorrichtung (X) zur Teilung des Abwassers in einen mit groben Feststoffen belasteten Grobgut-Strom und in einen nahezu grobstofffreien Feingut-Strom, mit mindestens einer Verdrängerpumpe (P1, P2) zur Förderung des Feingut-Stromes in ein Abwasser-Druckleitungssystem (L) und mit einem pneumatischen Pumpwerk mit mindestens einem Druckbehälter (B1, B2) zur Förderung des Grobgut-Stromes in das Abwasser-Druckleitungssystem (L).

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängerpumpe(n) (P1, P2) und der/die Druckbehälter (B1, B2) parallel geschaltet sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß je eine Verdrängerpumpe ablaufseitig des/der Druckbehälter(s) angeordnet ist, wobei die Trennvorrichtung in dem Druckbehälter angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennvorrichtung (X) von einem T-Stück mit einem senkrechten Durchgang für den Grobgut-Strom und einem im wesentlichen rechtwinkligen Abgang für den Feingut-Strom gebildet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß derselben zulaufseitig ein Sammler (S) vorgeschaltet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammler (S) mehrere abgetrennte Kammern (A1, A2) mit Überlauf aufweist, wobei mindestens ein Abwasserkanal (Z) in eine ersten Kammer (A1) mündet und von einer letzten Kammer (A2) mindestens eine Hauptzuleitung (1) zu den Fördereinrichtungen abgeht.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Trennvorrichtung (X) eine Belüftungseinrichtung (C) vorgesehen ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Druckbehälter (B1, B2) des pneumatischen Pumpwerk über ein Druckluftsystem (GA) mit mindestens einem Kompressor (V1, V2, V3) verbunden ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß den Verdrängerpumpen (P1, P2) und den Druckbehältern (B1, B2) je ein Absperrorgan (S21, S22, T441, T42, S31, S32, T51, T52) vor- oder nachgeschaltet ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Verdrängerpumpe (P1, P2) ein Durchflußmesser (Q) nach- oder vorgeschaltet ist, der mit einer Steuerung der Verdrängerpumpe (P1, P2) verbunden ist.

22. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch einen Sammler (A) mit einer zulaufseitigen Absetzkammer (A1) und einer ablaufseitigen Überlaufkammer (A2), ein pneumatisches Pumpwerk mit zwei Druckbehältern (B1, B2), zwei Verdrängerpumpen (P1, P2) und je einer hinter einem Abzweig einer Hauptzuleitung (1) aus der Überlaufkammer (A2) angeordneten Trennvorrichtungen (X) in Form eines T-Stückes mit einem senkrechten Durchgang für eine Zuleitung (21, 22) zu einem Druckbehälter (B1, B2) und mit einem nahezu waagerechten Abgang für eine Saugleitung (31, 32) einer Verdrängerpumpe (P1, P2), so daß die Verdrängerpumpen (P1, P2) und die Druckbehälter (B1, B2) parallel geschaltet sind.