Davon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Klärbecken
zu schaffen, bei dem die Schwimmschlammräumung besser an den Schwimmschlammanfall
angepaßt
ist.
Die
Aufgabe wird durch ein Klärbecken
mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
des Klärbeckens
sind in den Unteransprüchen
angegeben.
Das
erfindungsgemäße Klärbecken
hat ein Becken, einen Zulauf zum Einspeisen der zu klärenden Trübe in das
Becken, einen Reinwasserabzug zum Abziehen des geklärten Wassers
aus dem Becken, einen Bodenschlammabzug zum Abziehen von auf den
Boden des Beckens abgesetztem Bodenschlamm, einen steuerbaren Schwimmschlammabzug
zum Abziehen von Schwimmschlamm von der Wasseroberfläche im Becken,
mindestens einen Sensor zum Erfassen von Schwimmschlamm und eine
Einrichtung zum Steuern des Schwimmschlammabzuges in Abhängigkeit
von dem vom Sensor erfaßten
Schwimmschlamm in dem Sinne, daß sie beim
Erfassen von Schwimmschlamm oder einer erhöhten Schwimmschlammenge den
Schwimmschlammabzug aufsteuert und beim Erfassen keiner oder einer
reduzierten Schwimmschlammenge den Schwimmschlammabzug zusteuert.
Bei
dem erfindungsgemäßen Klärbecken
ist der Einsatz des Schwimmschlammabzuges vorteilhaft an die anfallende
Schwimmschlammenge angepaßt.
Hierzu ist das Klärbecken
mit mindestens einem Sensor ausgestattet, der in der Lage ist, den
im Becken anfallenden Schwimmschlamm zu erfassen.
Erfaßt der Sensor
Schwimmschlamm. oder eine erhöhte
Schwimmschlammenge, so wird der Schwimmschlammabzug aufgesteuert,
so daß Schwimmschlamm
von der Wasseroberfläche
im Becken abgezogen wird. Einbezogen in das Aufsteuern des Schwimmschlammabzuges
ist, daß dieser
von einem Zustand, in dem kein Schwimmschlamm abgezogen wird, in
einen Zustand gebracht wird, in dem ein bestimmter Schwimmschlammengenstrom
abgezogen wird. Einbezogen ist aber auch ein Aufsteuern in dem Sinne,
daß der
abgezogene Schwimmschlammengenstrom proportional zur Steigerung
der erfaßten
Schwimmschlammenge gesteigert wird. Beim Erfassen keiner oder einer
reduzierten Schwimmschlammenge wird der Schwimmschlammabzug zugesteuert.
Einbezogen in das Zusteuern des Schwimmschlammabzuges ist, daß dieser
komplett abgeschaltet wird. Einbezogen ist aber auch ein Zusteuern
in dem Sinne, daß der
abgezogene Schwimmschlammengenstrom proportional zur Verminderung
der erfaßten
Schwimmschlammenge reduziert wird.
Für den Schwimmschlammabzug
kommen alle Ausführungen
in Betracht, die auf- und zusteuerbar sind. Gemäß einer Ausgestaltung umfaßt der Schwimmschlammabzug
eine parallel zur Wasseroberfläche
erstreckte Rinne mit einer in der Höhe bezüglich der Wasseroberfläche einstellbaren Überlaufkante.
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung ist die Rinne insgesamt bezüglich der
Wasseroberfläche verlagerbar
oder weist die Rinne eine bezüglich
der Wasseroberfläche
verlagerbare Wand mit einer Überlaufkante
auf. Die Verlagerbarkeit der Rinne bzw. der Wand ist z.B. entlang
einer vertikalen Achse oder um eine horizontale Schwenkachse gegeben.
Gemäß einer
Ausgestaltung umfaßt
der Schwimmschlammabzug ein Paddelwerk. Bei einem Paddelwerk wird
der Schwimmschlamm mit Schwimmschlammpaddeln in eine Schwimmschlammerinne,
die meist eine Auflaufschräge
hat, geschoben. Die Paddel oder Schaber sind an einer horizontalen
Welle befestigt. Bei Drehen der Welle schieben die Paddel den Schwimmschlamm
in die Schwimmschlammrinne hinein. Auch ein Schwimmschlammabzug
mit Zuführschildern
ist einbezogen, z.B. verschwenkbare oder quer zur Rinne verfahrbare
Zuführschilder.
Gemäß einer
Ausgestaltung umfaßt
der Schwimmschlammabzug eine Schnecke. Die Schnecke fördert den
Schwimmschlamm durch langsames Drehen in einen Schwimmschlammschacht,
von wo er dann abgepumpt wird.
Gemäß einer
Ausgestaltung umfaßt
der Schwimmschlammabzug eine Schwimmschlammwippe. Bei einer Schwimmschlammwippe
wird der Schwimmschlamm durch ein periodisches Eintauchen der Vorderkante
abgezogen. Der Schwimmschlamm fließt dabei in eine Vertiefung,
in der eine Pumpe sitzt, die den Schlamm weiterfördert. Eine Schwimmschlammwippe
ist beispielsweise in der
DE 43
15 110 A1 beschrieben.
Bei
einem Klärbecken
können
auch mehrere Schwimmschlammabzüge
unterschiedlicher Bauart vorhanden sein.
Für das Auf-
und Zusteuern des Schwimmschlammabzuges mittels der Einrichtung
zum Steuern des Schwimmschlammabzuges gibt es verschiedene Realisierungsmöglichkeiten.
Gemäß einer
Ausgestaltung umfaßt
die Einrichtung zum Steuern mindestens eine motorisch angetriebene
Verschiebeeinrichtung zum relativen vertikalen Verlagern und/oder parallelen
Verlagern von Schwimmschlammabzug und Wasseroberfläche. Abhängig von
der erfaßten Schwimmschlammenge
wird der Schwimmschlammabzug in das Wasser im Becken eingetaucht
bzw. aufgetaucht und/oder parallel zur Wasseroberfläche verlagert
bzw. angehalten.
Gemäß einer
Ausgestaltung umfaßt
die Einrichtung zum Steuern eine parallel zur Wasseroberfläche erstreckte,
um eine Achse schwenkbare Rinne mit einer Überlaufkante, eine Einrichtung
zum Einstellen der Überlaufkante
auf einen bestimmten Abstand von der Wasseroberfläche mit
einem Auftriebskörper,
der integraler Bestandteil der Rinne ist und eine Pumpe zum Abziehen
von Schwimmschlamm aus der Rinne. Abhängig von der erfaßten Schwimmschlammenge
wird die Pumpe eingeschaltet bzw. abgeschaltet bzw. die Rinne bezüglich der
Wasseroberfläche
verlagert. Der Auftriebskörper
steuert die Rinne so, daß die Überlaufkante
stets auf einen bestimmten Abstand von der Wasseroberfläche eingestellt
ist. Damit werden die Bedingungen für den Schwimmschlammabzug auch
bei schwankender Wasseroberfläche
konstant gehalten und die Trennung des Schwimmschlamms vom Reinwasser
verbessert. Über
die Pumpe bzw. die Verschiebeeinrichtung wird der Schwimmschlammabzug
auf- und zugesteuert bzw. der von der Rinne abgezogene Schwimmschlammengenstrom
gesteuert. Auch eine schwenkbare Rinne mit verschiedenen Auftriebsvolumina
auf beiden Seiten der Schwenkachse, die vom Rinnen-Innenraum gebildet
sind, ist einbezogen („asymmetrische
Rinne"). In der
EP 0 748 248 B1 sind
Einzelheiten derartiger einstellbarer Rinnen für Schwimmschlammabzug beschrieben,
die für
den Einsatz in einem erfindungsgemäßen Klärbecken geeignet sind. Die
diesbezügliche
Offenbarung der
EP 0
748 248 B1 ist in die vorliegende Anmeldung einbezogen.
Dies gilt auch für
die in der deutschen Gebrauchsmusteranmeldung 20 2004 008034.6 offenbarten
schwenkbaren Rinnen für
Schwimmschlammabzug.
Der
Sensor dient der Erfassung von Schwimmschlamm und der Abgabe eines
Signals bzw. einer Information über
die erfaßte
Schwimmschlammenge. Die Erfassung des Schwimmschlammes kann an verschiedenen
Stellen vorgenommen werden. Gemäß einer
Ausgestaltung erfaßt
der Sensor die Wasseroberfläche
im Becken. Gemäß einer weiteren
Ausgestaltung erfaßt
der Sensor in Richtung der Strömung
des Schwimmschlammes zum Schwimmschlammabzug gesehen die Wasseroberfläche vor
dem Schwimmschlammabzug. Bei einer Rinne wird also die Wasseroberfläche im Becken
vor der Überlaufkante
erfaßt.
Der Sensor ist z.B. auf die Wasseroberfläche in einem Abstand von 0,5
m vor dem Sensor gerichtet.
Der
Sensor ist z.B. direkt auf die Wasseroberfläche gerichtet. Er kann aber
auch auf einen Reflektor unterhalb der Wasseroberfläche gerichtet sein,
um als Maß für die Schwimmschlammenge
die Reflexion einer Strahlung zu erfassen, die von der Oberseite
der Wasseroberfläche
aus auf den Reflektor gerichtet ist. Gleichmäßige Reflexionsbedingungen
sind durch Reinigung des Reflektors sicherzustellen. Diese erfolgt
vorzugsweise selbsttätig,
z.B. indem der Reflektor so gestaltet ist, daß absetzbare Stoffe daran abrutschen,
oder indem dieser mit einer Reinigungsvorrichtung bestückt ist.
Gemäß einer
Ausgestaltung erfaßt
der Sensor das Wasser beim Eintritt in den Schwimmschlammabzug.
Das Wasser wird beispielsweise an der Überlaufkante einer Rinne erfaßt. Im Eintritt
des Schwimmschlammabzuges entsteht eine starke Strömung. Die
Schlammflocken zeichnen sich an dieser Stelle klar vom Untergrund
ab und haben gleichzeitig eine große Geschwindigkeit. Wenn die Überlaufkante
zu kurz ist, kann mit einer Verlängerung
eines Einlaufbleches bzw. mittels eines zusätzlich an der Überlaufkante
angebrachten Bleches bzw. mit einem sonstigen Hintergrund oder Reflektor
erreicht werden, daß der
Schwimmschlamm etwas länger
gegen den Untergrund zu erkennen ist.
Gemäß einer
Ausgestaltung erfaßt
der Sensor das Wasser innerhalb des Schwimmschlammabzuges. Beispielsweise
erfaßt
der Sensor das Wasser an oder in einer Rinne eines Schwimmschlammabzuges.
Im Schwimmschlammabzug ist das Wasser konzentrierter als im Becken,
so daß hier Änderungen der
Schwimmschlammkonzentration leichter zu erkennen sind.
Gemäß einer
Ausgestaltung erfaßt
der Sensor das Wasser in einer vom Schwimmschlammabzug wegführenden
Schwimmschwammleitung. Der Schwimmschlamm wird beispielsweise in
einer von einer Schwimmschlammpumpe wegführenden Druckleitung erfaßt. Das
konzentrierte Schlamm-Wasser-Gemisch fließt auch durch die Schwimmschlammleitung,
so daß auch
hier Konzentrationsänderungen
besser erkennbar sind. Die Konzentrationsänderungen innerhalb des Schwimmschlammabzuges
bzw. der Schwimmschlammleitung werden z.B. durch Trübungsmessung
erfaßt.
Der
Sensor für
die Erfassung der Schwimmschlammenge kann unterschiedlich ausgeführt sein. Gemäß einer
Ausgestaltung ist der Sensor ein optischer Sensor. Der optische
Sensor ist gemäß einer weiteren
Ausgestaltung ein Farbsensor oder eine Kamera oder ein Fotodetektor
oder eine Lichtschranke oder ein Lichttaster oder ein Trübungsmeßgerät.
Gemäß einer
Ausgestaltung ist der Sensor ein Bewegungsmelder oder ein Ultraschallsensor oder
ein kapazitiver Sensor oder ein Radarsensor oder ein Mikrowellensensor
oder ein Dichtsensor.
Ausführungsmöglichkeiten
der Erfassung des Schwimmschlammes mittels unterschiedlicher Sensoren
werden nachfolgend erläutert:
Erfassung mittels Farbsensoren
Bei
dieser Anwendung wird ein Lichtstrahl auf die Wasseroberfläche geworfen
und die Reflexion erfaßt.
Bei
Schwimmschlammaufkommen ändert sich
die Oberflächenfarbe
und somit auch die Reflexion.
Diese
Reflexion wird ausgewertet und mit zuvor gespeicherten Referenzfarbwerten
verglichen.
Liegen
die Werte innerhalb bzw. außerhalb der
Toleranz, wird ein Schaltausgang gesetzt.
Dieser
Schaltausgang kann entweder eine Schwimmschlammräumung in Gange setzen oder
an das Bedienungspersonal eine Information geben, damit die Schwimmschlammräumung in
Gange gesetzt wird.
Erfassung mittels Kamera
(Bildverarbeitungssystem)
Hier
wird das aufgenommene Bild oder der aufgenommene Film ebenfalls
mit einem Referenzbild verglichen. Bei Übereinstimmung oder Abweichung
in einem gewissen Toleranzbereich wird dann ebenfalls ein Schaltausgang
gesetzt.
Als
Beleuchtung kann eine Weißlichtbeleuchtung,
eine Infrarotbeleuchtung oder Ähnliches eingesetzt
werden.
Erfassung mittels Lichtschranken
Reflexions-Lichtschranken:
Hier
wird ebenfalls die unterschiedliche Reflexion von Wasser und Schwimmschlamm
benutzt, um bei einem Schwellenwert einen Schaltausgang zu setzen.
Ein
besseres Ergebnis ergibt sich, wenn man einen Reflektor unter Wasser
positioniert. Damit wird die Reflektion bei sich dazwischen schwimmendem Schwimmschlamm
stärker
geändert.
Als
Reflektor können
handelsübliche
Reflektoren verwendet werden. Auch anders reflektierende Teile wie
z. B. Edelstahl können
als Hintergrund vorgesehen werden.
Eine
weitere Variante ist, anstatt den Reflektor vor der Rinne im Klärbecken
unterhalb der weitestgehend ruhigen Wasserzone zu plazieren, diesen im
Einlaufbereich der Rinne (vorzugsweise in oder an der Einlaufkante)
anzuordnen. Bei dieser Anordnung wird der Reflektor durch das ein-
bzw. darüberströmende Schwimmschlammwassergemisch
gereinigt. Wenn der abzuziehende Schwimmschlamm über eine Fläche (Reflektor oder blanke
Edelstahlfläche) geleitet
wird, ergibt sich ebenso ein System mit einem definierten Hintergrund.
Die darüberströmenden Schlammflocken
werden somit leichter erkannt. Als blanke Edelstahlfläche eignet
sich die Rinnenvorderkante, über
die das Schwimmschlammwassergemisch fließt. Auch die Anordnung von
kleinen Überströmungsblechen
ist möglich.
Lichttaster
Hier
wird ebenfalls die unterschiedliche Reflexion des Produktes benutzt,
um bei einem Schwellenwert einen Schaltausgang zu setzen.
Einweg-Lichtschranken
Hier
werden ein Sender und ein Empfänger eingesetzt.
Wenn sich eine Schwimmschlammschicht dazwischen schiebt, wird ein
Schaltausgang gesetzt. Ein Teil muß hierbei unter Wasser liegen. Wenn
dieses Teil nicht wasserdicht ist, muss es ggfs. durch ein wasserdichtes
Gehäuse
eingeschlossen werden. Ein größerer Bereich
kann erfaßt
werden mit Flächen-Lichtschranken
oder Lichtgitter- oder Gabellichtschranken.
Erkennung mit Bewegungsmeldern
Hier
wird davon ausgegangen, dass dieser Melder die Bewegung von Schwimmschlamm
erkennen kann. Der Bewegungsmelder ist z.B. auf die Wasseroberfläche gerichtet.
Hier schiebt sich die Schwimmschlammschicht langsam vor die Bewegungssonde.
Schnelle Bewegungen ergeben sich, wenn der Schwimmschlamm über die
Vorderkante der Rinne geschwemmt wird.
Generell
kommen vorzugsweise Bewegungsmelder in Frage, die Bewegungen erkennen können, die
von einem Körper
(Schwimmschlamm) ausgehen, der annähernd die gleiche Temperatur
wie das Wasser hat. Dies sind z.B. Radar- oder Ultraschallbewegungsmelder.
Erkennung mittels Trübungsmessge
Da
die Schwimmschlammflocken eine Trübung verursachen, können auch
Trübungsmessgeräte eingesetzt
werden. Folgende Einsatzorte sind dafür geeignet:
- – Abzug
von der Wasseroberfläche
im Becken
- – Sonde
in der Skimrinne
- – Sonde
in der Pumpenleitung (vorzugsweise in der Pumpendruckleitung)
Erkennung mittels Laserstrahl
Hier
wird die Eigenschaft genutzt, dass die Reflexion zwischen einer
blanken Wasseroberfläche und
einer diffusen Schwimmschlammdecke unterschiedlich ist.
Erkennung mittels Ultraschallmessung
Hier
wird die Eigenschaft genutzt, dass die Reflexion zwischen einer
blanken Wasseroberfläche und
einer diffusen Schwimmschlammdecke unterschiedlich ist.
Erkennung mittels kapazitiver
Messung
Hier
wird die Kapazitätsänderung
eines Kondensators genutzt, wenn statt Wasser Schwimmschlamm in
das Feld zwischen den Kondensatorplatten gelangt, und bei entsprechender
Empfindlichkeitseinstellung ein Schaltpunkt gesetzt.
Erkennung mit Radarmessung
Sofern
sie nicht schon wie oben beschrieben als Radarbewegungsmelder ausgeführt werden.
Erkennung mittels Dichtsensor
Die
Konzentration des Schwimmschlammes wird anhand einer Dichtemessung
des Schwimmschlamm-Wasser-Gemisches ermittelt.
Die
unterschiedlichen Anordnungen der Messsonden erfordern unterschiedliche
Verfahrensabläufe.
Bei
Messung vor oder an der Rinne:
Einschaltung der Pumpe, Schnecke,
Paddelwerk usw. bei Erreichen oder Überschreiten einer Schwellenkonzentration
des Schwimmschlammes vor der Rinne und Ausschaltung entweder wieder über Erfassung
der Schwimmschlammenge oder über
eine Zeitschaltung oder von Hand.
Bei
Messung an oder in der Rinne oder in der Rohrleitung muß zuerst
die Schwimmschlammräumung
zu Messzwecken kurz eingeschaltet werden. Erkennt das Messsystem
Schwimmschlamm, bleibt der Schwimmschlammabzug eingeschaltet.
Die
Abschaltung kann dann wie vor erfolgen.
Bei
negativer Schwimmschlammerkennung wird die Schwimmschlammräumung und
somit Schwimmschlammmessung in vorgegeben Zeitintervallen wiederholt.
Unabhängig
von den Messungen kann übergeordnet
eine intervallmäßige Ein-
und Ausschaltung erfolgen.
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der anliegenden Zeichnungen von
Ausführungsbeispielen
näher erläutert. In
den Zeichnungen zeigen:
1 Klärbecken in einem Sensor und
Rinne umfassenden vertikalen Teilschnitt;
2 Klärbecken in einem anders angeordnete
Sensoren und Rinne umfassenden vertikalen Teilschnitt;
3 Übersicht über Kombinationen eines Sensors
mit verschiedenen Schwimmschlammabzügen;
4 Übersicht über verschiedene Ausführungen
und Meßorte
des Sensors.
Gemäß 1 umfaßt das Klärbecken ein Becken 1,
in dem eine schwenkbare und parallel zur Wasseroberfläche 2 verfahrbare
Rinne 3 mit einer Überlaufkante 4 angeordnet
ist.
Vor
der Überlaufkante 4 ist
auf die Wasseroberfläche 2 ein
Sensor 5 gerichtet. Der Sensor 5 ist in der Lage,
auf der Wasseroberfläche 2 vorhandenen Schwimmschlamm
zu erfassen. Der Sensor 5 gibt bei Vorliegen von Schwimmschlamm
an der Wasseroberfläche 2 ein
Signal ab. Bevorzugt ist das Signal proportional zur Schwimmschlammenge,
die der Sensor 5 an der Wasseroberfläche 2 erfaßt.
Der
Sensor
5 ist elektrisch mit einer Einrichtung zum Steuern
des Schwimmschlammabzuges
6 verbunden. Die Einrichtung
6 umfaßt einen
motorischen Antrieb
7 zum Schwenken der Rinne
3.
Der motorische Antrieb kann auch eine Pumpe zum Absenken des inneren
Wasserspiegels in einer schwenkbaren Rinne für Schwimmschlammabzug (Skimrinne)
sein, wie in der
EP
0 748 248 B1 oder der deutschen Gebrauchsmusteranmeldung
20 2004 008034.6 beschrieben.
Wenn
der Sensor 5 eine Schwimmschlammkonzentration an der Wasseroberfläche 2 feststellt, die
einen oberen Grenzwert überschreitet,
wird die Rinne 3 von der Einrichtung 6 und dem
Antrieb 7 mit der Überlaufkante 4 unter
die Wasseroberfläche 2 getaucht.
Dann wird Schwimmschlamm abgezogen. Bei Einsatz einer schwenkbaren
Rinne für
Schwimmschlammabzug stellt sich die Rinne auf das Niveau der Wasseroberfläche 2 ein.
Falls der Sensor 5 eine Schwimmschlammkonzentration an
der Wasseroberfläche 2 fest stellt,
welche einen unteren Grenzwert unterschreitet, wird die Rinne 3 von
der Einrichtung 6 und dem Antrieb 7 mit der Überlaufkante 4 über die Wasseroberfläche 2 angehoben,
so daß der Schwimmschlammabzug
unterbrochen wird. Grundsätzlich
ist es auch möglich,
durch Einstellen des Durchsatzes einer die schwenkbare Rinne leerenden Pumpe
eine Anpassung des abgezogenen Schwimmschlammengenstromes an die
angefallene Schwimmschlammenge vorzunehmen.
Die
Ausführung
von 2 unterscheidet sich
von der vorbeschriebenen durch unterschiedliche Sensoranordnungen.
Der Sensor 5' ist
auf die Überlaufkante 4 gerichtet,
d.h. er erfaßt
die Schwimmschlammkonzentration beim Eintritt in den Schwimmschlammabzug.
Der
Sensor 5'' ist auf den
Innenraum der Rinne 3 gerichtet, d.h. er erfaßt die Schwimmschlammkonzentration
innerhalb des Schwimmschlammabzuges.
Der
Sensor 5'' ist in eine
von der Rinne 3 wegführende
Schwimmschlammleitung 8 (es handelt sich um die Druckleitung
einer Schwimmschlammpumpe) integriert, d.h. er erfaßt die Schwimmschlammkonzentration
in einer vom Schwimmschlammabzug wegführenden Schwimmschwammleitung.
In
der 3 sind verschiedene
Kombinationen eines Sensors mit unterschiedlichen Ausführungen
des Schwimmschlammabzuges durch Pfeile symbolisiert. Dabei ist mit „Skimrinne" eine Rinne mit Überlaufkante
gemäß 1 oder 2 bezeichnet. Gemäß 3 kann ein Sensor auch lediglich für die Meldung
von Schwimmschlamm verwendet werden, d.h. ohne den Schwimmschlammabzug
zu steuern.
Die 4 veranschaulicht unterschiedliche Ausführungen
optischer Sensoren und sonstiger Sensoren und vorteilhafte Meßorte bei
Einsatz dieser Sensoren. Auch hier sind die vorteilhaften Kombinationen
von Sensortypen und Meßorten
durch Pfeile symbolisiert.