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"Sandfang für Kläranlagen".
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Die Erfindung betrifft einen Sandfang #ur Kläranlagen, in welchem
der in zu reinigenden Abwässern mitgeführte Sand ausgefällt werden kann, indem das
Abwasser in einem Kanal durch Drucklufteintrag in eine um eine horizontale Kanal--Längs-Achse
drehende Walzenbewegung versetzt und über einen Absetzsqhlitz gefillirt wird.
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Bs hat sich gezeigt, daß der störungsfreie Betrieb einer Kläranlage
neben anderen Beeinflussungen wesentlich von der ausreichenden Entsandung des Abwassers
abhängt. Aus diesem Grunde wird bei den am häufigsten'angewendeten #isch-Kanalisationssystemen
gleich zu Beginn des Abwasser-Reinigungsprozesses ein Sandfang den weiteren zur
Klärung des Abwassers dienenden Verfahrensschritten -vorgeschaltet. Ein Sandfang
wird deswegen vorgeschaltet, weil es bekannt ist, daß Sand ablagerungen zu Schäden
oder zur Gefährdung von 3etriebsein heiten der Abwasser- und Schlammbehandlungseinrichtungen
führen können, die häufig nur unter erheblichem Kostenaufwand beseitigt werden können.
Die Belüftung von #ntflockungs-, Vorbelüftungs- oder Belebungsbecken wird in der
Regel unter dem Gesichtspunkt des hierfur erforderlichen Sauerstoffeintrages und
unter Berücksichtigung der in Turbulenz zu haltenden organischen Stoffe ausgelegt.
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Beim Betrieb solcher Anlagen kann es zu einer betriebsgefährdenden
Ablagerung von mineralischen Stoffen kommen. Im Absetzbecken kann einerseits durch
Sand ablagerungen ein erhöhter mechanischer Verschleiß der Räumeinrichtungen auf
-treten und andererseits das Absetzen des Schlammes erschwert werden. Ähnliche Schwierigkeiten
infolge Zusandens der Installationsleitungen unten vorwiegend bei Ablagerun,gen
von Peinsanden in Emscherbrunnen und Faulbehältern auf.
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In langjähriger Beobachtung hat es sich gezeigt, daß es zur Vermeidung
der obengenannten LESetriebsschwierigkeiten genügt, Sande mit einem Korndurchmesser
auszuscheiden, der größer als 0,15 bis es 20 mm ist. Wenn auch Sande mit noch kleinerem
Korndurchmesser ausgeschieden werden sollen, so sind Sandabsetzeinheiten mit wesentlich
größeren Abmessungen erforder -lich, welche aus wirtschaftlichen Gründen in der
Regel nicht vertretbar sind.
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Bei einem belüfteten Sandfang der eingangs beschriebenen Art wird
an einer Seite dea- Querschnittsprofiles Luft eingetra -gen und dabei eine horizontal
liegende Wasserwalze erzeugt, welche an ihrer Randzone eine Umwälzgeschwindigkeit
von etwa 0,3 m/s aufweist. Die Querschnittafläche des Sandfang wird in der Regel
so groß gewählt, daß die in Längsrichtung der Wasserwalze gemessene Durchflußgeschwindigkeit
vernachlässigbar klein bleibt und nur die Umwälzgeschwindigkeit für die' Trennung
von mineralischen und organischen Stoffen maßgebend ist. Wenngleich ein solcher
bekannter, mit #ufteintrag ar -beitender Sandfang zur Entsandung des Wassers kleiner
Kläranlagen günstig erscheint, so ergeben sich Schwierigkeiten daraus, daß zur Entnahme
des ausgeschiedenen Sandgutes eine mechanisch wirkende Räumvorrichtung beritigt
wird und daß derartige Einbauten bei den erforderlichen kleinen Qi#erschnitten relativ
große Abmessungen besitzen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Kläranlagen mit einem
Anschlußwert von 500 bis 10 000 Einwohnern einen belüfteten'Sandfang zu schaffen,
welcher bei geringem Raum-bzw. Blächenbedarf nur geringe Herstellungskosten erfordert
und auch bei stark wechselnden Mengen des anfallenden Ab -wassers mit geringem Energieaufwand
betrieben werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Sandfang der ein -gangs beschriebenen
Art vorgesehen, daß der horizontal verlaufende Kanal erfindungsgemäß als Ringkanal
mit vertikaler Achse ausgebildet ist und daß der Lufteintrag in unmittelbarer Nähe
der inneren Kanalwand erfolgt. Die ringförmige Ausbildung des Kanals e#rgibt trotz
geringer Abmessungen seines Außendurchmessers eine ausreichend große Verweilzeit
bei niedriger Iurchflußgeschwindi,gkeit, jedoch verhältnismäßig großer Umwälzgeschwindigkeit
der ringförmigen Wasserwalze.
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Um die Ausbildung der Wasserwalze auch bei niedrigem Drucklufteintrag
zu begünstigen, können in weiterer Ausgestaltung der Erfindung in dem Ringkanal
zwei konzentrische, zylindrische Leitwände angeordnet sein, von denen die eine Leitwand
nahe an der inneren Kanalwand und die andere Leitwand nahe an der äußeren Kanalwand
des Ringkanals liegt. Die Entnahme des ausgeschiedenen Sandes kann dadurch wesentlich
erleichtert werden, daß nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung unterhalb des
Ringkanals ein Trichter vorgesehen ist, der nach unten in einen zur vertikalen Achse
des Ringkanals koaxialen Absetzbehälter einmündet. Zweckmäßig kann der Trichter
an seinem oberen Rand unter Bildung des Absetzschlitzes die innere Leitwand umgreifen.
Wenn der Sand aus der im Ringkanal sich umwälzenden Flüssigkeitswalze ausfällt,
kann er bei dem erfindungsgemäßen Sandfang auf einfache Weise durch den Absetzschlitz
hindurch in den Trichter und von-dort aus in den Absetzbe-lälter gelangen. Der besondere
Vorteil besteht hierbei darin, daß der von der inneren Kanalwand umschlossene zentrale
Innenraum sich mit entsandetem Abwasser auf gleiche
Pegelhöhe füllt
wie der Ringkanal und daß demzufolge die innere Kanalwand keinem statischen Druck
ausgesetzt ist.
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Sie kann daher als ein vorgefertigter, ~vorzugsweise aus Polyurethan
oder Polyäthylen hergestellter Bauteil ausgebildet sein und bereits in vormontiertem
Zustand die erforderlichen Druckluftleitungen für den irucklufteintrag in den Ringkanal
tragen. Die Ausbildung der J?lüssigkeitswalze und die Ausscheidung des in der Walze
mitgefillirten Sandes kann daher wesentlich begünstigt werden, daß in weiterer Ausgestaltung
der Erfindung die Bodenzone des Ringkanals wenigstens annähernd sphärisch vom oberen
richterrand gegen die äußere Kanalwand ansteigend ausgebildet ist.
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Vorteilhaft kann die gewölbte Bodenzone am Übergang zum Trichterrand
gegen die Horizontale eine geringe Neigung aufweisen, die bis zu 300' beträgt, vorzugsweise
zwischen SO und 200 insbesondere 100 - 150 beträgt. Bei einer bevorzugten Ausführungsforin
der Erfindung ist eine radial in den Ringkanal einmündende Zulaufleitung für das
zu entsandende Abwasser vorgesehen. Diese Zulaufleitung kann in weiterer Ausgestalrung
der Erfindung alssezenigstens annähernd horizontal verlaufende Beruhigungsstrecke
ausgebildet sein. Fur den Abfluß des entsandeten Abwassers ist in Weiterbildung
der Erfindung eine Düker-Leitung vorgesehen, die etwa im Zentrum des Ringkanalquerschnitts
-bzw. im Zentrum der sich im Ringkanal ausbildenden Blüssigkeitswalze beginnt.
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Die Ausscheidung des in der Flüssigkeitswalze mitgeführten Sandes
kann dadurch beträchtlich gefördert werden, daß-nach einem weiteren Vorschlag der
Erfindung im Ringkanal min -destens eine radio sich erstreckende Querwand vorgesehen
ist. Diese Querwand kann vorteilhaft aus mehreren radial gerichteten Stäben bestehen,
die in einer vertikalen Ebene übereinander mit Abstand angeordnet sind. Mit besonderem
Vorteil kann eine solche Querwand zwischen der Ei#nmündungsstelle des Zulaufs in
den Ringkanal und der Lüker-Leitung
angeordnet sein. Um eine. Turbulenz
des zulaufenden Abwassers weitgehend zu vermeiden, kann die äußere Leitwand im Bereich
des Zulaufs mehrere Durchbrechungen aufweisen.
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Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung des Sandfangs
liegt darin, daß sich der ausgeschiedene Sand in dem zentral angeordneten Absetzbehälter
ansammeln kann.
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Unter Ausnutzung dieses Vorteils kann eine kontinuierliche Entnahme
des angesammelten Sandes dadurch erfolgen, daß in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
eine zentrale, bis nahe' an den Boden des Absetzbehälters reichende Saugleitung
vorgesehen ist. Dies Absaugleitung kann zweckmäßig als Mammutpumpe ausgebildet sein.
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Weitere Binzelheiten und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus dem nachstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten
Ausf-ihrung#beispiel, einem belüfteten Rund sandfang.
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Es zeigen: Fig. 1 den Rundsandfang in der Ansicht von oben, Fig. 2
in einem nach der Linie TI-II in Fig.l geführten Vertikalschnitt und Fig. 3 einen
Teil aus dem Vertikalschnitt einer modifizierten Ausführungsform.
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Der dargestellte Rundsandfang ist zum Betrieb einer in der Zeichnung
nicht dargestellten Kläranlage mit einem Anschlußwert für 500 bis 10 000 Einwohner
bestimmt und besteht im wesentlichen aus einem einzigen, durchgehenden Behälter
1.
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Dieser ist unterteilt in einen Ringkanal 21 einen Trichter 3 und einen
zylindrischen Absetzbehälter 4. Die oBere Behälterwand 5 kann aus einem vorfabrizierten
Betonrohr mit einem Außendurchmes-ser von.5,0 m bestehen und bildet gleichzeitig
die äußere Kanalwand zum Ringkanal 2. Dieser ist konzentrisch
zu
der vertikalen Achse des Behälters angeordnet und gegen den zentralen Innenraum
6 durch eine vorfabrizierte, aus Polyäthylen hergestellte, innere Kanalwand 7 abgegrenzt,
welche wegen der fehlenden statischen iruckbean -spruchung mit nur geringer Wandstärke
ausgeführt ist.
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An der vom Ringkanal 2 abgekehrten Rückseite der inneren kanalwand
7.-sind mehrere iruckleitungsabschnitte 8 vormontiert befestigt, welche in enge,
durch die innere Kanalwand 7 hindurchgeführte Düsen#einmünden. Zur Versorgung dieser
Dessen mit Druckluft ist eine gemeinsame Druckluftleitung PO vorgesehen, welche
in der aus Fig. 2 erkennbaren Weise über eine gemeinsame Ringleitung 11 und zwei
Absperr- oder Irosselventile 12 mit dem Druckleitungsabschnitt 8 in Verbindung steht.
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Die Abmessungen des Behälters 1 sind mit Rücksicht auf das anfallende
Abwasser ao gewählt, daß bei einer mittleren Abwassermenge der Abwasserspiegel 13
bei etwa 2/3 der Höhe des Ringkanals 2 steht. Da. zu entsandende Abwasser wird dem
Behälter 1 und dem Ringkanal 2 durch -eine radiale Zulauflei -tung 14 zugeleitet,
deren horizontal verlaufender Abschnitt 15 als Beruhigungsstrecke dient und eine
Länge hat, die mindestens das l0-fache der aus Fig. 1 erkennbaren lichten Weite
der Zulaufleitung beträgt. Das zu entsandende Abwasser fließt demgemäß mit geringer
Turbulenz in'den Ringkanal 2 ein und wird dort durch die an den Düsen 9 austretende
Druckluft in eine Umwäl'zbewegung 16 versetzt. Von. den aufsteigenden Luftblasen
wird das Abwasser in unmittelbarer Nähe der inneren Kanalwand 7 nach oben mitgenommen,
fließt dann in radialer Richtung gegen die äußere Kanalwand 5, wird dort nach unten
abgelenkt und fließt dann in die Nähe der Düsen 9 zurück. Um diese, eine Flüssigkeitswalze
ergebende Umwälzbewegung zu begünstigen, ist in der Nähe der inneren Kanal wand
7 eine innere Leitwand 18 in geringem Abstand angeordnet, durch welche die Mitnahmewirkung
der aufsteigenden Luftblasen
stark begünstigt wird. In geringem
Abstand von der äußeren Kanalwand 5 befindet sich eine zweite Leitwand 19, die ebenso
wie die innere Leitwand 18 aus PoXyåthylen hergestellt ist, jedoch im Gegensatz
zu dieser im Bereich der Sinmündungszone 20 der Zulaufleitung 14 mehrere Durchbrechungen
21'auSweist. Hierdurch wird sichergestellt, daß das in den Ringkanal einlaufende,
noch mit Sand versetzte Abwasser mit geringer Turbulenz eintritt und von der Umwälzbewegung
16 erfaßt wird, die an ihrer äußeren Randzone eine Geschwindigkeit von etwa 0,3
m/s aufweist.
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Um-die Umwälzbewegung 16 weiterhin zu begünstigen, ist der Boden 24
des Ringkanals 2 sphärisch ausgebildet und steigt vom oberen kand 25 bis gegen die
äußere Kanalwand 5 an. Der Boden 24 hat an der Verschneidung mit dem oberen Rand
25 des Trichters eine geringe Neigung, welche zwischen 50 und 300 liegen kann, vorteilhaft
bei etwa 150 bis 250 liegt. Lurch diesen geringen Neigungswinkel ergibt sich eine
gute Ablffsung der Strömung der Flu#ssigkeitswalze über dem Absetz -spalt 26, welcher
zwisdhen der unteren Randzone der Innenrandkanalwand 7 und dem oberen Trichterrand
25 bzw. der Trichterwandzone gebildet wird. Dieglieigung des Bodens 24 am Absetzspalt
26.stellt sicher, daß dort keine störenden Sandablagerungen erfolgen können. Vielmehr
ist hierdurch ermöglicht, daß der aus der Randzone der Flüssigkeitswalze ausscheidende
Sandanteil durch den Absetzspalt 26 hindurch in den Trichter 3 gelangen kann und
von dort in den Absetzbehälter 4 rutscht.
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Zur Entnahme des in der beschriebenen Weise entsande'ten Abwassers
ist eine lüker-Leitung 28 vorgesehen, deren Ein -trittsöffnung 29 im Zentrum des
Querschnitts des Ringkanals 2 bzw. der sich im Ringkanal ausbildenden Flüssigkeitswalse
befindet und demzufolge das entsandete Abwasser aus dem ruhigen Kern der Flüssigkeitswalze
entnimmt. Durch den Abzug dieses entsandeten Abwassers entsteht im Ringkanal 2 eine
~gegen.den Drehsinn des Uhrzeigers gerichtete Kreis -strömung
30.
Diese Kreisströmung soll gegenüber der Umwälzbewegung 16 eine vernachlässigbare
Geschwindigkeit haben.
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Zu diesem Zweck sind auf der sich über annähernd 3600 erstreckenden
Ereisbewegung verteilt angeordnet insgesamt vier Querwände 31, 32, 33 und 34 vorgesehen.
Die letztgenannte Querwand 34 liegt zwischen der Einlaufzone 20 der Zulaufleitung
14 und der Düker-Leitung 28 und verhindert, daß das zulaufende, noch nicht entsandete
Abwasser über die lüker-Leitung 28 abgesaugt werden kann. Jede dieser Quer -wände
31 bis 34 besteht aus einer Anzahl - beim dargestellten Ausführungsbeispiel aus
sieben - radial gerichteten Stäben 35, die übereinander in einer vertikalen Ebene
mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind. Durch diese Querwände wird die Kreisstörmung
30 wirkungsvoll unterbrochen und die Ausbildung der Umwälzbewegung 16 der Wasserwize
stark begünstigt.
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Zur #ntnahme des abgesetzten Sandes, welcher sich im Absetzbehälter
4 sammelt, ist beim dargestellten Ausführungsbei -spiel eine zentrale Saugleitung
37 vorgesehen, die zu einer Mammutpumpe gehört, die' über eine Druckleitung 38 mit
Druckluft versorgt wird. Die aus der Druckluftleitung 38 in die zentrale Saugleitung
37 eintretende Druckluft steigt nach oben und befördert infolge der dabei auftretenden
Saugluft in kontinuierlichem Strom die abgesetzten Sandmengen, beispielsweise in
einen Sandentwässerungskanal oder -behälter ab. Diese pneumatische Entnahme des
abgesetzten Sandes kann kontinuierlich erfolgen und erfordert nur.einen sehr geringen
Energieaufwand.
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Bei der abgewandelten Ausführungsform nach Fig. 3 ist der Neigunginkel
cr , welchen der gewölbte Boden 24 des Ringkanals 2 mit dem oberen Rand 25 des Trichters
3 einschließt, etwas größer als beim vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel gewählt
und beträgt etwa 25°. Dieser vergrößerte Neigungswinkl gewährleistet mit größerer
Sicherheit, daß der
aus der Wasserwalze ausgefällte Sand, ohne
sich am Boden 24 festsetzen zu können, in den Trichter 3 und von dort in den Absetzbehälter
4 gelangt. Um jedoch eine Störung der Umwälzbewegung im Ringkanal 2 zu vermeiden
und den Absetzspalt 26 schmal halten zu können, ist beim Ausführungsbeispiel nach
Fig. 3 an der unteren'Randzone der inneren Kanalwand 7 ein nach unten und nach außen
sich konisch erweiternder Ansatz 40 vorgesehen, welcher die Umlenkung der Strömung
verbessert und eine Sandablagerung weitgehend verhindert.