DE2900566B2 - Rückhaltebecken, insbesondere in Mischwasserkanalisationen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Rückhaltebecken, insbesondere für den Hauptschlußbetrieb in Mischwasserkanalisationen, mit einem von Seitenwänden umgebenen Boden, in dessen Bereich die Zulauföffnung und die tiefer als die Zulauföffnung liegende Ablauföffnung r> angeordnet sind, wobei die zur Zulauföffnung führende Zuleitung im wesentlichen in Verlängerung einer der Scitenwände verläuft.

Derartige Becken finden immer häufiger dort Verwendung, wo es gilt, Mengen- und Schmutzkonzen- "> <· trationsschwankungen im Abwasserkanalnetz auszugleichen. Besonders große Schwankungen treten in Mischwasserkanalisationen auf, weil Regenwasser und Abwässer in einem gemeinsamen Kanalnctz abgeführt werden. Die Abflußmengen in Regenzeiten können ein v> Vielfaches der zu Trockenwetterzeiten abfließenden häuslichen Abwassermengen betragen. Bei plötzlich einsetzendem Regen laufen Flutwellen durch das Kanalnetz, die den zu Trockenwetterzeiten im Kanal, auf Straßen und Dächern abgelagerten Schmutz in mi Richtung Kläranlage drücken, wobei Schmutzstöße zu beobachten sind, d. h., daß der Schmutz jeweils im wesentlichen im vorderen Flutwellenteil transportiert wird.

Da eine Kläranlage nur dann optimal arbeitet, wenn t>~· die Mengen- und Schmulzkonzentrationsschwankungen des Zulaufes nicht zu groß werden, müssen in das Kanalnetz der Mischwasserkanalisation Pufferräume eingeschaltet werden. Diese Pufferräume bestehen zumeist aus größeren künstlichen Stauräumen mit einer Drosseleinrichtung am Auslauf. Sie füllen sich bei Regen rasch und entlecen sich dann allmählich wieder. Da tier Schmutz im wesentlichen im vorderen Flutwellenbereich transportiert wird, ist es mittels dieser Becken auch möglich, eine gewisse Trennung zwischen verschmutztem und sauberem Wasser zu erzielen. Das Volumen derartiger Pufferräume ist so zu wählen, daß der vordere, schmutzigere Flutwellenteil ungehindert in den Stauraum einläuft und das nachdrängende, saubere Wasser über einen Überfall vor dem Stauraum direkt zum nächsten Bach oder Fluß abgeschlagen werden kann. Diese Kombination aus Stauraum und Überlauf wird deswegen als Regelüberlaufbecken bezeichnet.

Beim Beirieb derartiger Regenüberlaufbecken ist darauf zu achten, daß sie einerseits Schmutz und Wasser gleichzeitig zurückhalten sollen und daß andererseits in ihnen nach ihrer Entleerung kein bzw. möglichst wenig Schmutz verbleibt. Es ist möglich, dies durch manuelle Beckenreinigung oder mittels maschineller Räum- und Spülvorrichtungen zu erreichen. Wegen der schwierigen Arbeitsbedingungen für Mensch und Maschine wird von dieser Möglichkeit jedoch nur ungern Gebrauch gemacht. Es sind daher schon Regenwassci becken enlwickelt worden (vgl. die DE-PS 19 45 922), die so ausgebildet sind, daft beim Füllen eine Strömung entsteht, die dafür sorgt, daß sich Schmutzteile am

Beckenablauf konzentrieren und damit in eine Zone großer Schleppkraft geraten und von dort mehr oder weniger vollständig vom nachströmenden Wasser mitgerissen werden. Die Einsatzmöglichkeit derartiger Staubecken ist jedoch begrenzt, da sie mit Rücksicht auf die Selbstreinigungskraft nicht mit beliebig großem Fassungsvermögen ausgebildet werden können. Darüber hinaus haben derartige Staubecken den Nachteil, daß sich bei ihnen die Höhendifferenz zwischen Beckeneingattg und ßeckenausgang nicht beliebig klein wählen läßt.

Bei Staubecken, die im Hauptschluß arbeiten, bei denen also der Trockenwetterstrom ständig durch das Becken fließt, ist bereits versucht worden, den Trockenwetterstrom so zu lenken, daß er nach Leerung des Beckens dessen Beckensole allmählich wieder reinigt, was beispielsweise dadurch erreicht werden kann, daß der Stauraum als »Kanalstauraum« mit langem und schmalem Grundriß ausgebildet wird oder — bei gedrungenen Beckenquerschnitten — dadurch, daß der Trockenwetterstrom in hin- und herlaufenden Rinnen geführt wird, die so bemessen und angeordnet sein müssen, daß sie möglichst die gesamte Bodenfläche bestreichen (vgl. hierzu J. Koral u. A. C. Saatci, »Regenüberlauf- und Regenrückhaltebecken«, WEMA-Fachverlag, Zürich, 1976). Die Nachteile derartiger Staubekken bestehen einerseits darin, daß sie relativ lange Fließwege und relativ hohe Mindestfließgeseliwindigkeiten, also relativ große Höhendifferenzen zwischen dem Beckeneingang und dem Beckenauslauf voraussetzen, die innerhalb des Kanalnetzes oft nicht zur Verfügung stehen, und andererseits darin, daß sie ι eluiiv hohe Baukosten pro Stauvolumeneinheit verursachen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen, d.h. ein Rückhaltebecken der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß seine Reinigung — auch bei geringer 1 löhendifferenz zwischen Einlaß und Auslaß -- weitgehend selbsttätig erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Beckenboden im wesentlichen als schiefe Ebene ausgebildet ist, deren Gefälle in eine Richtung weist, die mit der Einströmrichtung einen Winkel von höchstens 90" einschließt, und daß im tiefergelengenen Bodenbereich entlang einer Seitenwand eine geneig¹ zur Ablauföffnung hinführende Abflußrinne angeordnet ist. Zur Reinigung eines so ausgebildeten Beckens sind weder mechanische Räumgeräte noch Spüleinrichumgen erforderlich. Seine Reinigung erfolgt vielmehr völlig selbsttätig durch das Zusammenspiel mehrerer Strömlingseffekte und der natürlichen Dynamik des durchströmenden Wassers. Ein so ausgebildetes Becken kann dabei relativ kompakt gestaltet sein und auch in den Fällen eingesetzt werden, in denen nur ein relativ geringes Kanal-Gefälle zur Verfügung steht.

Die Ablauföffnung ist vorzugsweise diagonal b/w. diametral gegenüber der Zulauföffnung angeordnet.

Es ist zweckmäßig wenn die Richtung des Gefälles des Beckenbodens mit der Einströmricntung einen Winkel von mindestens 45" einschließt. Das Gefälle kann somit von senkrecht zur Einströmrichtung bis schräg rückwärts entgegen der Einströmrichtimg verlaufen.

Der Gefällewinkel des Beckenbodens kann, ausgehend von der im wesentlichen in Verlängerung der Zuleitung liegenden Seitenwand 0,5 bis 5", vorzugsweise 2 bis J", zur Horizontalebene betragen, während der Gcfällewinkel des Beckenbodens entgegen tier Einströmrichtung 0 bis 2°, vorzugsweise 0,5 bis 1,5°, zur Horizontalebene beträgt. Die Steigung verläuft somit im wesentlichen in Einströmrichtung. Infolge des Fehlens einer Rinne entlang des einströmseitigen Randes des Beckenbodens kann das einströmende Wasser in Abhängigkeit von seiner Strömungsgeschwindigkeit durch die schiefe Ebene mehr oder weniger stark abgelenkt werden und die Fläche des Bodens überstreichen.

Zur Vereinfachung seiner Herstellung ist der Grundriß des Beckens vorzugsweise im wesentlichen quadratisch. Der Grundriß des Beckens kann auch im wesentlichen dem eines gedrungenen Rechteckes entsprechen, dessen parallel zur Abflußrinne verlaufende Seitenwände kürzer sind als die senkrecht dazu verlaufenden Seitenwände.

ΓΧτ Selbstreinigungseffekt des erfindungsgemäßen Rückhaltebeckens kann dadurch verbessert werden, daß die der Zulauföffnung gegenüberliegende obere Beckenecke und/oder die der Ablauföffnung gegenüberliegende untere Beckenecke, im Grundriß gesehen, abgeschrägt ausgebildet sind, und die jeweiligen Abschrägungswinkel gleich oder verschieden groß sind und vorzugsweise 45° bis 60° betragen.

Die Längsachse der Zuleitung des erfindungsgemäßen Rückhaltebeckens verläuft zweckmäßig im üblichen Mindestgefälle, wobei die Zuleitung mit der im wesentlichen in ihrer Verlängerung verlaufenden Seitenwand einen Winkel von - 5 bis +15° einschließt.

Zur Erhöhung des Selbstreinigungseffektes des erfindungsgemäßen Rückhaltebeckens können die Übergänge zwischen den Seitenwänden und dem Beckenboden abgeschrägt ausgebildet sein.

Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. In der Zeichnung zeigt bzw. zeigen jeweils schematisch

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Rückhaltebeckens,

F i g. 2 die Draufsicht einer zweiten Ausführungsform in verkleinertem Maßstab,

Fi g. 5 die Draufsicht einer dritten Ausführungsform im Maßstab entsprechend F i g. 2,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung des Ströinungsverlaufes im Rückhaltebecken und

Fig. 5 bis 8 Strömungsverläufe im Rückhaltebecken entsprechend der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform.

Das in F i g. I dargestellte Rückhaltebecken weist einen Beckenboden I auf, der von jeweils vertikal verlaufenden Seitenwänden 2, 3, 4 und 5 umgeben ist. Der Grundriß dieses Beckens entspricht im wesentlichen dem eines gedrungenen Rechtecks — die in der Zeichnung obere Seitenwand 2 und die ihr gegenüberliegende Seitenwand } sind jeweils etwas kürzer als die senkrecht dazu verlaufenden Seitenwände 4 und 5. Der Beckenboden I dieses Staubeckens ist im wesentlichen flach und im Umriß rautenförmig ausgebildet, so daß er mit den ihn umgebenden Seitenwänden 2 bis 5 jeweils von 90" geringfügig abweichende Winkel einschließt und ein Gefälle aufweist, dessen Richtung /im Vergleich zur Einströmrichtung eine Rückwärtstendenz hat und mit der oberen Seitenwand 2 einen Winkel einschließt, der ca. 45° beträgt. Die Neigung des Beckenbodens 1 ist durch zwei Winkel gegen die Horizontale gekennzeiehnet, einen vorzugsweise zwischen 0° und +2° liegenden l.ängssteigungswinkel nt ui,d einen vorzugsweise zwischen + 0,5° und +5° liegenden Querneigungswinkel ß.

In seinem unteren Randbereich weist der Beckenbo-

den 1 eine sich im Querschnitt konisch nach unten verjüngende und im Längsschnitt von links nach rechts erweiternde, unter einen vorzugsweise zwischen I" und 5" liegenden Winkel Λ geneigte Abflußrinne 6 auf, die zur Ablauföffnung des Beckens bzw. den sich daran anschließenden Ablauf 7 führt. Die jeweilige Tiefe der Abflußrinne 6 ergibt sich aus den vorerwähnten Neigungswinkeln α und β des Beckenbodens 1 und dem Neigungswinkel λ der Abflußrinne 6.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform ist die Ablauföffnung 22 im Bodenbereich der rechten unteren Boden-Ecke und die Zulauföffnung 21 im Bodenbereich der linken oberen Ecke angeordnet. Der Zulauföffnung 21 ist dabei eine Zuleitung 8 zugeordnet, die im wesentlichen rohr- oder rinnenförmig ausgebildet sein kann. Die Längsachse dieser Zuleitung 8 verläuft bei der in F i g. 1 dargestellten Ausfülirungsform parallel zur oberen Seitenwand 2. Bei der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform schließt die Längsachse der Zuleitung 8 mit der oberen Seitenwand 2 einen Winkel γ ein, der vorzugsweise 15° beträgt.

Die der Zulauföffnung 21 benachbarte obere Beckenecke 9 und/oder die der Ablauföffnung benachbarte untere Beckenecke 10 können zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse abgeschrägt ausgebildet sein (vgl. F i g. 2 und 3), wobei die jeweiligen Abschrägungswinkel γ, ε gleich oder verschieden groß sein können, wobei γ vorzugsweise 30° und e 60° beträgt.

Das Rückhaltebecken arbeitet folgendermaßen:

Läuft ein Wasserstrom in das leere Becken ein, so ergibt sich aus dem Kräftespiel zwischen der Trägheit in ■ c, der Reibungskraft F_n der durch das Gefälle erzeugten Gewichtskraftkomponente Ci, der Oberflächenspannung und der inneren Kraft des Wasserstrahls eine definierte Strahlfigur in Form einer Wurfparabel, die sich in Abhängigkeit vom Zufluß ζ>ändert.

Durch geeignete Wahl der Neigungswinkel α, β und γ und der Zuflußgeometrie wird erreicht, daß mit Hilfe der natürlichen Schwankungen des Trockenwetterabflusses Q₁ zwischen Q,_mm und Q,„,_al eine große Bodenfläche bestrichen und hierdurch gereinigt wird (vgl. Fig.3).

Bei heftigem Regen füllt sich das Becken. Der Strahl 11 trifft auf ein ansteigendes Wasserpolster 12, das den auftreffenden Wasserstrahl bei 13 nach oben ablenkt (F i g. 5). Ist die Zuleitung 8 völlig überstaut (vgl. F i g. 5), wird die Strahlrichtung im wesentlichen nicht mehr von der Neigung des Beckenbodens 1 bestimmt. Bei geeigneter Ausbildung der Zuleitung 8 kann sogar der Effekt der Wandhaftung von turbulenten Strahlen so weit ausgenutzt werden, daß der Strahl dicht — entsprechend der in F i g. 6 angedeuteten Kurve 14 — an der Außenwand des Beckens entlangläuft wodurch an der oberen Seitenwand 2 und der rechten

Seitenwand 4 große Schleppkräfle erzeugt werden Während der Beckenfüllung wird dem Wasservorra durch die exzentrische Anordnung der Zuleitung 8 eir Impuls mitgeteilt, der eine Drehbewegung 15 de: Wassers auslöst. Die aus dieser Drehbewegung Ii resultierende Sekundärströmung ist am Beckenboden 1 auf das Zentrum des Beckens hin gerichtet (vgl. Pfeile K in F i g. 6). Der absetzbare Schmutz, der nicht unmittel bar infolge der Kurzschlußströmung von der Zuleitung 8 zum Ablauf 7 aus dem Becken abgeführt wird, wire von dieser Sekundärströmung an einer definierter Stelle, nämlich etwa in Beckenmitte 17, abgelagert.

Entleert sich das Becken allmählich wieder, se »reitet« der Wasserstrahl, der nun aus relativ sauberen Wasser besteht, wieder auf der zurückweichender Wasserfront nach unten und reinigt dabei der Beckenboden 1. Ist das Becken vollständig geleert, se folgt der Wurfstrahl wieder seiner eigenen Gesetzmä ßigkeit, wobei er die in der Beckenmilte 17 abgelagert« Schmutzinsel auflöst, sofern diese von dem sicr zurückziehenden Wasser nicht bereits aufgelöst unc mitgenommen worden sein sollte, wobei sich eir weiterer Effekt des Wurfstrahles als sehr wirkungsvol erweist, nämlich seine Tendenz zur Wandhaftung unc zur Bildung von Mäandern 18. Wasserhaltiger Schlamrr und Faserstoffe werden besonders leicht abgeführt, di sie wegen des geringen Gewichts auf dem glatten ebenen Beckenboden 1 auf einem Gleitfilm aus Wassei fortgeschwemmt werden. Gröbere Verunreinigungen wie Steine, Sand, Kies o. dgl., werden zuletzt wegge räumt, wobei sich die vom Abwasser mitgeführter Faserstoffe als sehr nützlich erweisen, da sie ar größeren Fremdkörpern hängen bleiben, die si( einwickeln und dadurch deren Strömungswiderstanc und deren Gleitfähigkeit erhöhen.

Während der Nacht, also zu Zeiten geringerer Zuflusses reicht die Eintrittsgeschwindigkeit nicht mehl zur Ausbildung eines Wurfstrahles aus. Der Strahl lauf dann in der Ecke 20 der Seitenwand 5 (vgl. die in F i g.! angedeutete Linie 19) ab und putzt diese dabei aus.

Wie aus F i g. 3 ersichtlich, kann das Becken noch eini zweite Ablaufrinne aufweisen, die entlang der Seiten wand 4 verläuft und mit der Abflußrinne 6 eini gemeinsame Ecke besitzt, in der die Auslauföffnunj angeordnet ist.

Bei den in der Zeichnung dargestellten Rückhaltebek ken wird deren Stauwirkung jeweils dadurch erzielt, dal der Durchmesser der Zulauföffnung 21 jeweils wesent lieh größer ist als der der Ablauföffnung 22.

Die Ablauföffnung 22 ist nicht horizontal an Beckenboden 1, sondern vertikal in einer Seitenwant angeordnet, mit dem Vorteil, daß auch bei sehi geringem natürlichem Gefälle ein Abfluß möglich ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Rückhaltebecken, insbesondere für den Hauptanschlußbetrieb in Mischwasserkanalisationen, mit einem von Seitenwänden umgebenen Boden, in dessen Bereich die Zulauföffnung und die tiefer als die Zulauföffnung liegende Auslauföffnung angeordnet sind, wobei die zur Zulauföffnung führende Zuleitung im wesentlichen in Verlängerung einer der Seitenwände verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß der Beckenboden (1) im wesentlichen als schiefe Ebene ausgebildet ist, deren Gefälle in eine Richtung (I) weist, die mit der Einströmrichtung einen Winkel von höchstens 90" einschließt, und daß im tiefergelegenen Bodenbereich entlang einer Seitenwand (3) eine geneigt zur Ablauföffnung (22) hinführende Abflußrinne (6) angeordnet i-jt.

2. Rückhaltebecken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablauföffnung (22) diagonal bzw. diametral gegenüber der Zulauföffnung (21) angeordnet ist.

3. Rückhaltebecken nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung (I) des Gefälles des Beckenbodens (1) mit der Einströmrichtung einen Winkel von mindestens 45° einschließt.

4. Rückhaltebecken nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gefällewinkel (/?) des Beckenbodens (1), ausgehend von der im wesentlichen in Verlängerung der Zuleitung (8) liegenden Seitenwand (2), 0,5° bis 5°, vorzugsweise 2° bis 3", zur Horizontalebene beträgt.

5. Rückhaltebecken nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gefällcwinkel (κ) des Beckenbodens (1) entgegen der Einströmrichtung 0" bis 2", vorzugsweise 0,5° bis 1,5°, zur Horizontalebene betrag*.

6. Rückhaltebecken nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundriß des Beckens im wesentlichen quadratisch ist.

7. Rückhaltebecken nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundriß des

in Beckens im wesentlichen dem eines gedrungenen Rechtecks entspricht, dessen parallel zur Abflußrinne (6) verlaufende Seitenwände (2 und 3) kürzer sind als die senkrecht dazu verlaufenden Seitenwände (4 und 5).

ι·

8. Rückhaltebecken nach Anspruch 6 oder 7,

dadurch gekennzeichnet, daß die der Zulauföffnung (21) gegenüberliegende obere Beckenecke (9) und/oder die der Ablauföffnung (22) gegenüberliegende unter Beckenecke (10), im Grundriß gesehen,

2» abgeschrägt ausgebildet sind und die jeweiligen Abschrägungswinkel (γ bzw. ε) gleich oder verschieden groß sind und vorzugsweise 45° bis 60" betragen.

9. Rückhaltebecken nach einem der Ansprüche I i^r< bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse der Zuleitung (8) im üblichen Mindestgefälle verläuft.

10. Rückhaltebecken nach einem der Ansprüche 1 bis 0, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (8)

«' mit der im wesentlichen in ihrer Verlängerung verlaufenden Seitenwand (2) einen Winkel (γ) von — 5" bis +15" einschließt.

11. Rückhallebecken nach einem der Ansprüche 1 bis !0, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergänge

ι·"> zwischen den Seitenwänden (2 bis 5) und dem Beckenboden (1) abgeschrägt ausgebildet sind.