DE2900566C3 - 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 Auslauföffnung « angeordnet sind, wobei die zur Zulauföffnung führende Zuleitung im wesentlichen in Verlängerung einer der Seitenwände verläuft.

Derartige Becken finden immer häufiger dort Verwendung, wo es gilt, Mengen- und Schmutzkonzen- v> trationsschwankungen im Abwasserkanalnetz auszugleichen. Besonders große Schwankungen treten in Mischwasserkanalisationen auf, weil Regenwässer und Abwässer in einem gemeinsamen Kanalnetz abgeführt werden. Die Abflußmengen in Regenzeiten können ein « 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 6« 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 « die Mengen- und Schmutzkon/entrationsschwankiingen 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 entleeren sich dann allmählich wieder. Da der 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 nächslen Bach oder Fluß abgeschlagen werden kann. Diese Kombination aus Stauraum und Überlauf wird deswegen als Regenüberlaufbecken bezeichnet

Beim Betrieb 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 Regenwasserbecken entwickelt worden (vgl. die DE-PS 19 45 922), die so ausgebildet sind, daß beim Füllen eine Strömung entsteht, d:e dafür sorgt, daß sich Schmut/teile 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 mn 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 Beckeneingang und Beckenausgang 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 !angem und schmalem Grundriß ausgebildet wird oder — bei gedrungenen Beckenquerschnittt.i — 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 Mindestfließgeschwindigkeiten, 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 relativ 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 Höhendifferenz 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 tiefergelegenen Bodenbereich entlang einer Seitenwand eine geneigt zur Ablauföffnung hinführende Abflußrinne angeordnet ist. Zur Reinigung eines so ausgebildeten Beckens sind weder mechanische Räumgeräte noch Spüleinrichtungen erforderlich. Seine Reinigung erfolgt vielmehr völlig selbsttätig durch das Zusammenspiel mehrerer Strömungseffekte 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 bzw. diametral gegenüber der Zulauföffnung angeordnei.

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

Der Gefällewinkel des Beckenbodens kann, ausgehend von der im wesentlichen in Verlängerung der hi Zuleitung liegenden Seitenwand 0.5 bis 5°, vorzugsweise 2 bis 3°, zur Horizontalebenc; betragen, während der Gefällewinkel des Beikeriboderr- entgegen der 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.

Der 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

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Rückhaltebeckens,

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

F i g. 3 die Draufsicht einer dritten Ausführungsform im Maßstab entsprechend F i g. 2,

Fig.4 eine perspektivische Darstellung des Strömungsverlaufes im Rückhaltebecken und

F i g. 5 bis 8 Strömungsverläufe im Rückhaltebecken entsprechend der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform.

Das in F i g. 1 dargestellte Rückhaltebecken weist einen Beckenboden 1 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 3 sind jeweils etwas kürzer als die senkrecht dazu verlaufenden Seitenwände 4 und 5. Der Beckenboden 1 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 gekennzeichnet, einen vorzugsweise zwischen 0° und +2° liegenden Längssteigungswinkel ac und einen vorzugsweise zwischen + 0,5° und +5° liegenden Querneigungswinkel/?.

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 1° und 5° liegenden Winkel η geneigte Abflußrinne 6 auf, die zur Ablauföffnung des Beckens bzw. den sich daran anschließenden Ablauf 7 führt. Die jeweilige Tiefe der Abflußrinne * ergibt sich aus den vorerwähnten Neigungswinkeln λ und β des Beckenbodens 1 und dem Neigungswinkel η 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 Ausführungsform 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 Abschrägungs-Winkel δ, ε gleich oder verschieden groß sein können, wobei ό vorzugsweise 30° und ε 60° beträgt. ■»

Das Rückhaltebecken arbeitet folgendermaßen:

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

Durch geeignete Wahl der Neigungswinkel <%,/} und γ und der ZufluBgeometrie wird erreicht, daß mit Hilfe der natürlichen Schwankungen des Trockenwetterabflusses Q, zwischen Q_tmm und Q, _m„ eine große Bodenfläche bestrichen und hierdurch gereinigt wird (vgl. F ig. 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. 6), 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 Fig.6 angedeuteten Kurve 14 — an der Außenwand des Beckens eniiang'iäuii, wodurch an der oberen Seitenwand 2 und der rechten Seitenwand 4 große Schleppkräfte erzeugt werden. Während der Beckenfüllung wird dem Wasservorrat durch die exzentrische Anordnung der Zuleitung 8 ein Impuls mitgeteilt, der eine Drehbewegung 15 des ■> Wassers auslöst. Die aus dieser Drehbewegung 15 resultierende Sekundärströmung ist am Beckenboden 1 auf das Zentrum des Beckens hin gerichtet (vgl. Pfeile 16 in Fig.6). Der absetzbare Schmutz, der nicht unmittelbar infolge der Kurzschlußströmung von der Zuleitung

K) 8 zum Ablauf 7 aus dem Becken abgeführt wird, wird von dieser Sekundärströmung an einer definierten Stelle, nämlich etwa in Beckenmitte 17, abgelagert.

Entleert sich das Becken allmählich wieder, so »reitet« der Wasserstrahl, der nun aus relativ sauberem Wasser besteht, wieder auf der zurückweichenden Wasserfront nach unten und reinigt dabei den Beckenboden 1. 1st das Becken vollständig geleert, so folgt der Wurfstrahl wieder seiner eigenen Gesetzmäßigkeit, wobei er die in der Beckenmitte 17 abgelagerte

μ Schmutzinsel auflöst, sofern diese von dem sich zurückziehenden Wasser nicht bereits aufgelöst und mitgenommen worden sein sollte, wobei sich ein weiterer Effekt des Wurfstrahles als sehr wirkungsvoll erweist, nämlich seine Tendenz zur Wandhaftung und zur Bildung von Mäandern 18. Wasserhaltiger Schlamm und Faserstoffe werden besonders leicht abgeführt, da sie wegen des geringen Gewichts auf dem glatten, ebenen Beckenboden 1 auf einem Gleitfilm aus Wasser fortgeschwemmt werden. Gröbere Verunreinigungen, wie Steine, Sand, Kies o. dgl, werden zuletzt weggeräumt, wobei sich die vom Abwasser mitgeführten Faserstoffe als sehr nützlich erweisen, da sie an größeren Fremdkörpern hängen bleiben, die sie einwickeln und dadurch deren Strömungswiderstand

« und deren Gleitfähigkeit erhöhen.

Während der Nacht, also zu Zeiten geringeren Zuflusses reicht die Eintrittsgeschwindigkeit nicht mehr zur Ausbildung eines Wurfstrahles aus. Der Strahl läuft dann in der Ecke 20 der Seitenwand 5 (vgl. die in F i g. 8 angedeutete Linie 19) ab und putzt diese dabei aus.

Wie aus F i g. 3 ersichtlich, kann das Becken noch eine zweite Ablaufrinne aufweisen, die entlang der Seitenwand 4 verläuft und mit der Abflußrinne 6 eine gemeinsame Ecke besitzt in der die Auslauföffnung

"5 angeordnet ist

Bei den in der Zeichnung dargestellten Rückhaltebekken wird deren Stauwirkung jeweils dadurch erzielt daß der Durchmesser der Zulauföffnung 21 jeweils wesentlich größer ist als der der Ablauföffnung 22.

so Die Ablauföffnung 22 ist nicht horizontal am Beckenboden 1, sondern vertikal in einer Seitenwand angeordnet, mit dem Vorteil daß auch bei sehr geringem natürlichem Geis

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Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. 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 Auslauföffnung angeordnet sind, wobei die zur Zulauföffnung führende Zuleitung im wesentlichen in Verlängerung einer der iu Seitenwände verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß der Beckenboden (I) 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 ist.

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 Einströmrichlung einen Winkel von mindestens 45° einschließt.

4. Rückhaltebecken nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gefällewinkel {ß) 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 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gefällewinkel (λ) des Beckenbodens (1) entgegen der is Einströmrichtung 0° bis 2°, vorzugsweise 0,5° bis 1,5°, zur Horizontalebene beträgt.

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 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundriß des 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).

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, abgeschrägt ausgebildet sind und die jeweiligen Abschrägungswinkel (δ bzw. ε) gleich oder verschieden groß sind und vorzugsweise 45° bis 60° betragen.

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

10. Rückhaltebecken nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 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. Rückhaltebecken nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergänge zwischen den Seitenwänden (2 bis 5) und dem Beckenboden (I) abgeschrägt ausgebildet sind.