DE2951173C2 - Schwimmende Wasserkläranlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine schwimmende Wasserkläranlage, enthaltend einen Schwimmkörper sowie einen in einem Mantel angeordneten Absetzbihälter aus mehreren parallel verlaufenden und an beiden Enden offenen Kanälen, die zur Horizontalen geneigt angeordnet sind und im Aufstrom durchflossen werden, und einen Sammler für das aus dem Absetzbehälter herausströmende Wasser, an den eine Klarwasserleitung angeschlossen ist.

Aus der US-PS 36 13 889 ist eine schwimmende Wasserkläranlage dieser Art bekannt, deren Sammler jedoch kein gleichmäßiges Einfangen des geklärten Wassers ermöglicht, da dies dem Einlauf der Abzugsleitung nach Durchlaufen ungleichförmiger hydrodynamischer Verhältnisse zuströmt. Zunächst bilden sich nämlich an den unten gelegenen Einlauföffnungen der parallel verlaufenden Kanäle Wasserwirbel aus, die bei den außenliegenden Kanälen und bei den mehr im Mittelbereich gelegenen Kanälen unterschiedlich große Verluste an Strömungsenergie bewirken. Weiterhin ist es ungünstig, daß das geklärte Wasser zwischen dem oberen Ende der parallel verlaufenden Kanäle und dem Einlauf der Abzugsleitung verschieden lange Strömungswege zurücklegen muß, wodurch die hydrodynamischen Verhältnisse noch ungleichmäßiger werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer schwimmenden Wasserkläranlage der eingangs erwähnten Art die hydrodynamischen Verhältnisse im Bereich der Einlauföffnungen der parallel verlaufenden Kanäle und im Bereich des Sammlers für das geklärte Wasser gleichförmiger zu machen.

Dies wird bei einer solchen schwimmenden Wasserkläranlage erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Anlage senkrechte Trennwände zur gleichmäßig verteilten Wasserzufuhr zu dem Absetzbehälter aufweist, die am Unterteil des Mantels befestigt sind und dieses in einzelne mit den Einlauföffnungen der Kanäle verbundene Zellen trennen, und daß der Sammler eine Anordnung von waagerecht verlaufenden Kanälen darstellt, welche zu einem mit der Klarwasserleitung verbundenen gemeinsamen Kanal zusammenlaufen.

Durch die im Unterteil des Absetzbehälters gebildeten Zellen wird die Stabilität der hydrodynamischen Verhältnisse beim Wasserzulauf zu allen Kanälen des Absetzbehälters sichergestellt und die Aufwirbelung des Wasserstroms an den Einlauföffnungen der Kanäle verhindert In dem Zellenbereich stoßen die im Wasserstrom schwebenden Feststoffteilchen mit den durch die Kanäle abrutschenden Rückständen zusammen, wodurch sich in diesem Bereich Wirbel bilden, bei deren Passieren sich die mit dem Ausgangswasserstrom neu zufließenden Feststoffteilchen mit den schon im Wirbel befindlichen Teilchen zusammenballen. Dadurch wird das Absetzen der Feststoffteilchen und somit der Klärungsvorgang beschleunigt.

Durch das gleichmäßige Abziehen des Wassers von der Oberfläche des Absetzbehälters mittels des Sammlers wird die Klarwasserabführung aus allen Kanälen des Absetzbehälters mit einer für alle Kanäle gleichen Geschwindigkeit sichergestellt. Dadurch wird ein gleichmäßiges Absetzen der Feststoffteilchen in allen Kanälen erreicht

Infolge des gleichmäßigen Abziehens des Wassers von der Oberfläche des Absetzbehälters wird über der letzteren eine gleichbleibend hohe Klarwasserschicht gebildet. Ein konstant bleibender Wasserdurchfluß in der Klarwasserleitung bei beliebigen Wasserstandsschwanku igen im Gewässer wird gesichert.

Es ist vorteilhaft, den Sammler durch eine innerhalb des Mantels des Absetzbehälters an seinem Umfang angeordnete ringförmige Trennwand sowie den Mantel selbst zu bilden. Eine derartige Ausführungsform ist bei relativ einfacher Herstellung für ein Wasserwerk mit einer mittleren Tages-Durchsatzleistung von 5000 bis 25 000 m³/Tag gut geeignet.

Bevorzugt ist die Ausführung des Sammlers in Form von Rinnen, die oberhalb der Auslauföffnungen der Kanäle des Absetzbehälters über seine Gesamtfläche verteilt sind.

Eine solche Ausführungsform ist sowohl für ein leistungsschwaches als auch ein leistungsstarkes Wasserwerk mit einer Tagesleistung von über 25 000 m³ geeignet Der Einsatz dieser Anlage ist bei einer relativ großen Absetzbehälterfläche zur Erleichterung des Klarwasserabzugs berechtigt.

Der Sammler kann auch in Form perforierter Rohre ausgeführt sein, die oberhalb der Auslauföffnungen der Kanäle des Absetzbehälters über seine Gesamtfläche verteilt sind. Diese Anlage ist für ein leistungsschwaches Wasserwerk mit einer Tagesleistung von unter 5000 m¹ bei starken Tagesschwankungen des Wasserbedarfs gut geeignet.

Die Erfindung wird nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fi g. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen schwimmenden Wasserkläranlage, in welcher der Sammler als ein Mantel mit ringförmiger Trennwand innerhalb des Mantels ausgeführt ist (hier und weiter wird durch Pfeile in Figuren die Wasser- und die Rückstandsbewegungsrichtung gezeigt);

F i g, 2 eine Draufsicht zu F i g. 1;

Fig.3 eine detaillierte axonometrische Darstellung des Absetzbehälters der erfindungsgemäßen schwimmenden Wassei Gäranlage; ι ο

F i g. 4 eine erfindungsgemäße Anlage nach F i g. 1, in welcher der Sammler in Form von Rinnen ausgeführt ist (der Schwimmkörper der Anlage ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt);

F i g. 5 eine Draufsicht zu F i g. 4;

F i g. 6 eine erfindungsgemäße Anlage nach F i g. 1, in welcher der Sammler in Form perforierter Rohre ausgeführt ist (der Schwimmkörper ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt);

F i g. 7 eine Draufsicht zu F i g. 6;

Fig.8 eine schematische Darstellung des Vorgangs der Wirbelschicht in den Zellen des Mantels.

Die schwimmende Wasserkläranlage begeht aus einem Schwimmkörper 1 (F i g. 1), einer darauf angeordneten Pumpe 2 und einem von einem Mantel 4 umgebenen Absetzbehälter 3. Der Absetzbehälter 3 ist mit dem Saugstutzen der Pumpe 2 über eine Klarwasserleitung 5 verbunden. Der Druckstutzen der Pumpe 2 ist über eine zweiteilige Rohrleitung 6, 7 mit einem Gelenk 7 mit den am Ufer stationierten in Wasserreinigungsanlagen verbunden. Durch das Gelenk 7 wird eine flexible Kopplung der Anlage mit den am Ufer stationierten Reinigungsanlagen gesichert und somit der störungsfreie Betrieb der Anlage bei Wasserstandsschwankungen im Fluß 9 ermöglicht Die y, Anlage weist einen Sammler 10 zum gleichmäßigen Klarwasserabzug auf, der eine Anordnung von waagerecht verlaufenden Kanälen ist, die zu einem mit der Klarwasserleitung 5 verbundenen gemeinsamen Kanal zusammenlaufen.

In der in F i g. 1 und 2 gezeigten Ausführung der Anlage wird der Sammler durch den Mantel 4 sowie eine innerhalb des Mantels des Absetzbehälters 3 an dessen Umfang angeordnete ringförmige Trennwand 11 gebildet. Dabei entstehen um den Absetzbehälter 3 Umleitungskanäle 12 (F i g. 2), die zu einem gemeinsamen Abfühiungskanal 13 zusammenlaufen.

Die Trennwand 11 dient zur Abtrennung der Klarwasser-Abführungszone 14 (Fig. 1) von der Klarwasser-Sammelzone 15 und sichert die Bildung einer w gleichbleibend hohen Vl'asserschicht bei beliebigen Wasserstandsschwankungen im Fluß 9. Die Höhe der Trennwand 11 wird ausgehend von der Fläche des Absetzbehälters 3 sowie der erforderlichen Durchsatzleistung der Anlage gewählt.

Gemäß Fig.3 ist der Absetzbehälter 3 als ein Satz von U-förmig gebogenen Platten 16 ausgeführt, die in dem Mantel 4 parallel zueinander und zur Horizontalen geneigt derart befestigt sind, daß zwischen den Platten 16 an beiden Enden offene Kanäle 17 gebildet werden, die im Aufstrom durchflossen werden. Optimale Klärergebnisse werden bei der Anordnung der Platten 16 unter einem Winkel von 45 bis 65° zur Horizontalen erzielt. Durch den gewählten Neigungswinkel der Kanäle 17 wird ein ununterbrochenes Selbstabrutschen h5 der Rückstände n.us den Kanälen gesichert. Der Absetzbehälter 3 ist bezüglich des Schwimmkörpers 1 so angeordnet, daß die /iislauföffnungen der Kanäle 17 beim Eintauchen der Anlage ins Gewässer unter dem Wasserspiegel liegen.

Die Platten 16 im Absetzbehälter können auch durch einen Satz von Rohren (nicht gezeigt) ersetzt werden.

Im Unterteil des Mantels 4 sind senkrechte Längsund Quertrennwände 18 befestigt, durch welche das Unterteil in Zellen 19 aufgeteilt wird, die mit den Einiauföffnungen der Kanäle 17 verbunden sind. Die Höhe der Trennwände 18 wird so gewählt, daß die Bildung möglichst dünner Feststoffteilchen-Wirbel in den Zellen 19 ermöglicht wird.

Durch die Trennwände 18 werden nicht nur die hydrodynamischen Verhältnisse im Zulaufbereich verbessert, sondern auch die Konstruktion des Absetzbehälters 3 verfestigt, und darüber hinaus wird es möglich, Fischgitter an den Trennwänden zu befestigen.

Neben der in F i g. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform ist auch eine Ausführung des Sammlers 10 in Form von Rinnen 20 nach den F i g. 4 und 5 oder :n Form von perforierten Rohren 21 nach den F i g. 6 und 7 möglich, die oberhalb der Auslauföffnungen d»·· Kanäle 17 über die Gesamtfläche des Absetzbehälters 1 verteilt sind.

Die Rinnen 20 (Fig.4) und die ringförmige Trennwand 11 (Fig. 1) können sowohl eine gerade als auch eine gezackte Kante aufweisen, wie dies in F i g. 4 gezeigt ist. Im letzteren Fall wird bei Wasserstandsschwankungen irn Fluß eine Selbstregelung des Durchflusses des aus dem Absetzbehälter 3 abgeführten Wassers erreicht.

Die Arbeitsweise der beschriebeneu Anlage:

Die Anlage wird im Fluß 9 bzw. in einem anderen Gewässer positioniert und mit Hilfe von Rohrleitungen mit den am Ufer stationierten Wasserreinigungsanlagen verbunden.

Nach der Einschaltung der Pumpe 2 sinkt der Wasserstand im Mantel 4 bezüglich des Wasserspiegels im Fluß 9 ab. Die Wasserstandsdifferenz nimmt mit der Erhöhung der Förderung zu. Durch die Wasserstandsdifferenz wird ein Wasserstrom durch die Zellen 19 im Aufstrom durch die geneigt angeordneten Kanäle 17 des Absetzbehälters 3 (siehe Fig.8) erzeugt. In den ZeL'?n 19 wird die Wirbelstörung des Wasserstroms am Einlauf der Kanäle 17 beseitigt. Zu den Kanälen 17 gelangt somit ein ruhiger, laminarer Wasserstrom, dessen Geschwindigkeit ca. 0,01 m/s nicht überschreitet, während die Strömungsgeschwindigkeit im Flu3 auch über 2,0 m/s betragen kann.

Auf dem Weg durch die Kanäle 17 im laminaren Strom werden die im Wasser schwebenden Feststoffteilchen abgesetzt Sie rutschen dann an den Kanalwandungen über die Zellen 19 in den Fluß 9 ab und werden von diesem weggetragen, so daß die Bildung von Anschwemmungen am Gewässergrund am Ort der Anlagenaufstellung verhindert wird.

Durch die Gegenströmung, welche durch den Wasserzulauf zu den Zellen 19 sowie das Abrutschen der Rückstände aus den geneigt angeordneten Kanälen

17 gebildet wird, entstehen in der durch die Trennwände

18 begrenzten Zone Feststoffteilchen-Wirbel 22. Dadurch werden g-'instige Voraussetzungen für das Zusammenballen der mit dem Flußwasserstrom neu zulaufenden Feststoffteilchen mit den Teilehen der Wirbel geschaffen. Infolge des Zusammenhalts kommt es zum Absetzen der Feststoffteilchen bei ihrem Einlaufen in die Kanäle 17, was eine Erhöhung des Klärungsgrades zur ^olge hat.

Der beschriebene Vorgang wird beschleunigt, wenn der Wasserstrom tonhaltige Adsorptionsteilchen

(Montmorillonit und sonstige Bentonittöne) enthält. Dadurch wird der Einsatz der beschriebenen Anlage in Flüssen sowohl mit einem niedrigen als auch mit einem hohen Schwebestoffgehalt ermöglicht, weil mit wachsendem Gehalt an Schwebestoffen im Wasser die Klärwirkung steigt.

Das Klarwasser gelangt aus den Auslauföffnungen der Kanäle 17 in den oberen Teil des Mantels 4(Fig. 1) und bildet über diesen öffnungen eine Wasserschicht, die als Klarwasser-Sammelzone 15 dient. Danach läuft das Klarwasser gleichmäßig dem Sammler 10 zu und wird aus dem Sammler 10 mittels der Pumpe 2 über die Klarwasserleitungen 6, 7 zu den am Ufer stationierten Reinigungsanlagen zur weiteren Behandlung oder zur unmittelbaren Verwendung abgeführt.

Bei der in F i g. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform der Anlage fließt das Klarwasser aus der Zone 15 über die ringförmige Trennwand 11 in die Umleitungskanäle 12 über und wird über den Abführungskanal 13 der Klarwasserleitung 5 zugeführt.

Bei den in F i g. 4 und 6 gezeigten Ausführungsformen der Anlage gelangt das Wasser aus dem Mantel 4 in die Rinnen 20 bzw. in die perforierten Rohre 21 und wird danach in die Rohrleitung 5 abgeführt.

Da die Geschwindigkeit des Wasserlaufs über die Zellen 19 zu den Kanälen 17 wesentlich niedriger als die Wasserstromgeschwindigkeit im Fluß 9 ist, wird das Einsaugen von Fischbrut in die Anlage verhindert.

Die Auswahl unter den beschriebenen Ausführungsformen der Schwimmanlage wird entsprechend der erforderlichen Durchsatzleistung des Wasserwerkes sowie den morphologischen Eigenschaften des Gewässers und den Tageswasserbedarf getroffen.

So ist für ein leistungsschwaches Wasserwerk mit einer Tagesleistung bis 5000 m³ bei einem geringen Trübungsgrad des entnommenen Wassers (Schwebeteilchengehalt bis 1500 mg/1) sowie bei erheblichen Tagesbedarfsschwankungen eine Anlage in der in F i g. 6 und 7 gezeigten Ausführungsform gut geeignet. Für den störungsfreien Betrieb der Anlage sollten a, j Wasserdruckverluste im Sammler 10 und in der Rohrleitung 5 1,5 bis 2,OmWS nicht überschreiten. Bei einer mittleren Durchsatzleitung des Wasserwerkes mit einer Tagesleistung von 5000 bis 25 000 m³ und einem hohen Trübungsgrad des Gewässers (1500 bis über j 5000 mg/1) ist der Einsatz einer Anlage in der in F i g. 1 und 2 gezeigten Ausführung zu bevorzugen. Für ein Wasserwerk mit einer Tagesleistung von über 25 000 m^J ist der Einsatz einer Anlage in der in Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführung empfehlenswert, weil die Gleichmäßigkeit des Klarwasserabzugs von der Oberfläche des Absetzbehälters in diesem Fall unter niedrigerem Energieaufwand als bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform erreicht wird.

Bei der Klärung von Flußwasier mit einem Schwebeteilchengehalt von 1200 bis 5200 mg/1 durchgeführte Untersuchungen haben ergeben, daß der Abscheidegrad bei einer spezifischen Durchsatzleistung der Schwimmanlage von 20 bis 30 mVh pro 1 m² der Absetzfläche 40 b,s 75% beträgt. Es wurde festgestellt, daß der Abscheidegrad mit fler Erhöhung des Schwebeteilchengehalts wächst. Die beste Kliirwirkung wird in Wasser mit überwiegendem Anteil an Schwebeteilchen mit einer Größe von über 0,2 mm erzielt.

Es ist zu bemerken, daß bei Wasserentnahme aus einem Fluß die im Wasser enthaltenen .Sandteilchen nahezu restlos abgeschieden werden, wodurch ein Verschleiß der Betriebsorgane der Pumpe verzögen wird.

Beim Einsatz der Anlage zur Bewässerung, bei der die an den Abscheidegrad gestellten Forderungen wesentlich niedriger als bei der Wasserversorgung; sind (20 bis 25%). steigt die Durchsatzleistung der Anlage bis auf 75 m^J/h pro 1 m² Absetzfläche. In einem solchen Fall ist der Durchlaßquerschnitt der Kanäle 17 im Absetzbehälter 3 so zu wählen, daß die Reynolds-Zail 500 nicht überschritten wird.

Durch die beschriebene bauliche Gestaltung der Anlage wird eine stabile Wasserentnahme auf gleichbleibender Tiefe unter Einhaltung des erforderlichen Abscheidegrades unabhängig von den Wisserspiegelschwankungen in dem Gewässer und von dessen morphologischen Eigenschaften gesichert.

Beim Einsatz der erfindungsgemäßen schwimmenden Wasserkläranlage entfällt die Notwendigkeit von Sinkstoffaufbereitungsanlagen. Der Eigenverbrauch an Wasser in den Wasserreinigungsanlagen sinkt. Es ergibt sich eine Vereinfachung des Betriebs der Wasserreinigungsanlagen und eine Herabsetzung des Platzbedarfes. Die beschriebene Anlage vermeidet einen stoßartigen Ablaß der abgeschiedenen Feststoffe ins Gewässer, was für den Umweltschutz von außerordentlicher Bedeutungist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1, Schwimmende Wasserkläranlage, enthaltend einen Schwimmkörper sowie einen in einem Mantel angeordneten Absetzbehälter aus mehreren parallel verlaufenden und an beiden Enden offenen Kanälen, die zur Horizontalen geneigt angeordnet sind und im Aufstrom durchflossen werden, und einen Sammler für das aus dem Absetzbehälter herausströmende Wasser, an den eine Klarwasserleitung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage senkrechte Trennwände (18) zur gleichmäßig verteilten Wasserzufuhr zu dem Absetzbehälter (3) aufweist, die am Unterteil des Mantels (4) befestigt sind und dieses in einzelne mit den Einlauföffnungen der Kanäle (17) verbundene Zellen (19) trennen, und daß der Sammler (10) eine Anordnung von waagerecht verlaufenden Kanälen darstellt, welche zu einem mit der Klarwasserleitung (5) verbundenen gemeinsamen Kanal zusammenlaufen.

   Z Anlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammler (10) durch eine innerhalb des Mantels (4) des Absetzbehälters (3) an dessen Umfang angeordnete ringförmige Trennwand (11) und den Mantel (4) selbst gebildet ist

   3. Anlage nach Anspruch i, .iadurch gekennzeichnet, daß der Sammler (10) in Form von Rinnen (20) ausgeführt ist, die oberhalb der Auslauföffnungen der Kanäle (17) des Absetzbehälters (3) über seine jo Gesamtfläche verteilt sind.

   4. Anlage ..ach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammler (10) in ¹⁷OHn von perforierten Rohren (21) ausgeführt ist, die oberhalb der Auslauföffnungen der Kanäle ('7) des Absetzbehäl- r, ters (3) über seine Gesamtfläche verteilt sind.