DE4244570C2 - Vorklärbecken für Abwasser und Verfahren zu seinem Betrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein kreis- oder ringförmiges Vor­ klärbecken für Abwasser und ein Verfahren zu seinem Be­ trieb. Vorklärbecken haben in einer Abwasseranlage die Auf­ gabe, das zulaufende Abwasser mechanisch vorzuklären, d. h. von den durch Schwerkraft abtrennbaren Sink- und Schwimm­ stoffen weitgehend zu befreien, bevor es der biologischen Reinigungsstufe zugeführt wird. Das Volumen eines Vorklär­ beckens wird so dimensioniert, daß es auch bei maximalem Wasserzufluß eine für die Sink- und Schwimmstoffabtrennung ausreichende Aufenthaltszeit, typischerweise ca. 1,5-2h ge­ währleistet.

Bei vorhandenen Kläranlagen besteht zunehmend die For­ derung, sie so umzurüsten, daß sie auch Reinigungsaufgaben übernehmen können, für die sie ursprünglich nicht konzi­ piert waren, z. B. die Entfernung von Stickstoffverbindungen (Denitrifikation) und von Phosphorverbindungen (Phosphore­ limination).

Es ist zwar bekannt, in Rund- oder Ringbecken Zonen mit un­ terschiedlichen Strömungs- und Belüftungsverhältnissen zu schaffen, so daß gleichzeitig unterschiedliche Behandlungen durchgeführt werden können, wie z. B. anaerobe Behandlung in einem inneren Beckenteil und aerobe Behandlung zur Phos­ phorelimination und Denitrifikation in einem äußeren Beckenteil (DE 36 02 736 A1) oder aerobe Behandlung mit einer sauerstoffreichen Nitrifikationszone und einer sauer­ stoffarmen Denitrifikationszone (DE 29 10 015 A1). Eine Vorklärung findet hierbei aber nicht statt, sondern erfor­ dert ein separates Vorklärbecken, und ferner wird jede der unterschiedlichen Behandlungszonen permanent in gleicher Funktion betrieben und nicht an zeitweise geänderte Ver­ hältnisse oder Aufgabenstellungen angepaßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vorklärbecken für eine Abwasserkläranlage so zu betreiben und auszuge­ stalten, daß es mindestens zeitweise auch für die Zwecke der Denitrifikation und/oder Phosphoreliminiation einge­ setzt werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist in den Ansprü­ chen 1 und 2 angegeben. Danach wird durch eine Ringwand in­ nerhalb des Beckens ein ringförmiger äußerer Beckenteil ab­ getrennt, der wahlweise als ein dem inneren Beckenteil nachgeschaltetes Vorklärbecken oder als eine dem inneren Beckenteil nachgeschaltete Denitrifikations- oder Phos­ phoreliminationsstufe betrieben werden kann. Dies geschieht durch einfache Umschaltung der im äußeren Beckenteil vorge­ sehenen Schlammabzugs- und Umwälzeinrichtungen und evtl. auch der Überlaufstellen vom inneren in den äußeren Becken­ teil und des Abzuges aus dem äußeren Beckenteil. Der hier­ für erforderliche apparative und steuerungstechnische Auf­ wand ist gering. Bei im Sommer nitrifizierenden biologi­ schen Stufen kann die Vorklärung als Kurzvorklärung in dem verkleinerten inneren Beckenteil erfolgen.

Vorzugsweise ist die Erfindung bei der nachträglichen Umrü­ stung vorhandener Vorklärbecken anwendbar, und in diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die in das Becken einzubau­ ende Ringwand eine Leichtkonstruktion aus Stahl ist, die nicht für die Aufnahme des statischen Wasserdrucks des in­ neren- oder äußeren Beckenteils dimensioniert ist. Durch zusätzliche Maßnahmen wird gewährleistet, daß der Wasser­ spiegel im äußeren Beckenteil in gleicher Höhe oder nur we­ nig niedriger als im inneren Beckenteil steht, so daß die Trennwand nur einem sehr geringen hydraulischen Druck aus­ gesetzt ist und in Leichtbauweise aus Profilen und Blechen erstellt werden kann.

Solche und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin­ dung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vorklärbeckens im Vertikalschnitt.

Fig. 2 zeigt eine teilweise Draufsicht auf das Becken ge­ mäß Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine Detaildarstellung von Fig. 1 mit einer geänderten Ausführungsform der Trennwand.

Fig. 1 zeigt ein kreisrundes Becken 1, vorzugsweise aus Be­ ton. Die Beckensohle fällt zu einem zentralen Schlammtrich­ ter 3 hin ab, über dem sich ein hohles Mittelbauwerk 5 er­ hebt. Auf diesem ist in einem Drehlager 7 eine Brücke 9 drehbar gelagert, die das Becken radial überspannt und auf dem Beckenrand mittels Rollen 11 fahrbar gelagert ist und mittels eines (nicht dargestellten) Antriebs gedreht werden kann. Rohwasser wird dem Becken 1 durch einen in Nähe des Mittelbauwerkes 5 angeordneten Zulauf 6 zugeführt. Mecha­ nisch vorgeklärtes Wasser wird am Beckenumfang durch eine Abzugsrinne 13 mit einstellbarer Überlaufkante 15 abgezo­ gen.

Das Becken 1 ist durch eine ringförmige Zwischenwand 17 in einen inneren Beckenteil 19 und einen ringförmigen äußeren Beckenteil 21 unterteilt. Über die vorzugsweise höhenver­ stellbare Überlaufkante 23 der Trennwand 17 kann das Wasser aus dem inneren Beckenteil 19 in den äußeren Beckenteil 21 überlaufen. Der Überlaufkante 23 ist eine Tauchwand 27 vor­ gelagert, und im Abstand außerhalb der Trennwand 17 befin­ det sich eine schräggeneigte Leitwand 29, die das überlau­ fende Wasser nach unten umlenkt, so daß es bodennah in den äußeren Beckenteil 21 eintritt, wie durch die Strömungs­ pfeile angedeutet. Die Trennwand 17 einschließlich der Tauchwand 27 und Leitwand 29, ist vorzugsweise als Leichtkonstruktion aus Stahlblech, insbesondere Edelstahl, hergestellt und zum Beispiel mittels Winkelprofilen 31 ver­ steift und an der Beckensohle befestigt.

Im äußeren Beckenteil 21 ist ein V-förmiges Bodenräumschild 33 angeordnet, das von der Brücke 9 getragen wird und mit dieser umläuft. Der sich vor dem Räumschild 33 ansammelnde Bodenschlamm wird von einer Schlammpumpe 35 abgesaugt und über eine Leitung 37 in eine das Mittelbauwerk 5 umgebende Schlammrinne 39 gefördert. Im inneren Beckenabschnitt 19 ist ein schräggestelltes Bodenräumschild 43 angeordnet, das ebenfalls mit der Brücke 9 umläuft und den Bodenschlamm über Öffnungen im Mittelbauwerk 5 in den Schlammtrichter 3 fördert. Ebenfalls im inneren Beckenabschnitt 19 arbeitet eine ebenfalls von der Brücke 9 getragene Schwimmschlamm­ räumvorrichtung 43. Der von dieser aufgenommene Schwimm­ schlamm wird über eine (nicht dargestellte) Pumpe und eine Leitung 45 ebenfalls in die Schlammrinne 39 des Mittelbau­ werks 5 gefördert. Aus der Schlammrinne 39 wird der Schlamm über eine Falleitung 47 in eine Schlammabzugsleitung 49 ge­ fördert, die auch den Schlamm aus dem Schlammtrichter 3 ab­ saugt.

Im äußeren Beckenabschnitt 21 sind zwei von der Brücke 9 getragene und mit ihr umlaufende Umwälzeinrichtungen 51 in Form von Propellern angeordnet, mit denen der Inhalt des äußeren Beckenabschnitts 21 in eine horizontale Kreisströ­ mung versetzt werden kann, wie durch die Pfeile in Fig. 2 angedeutet.

Mit dem dargestellten Becken sind zwei Betriebsweisen mög­ lich. Bei der ersten Betriebsweise wird das gesamte Becken als Vorklärbecken zur mechanischen Vorklärung des Wassers betrieben. In diesem Fall sind die Umwälzeinrichtungen 51 abgeschaltet. Die Schlammabzugspumpe 35 ist eingeschaltet und zieht ständig den sich vor dem Räumschild 33 ansammeln­ den Bodenschlamm ab. Diese Betriebsweise wird zu Zeiten an­ gewendet, insbesondere in den Wintermonaten, wenn die An­ lage nicht nitrifiziert.

Bei der zweiten Betriebsweise wird der äußere Beckenab­ schnitt 21 nicht als Vorklärbecken, sondern als Denitrifi­ kations- und/oder Phosphoreliminationsstufe betrieben. Bei dieser Betriebsweise sind die Umwälzeinrichtungen 51 einge­ schaltet und erzeugen eine ausreichend starke horizontale Kreisströmung im äußeren Beckenabschnitt 21. Die Schlammab­ zugspumpe 35 ist abgeschaltet, so daß der im äußeren Bek­ kenabschnitt 21 vorhandene Schlamm, zusammen mit dem Rück­ laufschlamm aus dem der Belebungsstufe nachgeschalteten Nachklärbecken und dem rezirkulierten Schlammwassergemisch aus der Belebungsstufe (Zulauf 14) für die biologische De­ nitrifizierungs- und/oder Phosphoreliminationsreaktionen wirksam ist. Diese Betriebsweise wird insbesondere in den Sommermonaten bei dann nitrifizierenden Anlagen gewählt.

Bei der geschilderten zweiten Betriebsweise ist es vorteil­ haft, dafür zu sorgen, daß das in den äußeren Beckenab­ schnitt 21 eintretende Wasser mit dem äußeren Beckenteil 21 mindestens einmal auf dessen gesamter Länge, d. h. über den gesamten Umfang durchströmt, bevor es am Beckenumfang abgezogen wird. Um dies zu erreichen, weist bei der darge­ stellten Ausführungsform die Trennwand 17 an einer Stelle ihres Umfangs einen absenkbaren Schieber 55 auf. Wenn die­ ser abgesenkt wird, erfolgt das überströmen des Wassers nicht auf dem gesamten Umfang der Trennwand 17, sondern nur an der Stelle des Schiebers 55. Die am Beckenumfang ange­ ordnete Abzugsrinne 13 ist an einer Stelle unterbrochen, und an der Unterbrechungsstelle befindet sich ein Ablauf­ schacht 57 mit einem absenkbaren Schieber 59. Die Schieber 55 und 59 sind derart gegeneinander winkelversetzt, daß das über den Schieber 55 in den äußeren Beckenabschnitt 21 überströmende Wasser aufgrund der horizontalen Kreisströ­ mung in diesem äußeren Beckenteil 21 einen Weg von über 300° zurücklegen muß, bevor es über den Schieber 59 abströ­ men kann. Damit wird erreicht, daß eine Kurzschlußströmung in dem äußeren Beckenteil 21 während der zweiten Betriebs­ weise vermieden wird und alle Wasservolumina in diesem Beckenteil eine Aufenthaltszeit haben, die für eine den Er­ fordernissen genügende, mindestens teilweise Denitrifika­ tion und/oder Phosphorelimination ausreicht. Ein äußerer Ablaufschacht 61 nimmt sowohl das über den Schieber 59 ablaufende Wasser in der zweiten Betriebsweise als auch das aus der Rinne 13 ablaufende Wasser in der ersten Betriebs­ weise auf.

Die Trennwand 17 ist, wie beschrieben, als Leichtkonstruk­ tion aus Stahlblech ausgeführt. Dies ist deshalb möglich, weil sie den hydrostatischen Druck des im Becken befindli­ chen Wassers nicht auszuhalten braucht, da das Wasser zu beiden Seiten der Trennwand 17 in ungefähr gleicher Höhe ansteht. Es muß jedoch auch beim Füllen und Entleeren des Beckens vermieden werden, daß die Trennwand 17 durch einen einseitigen hydrostatischen Druck belastet wird. Zu diesem Zweck sind im Bodenbereich Öffnungen 63 in der Trennwand 17 vorgesehen, die auf der Seite des äußeren Beckenabschnitts 21 durch Rückschlagklappen 65 verschließbar sind. Beim Fül­ len des Beckens vom inneren Beckenabschnitt 19 her kann das Wasser durch diese Bodenöffnungen 63 in den äußeren Becken­ abschnitt 21 übertreten und steht deshalb auch während des Füllens mit etwa gleicher Höhe auf beiden Seiten der Trenn­ wand 17 an. Das Gewicht der Rückschlagklappen 65, die even­ tuell zusätzlich durch ein Gegengewicht belastet sind, ist so bemessen, daß ein kleiner Überstau im inneren Beckenab­ schnitt 19 bewirkt wird, der bei gefülltem Becken für das Überströmen des Wasser über die Überlaufkante 23 der Trenn­ wand 17 ausreicht. Beim Entleeren des Beckens können die Rückschlagklappen z. B. durch eine (nicht dargestellte) Zug­ vorrichtung zwangsweise geöffnet werden. Auf diese Weise wird beim Füllen und beim Entleeren ein Spiegelausgleich zwischen dem äußeren und inneren Beckenabschnitt gewährlei­ stet.

Der Durchmesser der ringförmigen Trennwand 17 wird jeweils so zu bemessen sein, daß die Trennwand das Becken 1 in den inneren Abschnitt 19 und äußeren Abschnitt 21 in solchem Volumenverhältnis aufteilt, wie es für die angestrebten Funktionen der Vorklärung im inneren Beckenabschnitt 19 und der Denitrifikation oder (Teil)-Phosphorelimination im äußeren Beckenabschnitt 21 erforderlich ist. Je nach der radialen Breite des äußeren Beckenabschnitts 21 kann auch ein einziger Propeller 21 ausreichen oder können zwei oder mehr Propeller 51 erforderlich sein, um die gewünschte ho­ rizontale Umwälzströmung aufrechtzuerhalten. Je nach den Größenverhältnissen und der Anzahl der von ihr zu tragenden Einrichtungen kann die Brücke 9, wie dargestellt, als Dop­ pelbrücke oder aber nur als Einfachbrücke ausgebildet sein, die das Becken nur auf einer Seite des Mittelbauwerks 5 überspannt.

Bei genügend starker Umwälzströmung im äußeren Beckenab­ schnitt 21 kann unter Umständen auch auf die Maßnahme ver­ zichtet werden, das überströmen des Wasser über die Trenn­ wand 17 und den Abzug am Beckenumfang auf jeweils einen einzigen Umfangsbereich zu beschränken. Es kann also unter Umständen der Schieber 55 und der Schieber 59 weggelassen werden, so daß auch während der zweiten Betriebsweise, d. h. bei eingeschalteten Umwälzpropellern 51 und abgeschalteter Schlammabzugspumpe 35, das Wasser auf dem gesamten Umfang über die Trennwand 17 überströmt und über dem gesamten Um­ fang der Ablaufrinne 13 abgezogen wird. Voraussetzung dafür ist, daß die Umwälzströmung im äußeren Beckenabschnitt 21 stark genug ist, um eine radiale Kurzschlußströmung zu ver­ hindern. Falls eine Doppelbrücke, wie dargestellt, verwen­ det wird, brauchen die Umwälzpropeller 51 nicht vom glei­ chen Arm der Brücke getragen zu werden wie das Boden­ räumschild 33. Vielmehr kann die dargestellte Ausführungs­ form so abgewandelt werden, daß die Umwälzpropeller 51 von dem in Fig. 1 rechten (nicht vollständig dargestellten) Arm der Brücke 9 getragen werden.

Fig. 3 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Trennwand 17. Diese besteht auch bei dieser Ausführungsform aus dün­ nem Stahlblech, welches oben und unten durch Winkelprofile 31, 32 versteift ist. Die Trennwand 17 ist auf der geneig­ ten Sohle des Beckens 1 befestigt und trennt den inneren Beckenabschnitt 19 vom äußeren Beckenabschnitt 21. Auf der Innenseite ist der Trennwand 17 eine Ablaufrinne 67 vorgelagert, die ein höhenverstellbare Überlaufkante 69 aufweist, über die das Wasser aus dem inneren Beckenab­ schnitt 19 überlaufen kann, wie durch den Pfeil angedeutet. An mehreren an dem Umfang verteilten Stellen sind an der Rinne 67 Ablaufrohre 71 vorgesehen, die jeweils zu einer Durchtrittsöffnung 73 im unteren Bereich der Trennwand 17 führen. Dieser ist eine Prallwand 75 nachgeordnet, so daß das Wasser aus dem inneren Beckenteil 19 strömungsberuhigt entsprechend den angegebenen Pfeilen in den äußeren Beckenabschnitt 21 übertritt.

Falls für die zweite Betriebsart, in der eine Umwälzströ­ mung im äußeren Beckenabschnitt 21 herrscht, ein über den gesamten Umfang verteilter Wasserübertritt nicht erwünscht ist, können die Durchtrittsöffnungen 73 mit Absperrschie­ bern (nicht dargestellt) versehen sein, so daß in dieser Betriebsweise alle Übertrittsöffnungen 73 bis auf eine oder zwei verschlossen werden können und der Wasserübertritt so­ mit nur an einer oder zwei Stellen des Umfangs der Trenn­ wand 17 stattfindet. Dies hat ebenso wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform den Zweck, das Wasser dazu zu zwingen, in dem äußeren Beckenabschnitt 21 einen horizonta­ len Strömungsweg von nahezu dem gesamten Umfang zurückzule­ gen, bevor es am äußeren Beckenumfang abgezogen wird.

Claims (10)

1. Verfahren zum Betrieb eines kreis- oder ringförmigen Vorklärbeckens, das eine Schlammabzugseinrichtung aufweist, wobei das Becken im normalen Vorklärbetrieb derart betrie­ ben wird, daß die Schlammabzugseinrichtung eingeschaltet ist und eine Sedimentation und Schlammentfernung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrieb zeitweise auf eine vom normalen Vorklärbetrieb abweichende Betriebsweise umgeschaltet wird, bei der das Becken oder ein abgetrennter ringförmiger Teil desselben als Denitrifi­ kations- oder Phosphoreliminationsstufe betrieben wird, wo­ bei die Schlammabzugseinrichtung abgeschaltet und in dem Becken oder Beckenteil eine horizontale Kreisströmung er­ zeugt wird.

2. Kreis- oder ringförmiges Vorklärbecken für Abwasser,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Becken (1) durch eine ringförmige Zwischenwand (2) in einen inneren und einen ringförmigen äußeren Becken­ teil (19, 21) unterteilt ist;
daß die Trennwand (17) Überlaufeinrichtungen aufweist, über die das Wasser am gesamten Umfang der Trennwand oder an über den Umfang verteilten Überlaufstellen aus dem inne­ ren (19) in den äußeren Beckenteil (21) überlaufen kann; und
daß der äußere Beckenteil (21) mit Schlammabzugseinrich­ tungen (35) für die Schlammräumung und -abführung und Um­ wälzeinrichtungen (51) zur Erzeugung einer horizontalen Kreisströmung ausgerüstet ist, die alternierend betreibbar sind;
derart daß der äußere Beckenteil (21) wahlweise als Vor­ klärbecken bei eingeschaltetem Schlammabzug (35) und abge­ schalteter Umwälzung (51) oder als Denitrifikations- oder Phosphoreliminationsstufe bei abgeschaltetem Schlammabzug (35) und eingeschalteter Umwälzung (51) betreibbar ist.

3. Becken nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am Außenumfang des äußeren Becken­ teils (21) ein einstellbares Überfallwehr (15, 59) zum Ab­ senken des Wasserspiegels unter den des inneren Beckenteils vorgesehen ist.

4. Becken nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an der Trennwand (17) mehrere wahl­ weise in Betrieb betreibbare Überlaufstellen (55, 73) vor­ gesehen sind, die einen Wasserüberlauf von dem inneren (19) in den äußeren Beckenteil (21) wahlweise über den ganzen Umfang der Trennwand (17) oder an einer oder zwei Stellen ihres Umfangs ermöglichen.

5. Becken nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Überlaufstellen (55, 73) der Trennwand (17) und die Abzugsstelle (59) am Außenrand des Beckens (1) derart in Umfangsrichtung zueinander versetzt sind, daß das vom inneren in den äußeren Beckenteil über­ laufende Wasser im äußeren Beckenteil (21) einen Strömungs­ weg von mehr als der Hälfte des Beckenumfangs, vorzugsweise ca. 300° zurücklegen muß, bis es an der Abflußstelle (59) abfließen kann.

6. Becken nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an die überlaufstellen der Trennwand abwärts gerichtete Einleitvorrichtungen (29, 71) angeschlossen sind, die das überlaufende Wasser im Abstand von der Wasseroberfläche in den äußeren Beckenteil (21) einleiten.

7. Becken nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Trennwand (17) in der Nähe der Beckensohle Durchtrittsöffnungen (63) angeord­ net sind, die mit Rückschlagklappen (65) ausgerüstet sind.

8. Becken nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wahlweise freigebbare Rückschlag­ klappen (65) vorgesehen sind, die wahlweise einen Wasser­ durchtritt von innen nach außen beim Befüllen des Beckens vom inneren Beckenteil her, oder einen Wasserdurchtritt von außen nach innen bei Entleeren des Beckens vom inneren Beckenteil her zu ermöglichen.

9. Becken nach einem der Ansprüche 2-8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Trennwand (17) als Stahlleichtkonstruktion ohne Eigenfestigkeit gegen den sta­ tischen Druck des Wassers im inneren oder äußeren Becken­ teil ausgebildet ist.

10. Becken nach einem der Ansprüche 2-9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine mindestens den äußeren Beckenteil (21) überspannende, verfahrbare Räumerbrücke (9) vorgesehen ist, die einerseits ein Schlammräumschild (21) mit Schlammabzugseinrichtung (35) und andererseits ein oder mehrere Rührwerke (51) als Umwälzeinrichtung trägt.