DE4332404A1 - Vorrichtung zur Abflußbegrenzung und gleichzeitigen Zwischenspeicherung von Abwasser sowie Abscheidung von absetzbaren und schwimmenden Stoffen aus Schmutzwasser und ein solches Verfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abflußbegrenzung und gleichzeitigen Zwischenspeicherung von Abwasser sowie Abschei­ dung von absetzbaren und schwimmenden Stoffen aus Schmutzwasser.

Die Erfindung hat auch ein solches Verfahren zum Gegenstand.

Abflußbegrenzer sind bekannt, bei denen die Drosselwirkung durch den Dralleffekt einer Wirbelströmung entsteht, so beispielsweise in den DE PS 507 713 und DE PS 26 43 029.5. Auch ist es bekannt, daß es Wirbelabscheider gibt, welche das Schmutzwasser zwischen­ speichern und daß eine Schmutzwasserbehandlung stattfindet, wie beispielsweise in der DE PS 36 34 122. Diese Vorrichtungen bie­ ten aber bestenfalls zwei der drei möglichen Kombinationen von Abflußbegrenzungen, Speicherung und Abscheidung von absetzbaren und schwimmenden Stoffen aus Schmutzwasser.

Aus Gründen des Umweltschutzes soll unbehandeltes Schmutzwasser nicht dem wasserkreislauf zugeführt werden. Bei starken Regen­ ereignissen sind jedoch die Kläranlagen nicht in der Lage, das aus den Einzugsgebieten anfallende Schmutzwasser weiter zu ver­ arbeiten, so daß ein Teil des Schmutzwassers in Regenrückhalte­ becken zwischengespeichert wird. Dabei muß sichergestellt wer­ den, daß während dem Regenereignis und danach nur eine bestimmt zulässige Wassermenge aus dem Regenrückhaltebecken der Kläranla­ ge zuläuft. Erreicht wird dies in der Regel durch Verengung des Fließquerschnittes, durch blenden- oder düsenähnliche Vorrich­ tungen, die Erzeugung von Reibungsverlusten in langen Drossel­ strecken oder durch den Dralleffekt einer Wirbelströmung (sog. Wirbeldrosseln).

Bei stärkerem und längerem anhaltendem Regen kann es vorkommen, daß das Speichervolumen des Regenrückhaltebeckens nicht mehr ausreicht. Die Regenrückhaltebecken lassen dann das unbehandelte überschüssige Schmutzwasser praktisch ohne jegliche Behandlung in den Vorfluter laufen. Somit bestehen die Bestrebungen, neben der Ablußbegrenzung künftig auch eine weitergehende Regenwasser­ behandlung in Form einer Schmutzstoffabscheidung durchzuführen um den Vorfluter vor antropogener Verschmutzung zu schützen.

Bisher wurde jedoch meist nur die Forderung der Abflußbegrenzung durch die zuvor beschriebenen Vorrichtungen erfüllt. Dagegen sind in der Praxis keine Methoden bekannt, die mit einer Vor­ richtung eine Abflußbegrenzung und gleichzeitige Zwischenspei­ cherung von Abwasser sowie Abscheidung von absetzbaren und schwimmenden Stoffen aus Abwasser erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv ein­ fachere Vorrichtung zu schaffen, die gleichzeitig eine Abflußbe­ grenzung, Speicherung und eine Steigerung der Abscheidung von absetzbaren und schwimmenden Stoffen aus Schmutzwasser gewähr­ leisten kann. Dabei soll die Vorrichtung in der Lage sein, ohne mechanisch bewegliche Verschleißteile auszukommen und von daher wartungsarm und kostensparend zu arbeiten.

Dies soll bei möglichst geringer Aufstellfläche in einer ein­ zigen Vorrichtung möglich werden.

Erreicht wird dies bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art überraschend dadurch, daß sie aus einer mit dem Zulauf ver­ bundenen gemäß der natürlichen Spiralform des Wirbels ausgebil­ deten Wirbelkammer besteht, daß diese an der Unter- und Obersei­ te runde Öffnungen übereinander aufweist, daß sich an der ober­ seitigen Öffnung nahtlos ein rotationssymmetrischer Behälter anschließt, in welchem zentrisch ein von der oberseitigen Öff­ nung bis kurz unterhalb der Behälteroberkante erstreckendes Leitrohr angeordnet ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abflußbegrenzung und gleich­ zeitigen Zwischenspeicherung von Abwasser sowie Abscheidung von absetzbaren und schwimmenden Stoffen aus Schmutzwasser zeichnet sich dadurch aus, daß einem erhöhten Zufluß eine Drallströmung, insbesondere Wirbelströmung aufgeprägt wird, daß bei zusätzlicher Zuflußbeaufschlagung veranlaßt wird, daß sich in einem Raum die Strömung oberhalb der ersten als eine zweite Wirbelströmung ausbildet, wobei die beiden Drallströmun­ gen synergistisch zur Abscheidung von Feststoff ausgenutzt wer­ den.

Zweckmäßig wird zentrisch in der ersten und zweiten Wirbelströ­ mung ein durchgehender Luftkern, insbesondere durch ein Leit­ rohr, aufgebaut, der für die Drosselung sorgt.

Überraschend ist die erfindungsgemäße Maßnahme in der Lage, ohne mechanisch bewegliche Verschleißteile auszukommen und die oben genannten Forderungen nach gleichzeitiger Abflußbegrenzung, Speicherung und einer Steigerung der Abscheidung zu erfüllen.

Es wird erheblich Aufstellfläche gespart, da bisher besonders für die Einzelfunktionen notwendige Aggregate in Fortfall kom­ men.

Bei Trockenwetterabluß fließt das Wasser ungehindert durch die Wirbelkammer über die untere Öffnung ab. Steigt bei Regenwetter der Zufluß an, so füllt sich die Wirbelkammer und eine Drall­ strömung bildet sich aus. Aufgrund der Drallströmung setzt nun die Drosselwirkung ein, da die Strombahnen aus einer logarithmi­ schen Spirale mit starker Fließbeschleunigung zur unteren Öff­ nung hin bestehen. Das Verlustprinzip beruht also auf der Tatsa­ che, daß nahe der axialen Ausgangsdüse große Tangentialgeschwin­ digkeiten und damit große Fliehkräfte entstehen, wobei diese einen Gegendruck erzeugen, der den Abfluß klein hält. Im Zentrum der Wirbelkammer bildet sich aufgrund der Zentrifugalkräfte ein belüfteter Wirbelkern aus. Bei stärkeren und länger anhaltenden Regen füllt sich der rotationssymmetrische Behälter, da der Ab­ fluß aus der unteren Öffnung auch bei mehr zufließendem Wasser konstant bleibt und somit das überschüssige Wasser über die obere Öffnung in den Behälter fließt. Zahlreiche kleinere Regen­ ereignisse werden so allein durch das Behältervolumen aufgefan­ gen, ohne daß Wasser zum Vorfluter entweicht. Reicht das Volumen nicht mehr aus, dann tritt das Wasser über die umlaufende Über­ fallkante in eine Sammelrinne und von dort aus in den Vorfluter. Entscheidend jedoch ist, daß sich auch im Behälter eine Drall­ strömung einstellt und durch das Leitrohr die Belüftung sowie die Stabilisierung des Wirbelkernes aufrecht erhalten bleibt. Die Drosselwirkung ist weiterhin gegeben, auch wenn immer noch mehr Wasser zufließt.

In der Wirbelkammer und im Behälter herrscht also eine Wirbel­ strömung vor, die äußerst turbulenzarm und dadurch besonders zur Abscheidung von Schmutzstoffen geeignet ist. Faserstoffe,
Schwebstoffe und Festkörper werden bereits in der Wirbelkammer zum Ausgang der Kammer befördert.

Schmutzteilchen, die doch noch in den rotationssymmetrischen Behälter gelangen, werden wiederum wegen der dort vorherrschen­ den Wirbelströmung letztendlich über das Leitrohr in die Wirbel­ kammer zurückgefördert. Die sich einstellenden Wirbelströmungen in der Wirbelkammer und im Behälter bewirken, daß die Abschei­ dung synergistisch verstärkt wird: dadurch liegt der Summenab­ scheidewirkungsgrad weit über dem von konventionellen Wirbel­ abscheidern. Es ist somit in einer Vorrichtung eine Abflußbe­ grenzung und gleichzeitige Zwischenspeicherung von Abwasser sowie Abscheidung von absetzbaren und schwimmenden Stoffen aus Abwasser zu erreichen.

In Weiterbildung der Erfindung kann zudem eine vorgezogene Tauchwand in einem bestimmten Abstand gegenüber der Behälterbe­ randung angeordnet sein, wodurch vorteilhafterweise Schwimmstof­ fe und Fette im Behälter zurückgehalten werden.

Aufgrund der Drallbewegung im Behälter kann durch Anbringung einer zum Zentrum hin gerichteten spiralförmigen Tauchwand der Transport der Schwimmstoffe und Fette zwangsgeführt zum Wirbel­ zentrum erreicht werden. Außerdem dient solch eine spiralförmig verlaufende Tauchwand zusätzlich zur Stabilisierung des belüfte­ ten Wirbelkerns.

Nach einer weiteren Erfindung stellen sich erhebliche weitere Vorteile ein, wenn man eine spiralförmig zum Zentrum hin ver­ laufende Tauchwand anordnet, ohne ein Leitrohr zu benutzen.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung soll nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen

Fig. 1 eine Ansicht,

Fig. 2 ein Schnitt längs der Linie A-A der Fig. 1 dieser Ausfüh­ rungsform ist;

Fig. 3 eine Ausführungsform mit spiralförmiger Tauchwand zeigt und

Fig. 4 eine Draufsicht auf Fig. 3 ist.

Die Vorrichtung zur Abflußbegrenzung und gleichzeitigen Zwi­ schenspeicherung von Abwasser sowie Abscheidung von absetzbaren und schwimmenden Stoffen aus Schmutzwasser umfaßt einen Zulauf 1 in eine Wirbelkammer 2. Diese Wirbelkammer ist der natürlichen Spiralform des Wirbels folgend ausgebildet. Die Wirbelkammer 2 besitzt übereinander angeordnete Öffnungen, näm­ lich eine untere Öffnung 4 und eine obere, größere Öffnung 6. An die Öffnung 6 schließt sich übergangslos der konische, zur Mit­ telachse (gleichzeitig) die Achse der Öffnungen 4 und 6 hinlau­ fende Boden 14 eines rotationssymmetrischen Behälters 8 an. Dieser Boden 14 des rotationssymmetrischen Behälters 8 senkt sich in Richtung der Symmetrieachse, bevor er in der oberen Öffnung 6, die der Wirbelkammer und dem Behälter gemeinsam ist, endet.

Der Behälterrand 10 ist offen, um ein Überströmen des von ab­ setzbaren und schwimmenden Stoffen getrennten Wassers in die Sammelrinne 20 zum Vorfluter zu ermöglichen.

Zwischen der oberen Öffnung 6 der Wirbelkammer 2 erstreckt sich zentrisch bis unterhalb der Behälteroberkante 16 ein
Leitrohr 12, innerhalb dessen sich bei voller bzw. übermäßiger Beaufschlagung der Vorrichtung ein Luftkern ausbildet.

Bei Trockenwetterabfluß fließt das Wasser also ungehindert durch die Wirbelkammer 2 über die untere Öffnung 4 ab und wird der Kläranlage direkt zugeführt. Bei stärkerem Zulauf füllt sich die Wirbelkammer 2, eine Drallströmung bildet sich aus. Interessant ist die aufgrund der Drallströmung einsetzende Drosselwirkung, deren Grund oben erläutert wurde. Nahe der achsialen Austritts­ düse 4 stellen sich also große Tangentialgeschwindigkeiten und damit große Fliehkräfte ein, die einen Gegendruck erzeugen, der den Abfluß klein hält. Im Zentrum der Wirbelkammer 2 bildet sich aufgrund der Zentrifugalkräfte also ein belüfteter Wirbelkern. Der rotationssymmetrische Behälter füllt sich bei länger anhal­ tendem Regen, da der Abfluß aus der unteren Öffnung auch bei mehr zufließendem Wasser konstant bleibt und somit das über­ schüssige Wasser über die obere Öffnung 6 in den Behälter 8 fließt. Wichtig ist, daß sich auch im Behälter 8 eine Drallströ­ mung einstellt und durch das Leitrohr 12 die Belüftung sowie die Stabilisierung des Wirbelkerns aufrechterhalten bleiben.

Eine vorgezogene Tauchwand 16 kann unter Abstand zur Behälterbe­ randung angeordnet sein.

Die sich einstellenden Wirbelströmungen in der Wirbelkammer 2 und im Behälter 8 bewirken, daß die Abscheidung synergistisch verstärkt wird. Der Summenabscheidegrad liegt mit beispielsweise 70% weit über dem von konventionellen Wirbelabscheidern von beispielsweise 35% (der sich ja allerdings abhängig vom Zulauf ändert).

Es ist erstaunlich, wie klein eine solche Vorrichtung baut und wie wenige anfällige mechanische Teile erforderlich sind.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine andere Ausführungsform, die besonders für die Schwimmstoff- und Fettabscheidung, sowie für die Stabilisierung des belüfteten Wirbelkern geeignet ist. Die Höhe der spiralförmigen Tauchwand 30 beträgt beispielsweise 40 cm, wobei lagemäßig 35 cm bis unterhalb der Behälteroberkante 40 reichen und 5 cm oberhalb der Behälteroberkante 40 nach oben hinausreichen. Diese Ausführungsform arbeitet ohne jedes Leit­ rohr. Von der Behälterberandung 40 weg führt die zum Zentrum hin spiralförmig verlaufende Tauchwand 30. Die Schwimm- und Fetteil­ chen werden also zum Zentrum wandern und über den belüfteten Wirbelkern abgezogen.

Die sonst verwendeten, mit den vorherigen Figuren gleichen Be­ zugszeichen haben die gleiche Funktion.

In der vorstehend vorgestellten Ausführungsform wurde von der reinen Kreisform ausgegangen. Eine Spiralform (mit entsprechen­ der baulicher Anpassung) ist allerdings möglich.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Abflußbegrenzung und gleichzeitigen Zwi­ schenspeicherung von Abwasser sowie Abscheidung von absetzbaren und schwimmenden Stoffen aus Schmutzwasser, dadurch gekennzeich­ net, daß sie eine mit Zulauf (1) verbundene, gemäß der natürli­ chen Spiralform des Wirbels ausgebildete Wirbelkammer (2) um­ faßt, die an der Unter- und Oberseite runde Öffnungen (4; 6) umfaßt, daß sich an der oberseitigen Öffnung (6) nahtlos ein rotationssymmetrischer Behälter (8) anschließt, in welchem sich zentrisch ein von der oberseitigen Öffnung (6) bis kurz unter­ halb der Behälteroberkante (10) sich erstreckendes Leitrohr angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Öffnung (6) der Wirbelkammer mindestens gleich, vor­ zugsweise 1.2 bis 2.3mal so groß wie die untere Öffnung (4) ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Leitrohr (12) mindestens den glei­ chen Durchmesser wie die untere Öffnung (4), vorzugsweise den 1,05 bis 1.2fachen, hat.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Leitrohrs (24) trompetenförmig sich aufwei­ tend oder in der Form einer Wirbelsenke ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Länge und die Lage des Leitrohres (12) in vertikaler Richtung veränderbar ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß sich der Boden (14) des rotationssym­ metrischen Behälters (8) in Richtung gegen die Symmetrieachse senkt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß eine vorgezogene Tauchwand (16) in einem bestimmten Abstand gegenüber der Behälterberandung (10) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß von der Behälterberandung (42) weg eine zum Zentrum hin spiralförmig verlaufende Tauchwand (30) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Oberseite der Wirbelkammer konus­ förmig ausgebildet ist.

10. Verfahren zur Abflußbegrenzung und gleichzeitigen Zwischen­ speicherung von Abwasser sowie Abscheidung von absetzbaren und schwimmenden Stoffen aus Schmutzwasser, dadurch gekennzeichnet, daß einem erhöhten Zufluß eine Drallströmung, insbesondere Wir­ belströmung aufgeprägt wird, daß bei zusätzlicher Zuflußbeaufschlagung veranlaßt wird, daß sich in einem Raum, der rotationssymmetrisch oberhalb des ersten liegt, die Strömung oberhalb der ersten als eine zweite Wirbel­ strömung ausbildet, wobei die beiden Drallströmungen synergi­ stisch zur Abscheidung von Feststoff ausgenutzt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zentrisch in der ersten und zweiten Wirbelströmung ein durch­ gehender Luftkern, insbesondere durch ein Leitrohr, aufgebaut wird, der für die Drosselung sorgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die abzuscheidenden Stoffe bei erheblichem Zufluß in die Strombahnen aus einer logarithmischen Spirale mit starker Fließbeschleunigung zu einer unteren Öffnung hin ausge­ tragen werden, und daß überschüssiges Wasser den Raum mit der oberen Drallströmung am oberen Rand verläßt und gegen die Vor­ flutung geht.