DE4432280C2 - Zuführvorrichtung für eine Sedimentationseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zuführvorrichtung für eine Sedimentationseinrichtung, in der aus einem zugeführten Feststoff-Flüssigkeitsgemisch die Feststoffe von der Flüssigkeit getrennt werden, wobei sich die Feststoffe unterhalb eines Feststoffspiegels absetzen und unten aus der Sedimentationseinrichtung abgezogen werden können, während die Flüssigkeit an der Oberfläche abgezogen wird, insbesondere für ein Nachklärbecken, in das ein Belebtschlamm-Wassergemisch eingeleitet und aus dem Schlamm und Klarwasser separiert abgezogen werden, wobei das Feststoff-Flüssigkeitsgemisch einer unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche und oberhalb des Feststoffspiegels angeordneten- über zwei konzentrische, übereinandergeordnete Verteilkörper verfügende Verteilvorrichtung von oben zugeführt wird, wobei die Verteilkörper, von denen wenigstens einer ein Hyperboloidkörper ist, eine kleine Anströmfläche und eine große Abströmfläche aufweisen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Sedimentationseinrichtungen dienen der Trennung von Feststoffen und Flüssigkeit eines zugeführten Gemischs, das auch Trübe genannt wird, durch Nutzung der Schwerkraft. Die Trennung durch Schwerkraft ist nur möglich, wenn sich die voneinander zu trennenden Stoffe in ihrer Dichte unterscheiden. Im allgemeinen sind die Feststoffe schwerer als die Flüssigkeit, wobei die Trennung dann problematisch wird, wenn sich die Dichten nur geringfügig voneinander unterscheiden und die Sedimentation folglich nur sehr langsam erfolgt. Die Problematik ist dabei darin zu sehen, daß das zuzuführende Feststoff-Flüssigkeitsgemisch bei der Einströmung Turbolenzen verursacht, die zur Folge haben, daß bereits sedimentierte Feststoffe erneut aufgewirbelt werden und daß die beabsichtigte Trennung der beiden Stoffe voneinander nur unzureichend erzielbar ist.

Um diesem Problem zu begegnen, hat man schon die Sedimentationseinrichtung sehr großvolumig gebaut, so daß sich die Verwirbelungen nur lokal in der Sedimentationseinrichtung auswirken. Diese Lösung ist aufgrund der erforderlichen großen Materialmengen hierfür und aufgrund des großen Platzbedarfs offensichtlich sehr unwirtschaftlich.

Einer anderen bekannten Lösung zufolge ist die Zuführvorrichtung in Form einer Vielzahl von Einzelrohren realisiert worden, so daß jedes Einzelrohr nur einen Bruchteil der Gesamtmenge mit entsprechend verminderter Strömungsgeschwindigkeit und somit verringerter Wirbelbildung zuführt. Nachteilig ist dabei einerseits der große Aufwand, der mit der Installation der Vielzahl von Rohren verbunden ist. Andererseits hat die geringe Strömungsgeschwindigkeit in unregelmäßigen Abständen die Verstopfung einiger Rohre durch Ablagerung von Feststoffen in diesen zur Folge, so daß nur eine verminderte Anzahl von Rohren mit entsprechend höherer Strömungsgeschwindigkeit und ebenfalls erhöhter Wirbelbildung die Sedimentationseinrichtung beschicken.

Zur Wartung dieser Anlage ist in gewissen Abständen eine Hochdruckspülung der Einzelrohre erforderlich, bei der wiederum eine starke Verwirbelung auftritt, die es eigentlich zu vermeiden gilt.

Aus der JP 62-74 414 A - Patent Abstracts of Japan, Sect. C, Band 11 (1987), Nr. 273 (C- 445) - ist eine Zuführvorrichtung für eine Sedimentationseinrichtung bekannt, in der aus einem zugeführten Feststoff-Flüssigkeitsgemisch die Feststoffe von der Flüssigkeit getrennt werden, wobei sich die Feststoffe unterhalb eines Feststoffpegels absetzen und unten aus der Sedimentationseinrichtung abgezogen werden können, während die Flüssigkeit an der Oberfläche abgezogen wird, wobei das Feststoff-Flüssigkeitsgemisch einer unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche und oberhalb des Feststoffspiegels angeordneten, über zwei konzentrische, übereinander geordnete Teilkörper verfügende Verteilvorrichtung von oben zugeführt wird. Zum Abziehen der hier enthaltenen Feststoffe wird ein Kratzflügel über dem Boden der Sedimentationseinrichtung in Rotation versetzt, um die Feststoffe zu dem hierfür vorgesehenen Auslaß zu bewegen.

Eine derartige Sedimentationseinrichtung ist für das hier zu behandelnde Feststoff-Flüssigkeitsgemisch ungeeignet, da die Kratzflügel zur Aufwirbelung bereits sedimentierter Feststoffe führen und die beabsichtigte Trennung der beiden Stoffe voneinander wieder aufheben.

Aus der DE- PS 276 400 ist ein Klärbehälter für Kanalisations- und sonstige Abwässer mit über dem konischen Boden in einem Trichter endenden Zuflußrohr bekannt, der zur Trennung ein Sieb verwendet, mit dem Schwebstoffe zurückgehalten werden.

Zum Abzug ist eine Vakuumpumpe erforderlich, und das Sieb muß mit reinem Wasser gereinigt werden, so daß der Betrieb dieses Klärbehälters unwirtschaftlich ist.

Aus der DE 38 18 624 A1 ist ein Kläreindicker bekannt, der mit einem Krählwerk arbeitet, das von einem Motor in Rotation versetzt wird, so daß zum Betrieb dieses Kläreindickers stets Energie zugeführt werden muß.

Aus der DE 43 18 522 A1 ist eine Sedimentationseinrichtung bekannt, mit der aus einem zugeführten Feststoff-Flüssigkeitsgemisch mitgeführter Sand durch ein schleuderverfahren von den übrigen Feststoffen getrennt und abgezogen wird, so daß diese Vorrichtung aufgrund der anderen Zielsetzung über keine geeigneten Merkmale verfügt.

Aus der DE PS 159 738 ist eine Zuführvorrichtung für eine Sedimentationsvorrichtung bekannt, in der aus einem zugeführten Feststoff-Flüssigkeitsgemisch die Feststoffe von der Flüssigkeit getrennt werden, wobei sich die Feststoffe unterhalb eines Feststoffspiegels absetzen und unten aus der Sedimentationseinrichtung abgezogen werden können, während die Flüssigkeit an der Oberfläche abgezogen wird, für ein Klärbecken, aus dem die Feststoffe und Klarwasser separiert abgezogen werden, wobei das Feststoff-Flüssigkeitsgemisch einer unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche und oberhalb des Feststoffspiegels angeordneten, über zwei konzentrische, übereinander geordnete Verteilkörper verfügende Verteilvorrichtung von oben zugeführt wird, wobei die Verteilkörper, von denen wenigstens einer ein Hyperboloidkörper ist, eine kleine Anströmfläche und eine große Abströmfläche aufweisen. Bei dieser den nächsten Stand der Technik bildenden Zuführvorrichtung wird das Feststoff-Flüssigkeitsgemisch bei der Zuführung zur Verteilvorrichtung in eine drehende Bewegung versetzt, die Zentrifugalkräfte weckt, so daß Feststoffe mit einer bedeutend größeren Dichte gegenüber dem Wasser nach außen geschleudert werden, während Sink- und Schwebestoffe mit einer geringfügig größeren Dichte als das Wasser zunächst nach unten abfließen, um dann von der Strömung wieder nach oben getragen zu werden. Dabei kommt es zur Kollision der Sink- und Schwebstoffe mit den schwereren Teilchen, die bei ihrem Sinkvorgang die leichteren Teilchen mit nach unten ziehen. Es ist offensichtlich, daß die bekannte Zuführvorrichtung zu ihrer Funktion der schweren Teilchen bedarf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zuführvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die ohne zusätzliche Energiezufuhr nach dem Schwerkraftsprinzip arbeiten kann, die zu ihrer Funktion keiner Feststoffe mit großer Dichte im zugeführten Feststoff-Flüssigkeitsgemisch bedarf und die bei hohem Durchsatz eine minimale Aufwirbelung sedimentierter Feststoffe verursacht.

Die Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst, nämlich dadurch, daß das von oben zugeführte Feststoff-Flüssigkeitsgemisch in einen an den Hyperboloidkörper konzentrisch angeformten Siffon gelangt, dessen Austritt sich unter dem oberen, als Umlenkhaube dienenden Verteilkörper befindet.

Der an den Hyperboloidkörper konzentrisch angeformte Siffon läßt das Feststoff-Flüssigkeitsgemisch relativ langsam zur Umlenkhaube hin aufsteigen, wobei sich Schlammflocken eindicken und dadurch zur Sedimentation konditioniert werden.

Eine in Patentanspruch 2 angegebene Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Zuführvorrichtung sieht vor, daß daß die Umlenkhaube über dem Austritt des Siffons eine umlaufende Kehlung aufweist, die das aus dem Austritt aufsteigende Feststoff-Flüssigkeitsgemisch nach unten auf den Hyperboloidkörper umlenkt.

Das Feststoff-Flüssigkeitsgemisch strömt den Verteilkörper der Zuführvorrichtung an dessen kleiner Anströmfläche an und erfährt in der Kehlung der Umlenkhaube eine Umlenkung seiner Strömung, die dann auf der großen Abströmfläche des Hyperboloidkörpers immer langsamer werdend seitlich abfließt. Die Feststoffe können sich dann ohne weitere Aufwirbelung absetzen.

Die dem Hyperboloidkörper eigene Rotationssymmetrie ist prädestiniert zum Einsatz in einer kreisrunden Sedimentationsvorrichtung, die ein hinsichtlich Materialeinsparung günstiges Verhältnis von Manteloberfläche zu eingeschlossenem Volumen aufweist.

Eine weitere in Patentanspruch 4 angegebene Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Axialabstand zwischen der Umlenkhaube und dem Hyperboloidkörper abhängig von der Durchflußmenge veränderbar ist.

Mit dieser Ausgestaltung ist es möglich, die Strömungsgeschwindigkeit auf der Strömfläche des Hyperboloidkörpers bei einer sich ändernden Durchflußmenge konstant auf der in Hinsicht auf die Wirbelbildung optimalen Strömungsgeschwindigkeit zu halten. Im Falle des Nachklärbeckens ist dies insofern von großer Bedeutung, als sich die Durchflußmenge durch wetterbedingte Niederschläge vervielfachen kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den restlichen Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine modifizierte Querschnittsansicht eines Nachklärbeckens mit der Zuführvorrichtung nach der Erfindung und

Fig. 2 eine Querschnittsansicht der in Fig. 1 dargestellten Zuführvorrichtung.

In Fig. 1 ist mit 1 bezeichnetes Nachklärbecken in einer modifizierten quergeschnittenen Seitenansicht dargestellt.

Ein Nachklärbecken 1 ist eine Sedimentationseinrichtung einer Kläranlage für Abwasser, in der ein aus einem Belebungsbecken zugeführtes Belebtschlamm-Wassergemisch durch Sedimentation in Schlamm und Klarwasser getrennt wird, um diese beiden Komponenten separiert zur Weiterverwendung abziehen zu können.

Durch ein Zuführrohr 2 aus dem nicht dargestellten Belebungsbecken wird ein überlaufendes Belebtschlamm-Was­ sergemisch in das Nachklärbecken 1 in dessen oberen kreiszylindrischen Beckenteil 3 geleitet, an den sich unten ein kegelförmiges Beckenteil 4 anschließt. In das obere Beckenteil 3 ist in gleicher Höhe mit dem Zuführrohr 2 ein Klarwasser-Abzugsrohr 5 angebracht, und im Bereich der Spitze unten im kegelförmigen Becken 4 befindet sich eine Tauchpumpe 6, die den aus dem Gemisch sedimentierten Schlamm durch ein Schlammrohr 7 heraustransportiert.

In der Mitte eines Deckelteils 8, welches das Nachklärbecken 1 nach oben abschließt, ist eine Haltevorrichtung 9 für ein durch diese in der Höhe verstellbares Halterohr 10 eingearbeitet. Das höhenverstellbare Halterohr 10 positioniert eine insgesamt mit 11 bezeichnete Zuführvorrichtung für das Belebtschlamm-Was­ sergemisch über dem Schlammspiegel 12 und unter der Wasseroberfläche im oberem kreiszylindrischen Beckenteil 3 des Nachklärbeckens 1.

Zu der Zuführvorrichtung 11 gehört ein Schlauch 13, der das Zuführrohr 2 mit einem Verteilkörper 14 verbindet. Verteilkörperseitig ist der Schlauch 13 auf einem gerippten Anschlußrohr 15 gesichert.

Das Anschlußrohr 15 ist mit einem T-Stück 16 verbunden, mit dem oben das höhenverstellbare Halterohr 10 und unten ein Ableitrohr 17 verbunden ist, durch letzteres das Belebtschlamm-Wassergemisch in einen Siffon 18 geleitet wird.

Der Siffon 18 ist zugleich Sockel 19 für einen Hyperboloidkörper 20, der zu dem Verteilkörper 14 gehört. Der an den Hyperboloidkörper 20 konzentrisch angeformte Siffon 18 läßt das Feststoff-Flüssigkeitsgemisch relativ langsam zu seinem Austritt 18′ zur Umlenkhaube 21 hin aufsteigen, wobei sich mitgeführte Belebtschlammflocken eindicken.

Das nach oben aufsteigende Belebtschlamm-Wassergemisch strömt eine rotationssymmetrische Umlenkhaube 21 von unten an, die über dem Hyperboloidkörper 20 koaxial zu diesem angeordnet ist.

Eine umlaufende Kehlung 21′ in der Umlenkhaube 21 lenkt das aufsteigende Belebtschlamm-Wassergemisch nach unten um, das nun auf eine kleine Anströmfläche oben am Hyperboloidkörper 20 auftrifft und sich gleichmäßig auf dem Umfang der hyperbolischen Fläche verteilt nach unten fließt. Auf dem Weg nach unten verbreitet sich die Fläche der Strömung in progressiver Weise, wobei der auf eine größere Fläche verteilte Fluß eine entsprechend verringerte Fließgeschwindigkeit aufweist. Wenn das Belebtschlamm-Was­ sergemisch die Abströmkante 20′ unten am Hyperboloidkörper 20 erreicht hat, die nahezu waagerecht verläuft, hat die Fließgeschwindigkeit ihren Minimalwert erreicht. Das abströmende Belebtschlamm-Wassergemisch verteilt sich ziemlich gleichmäßig über die gesamte Ringfläche zwischen dem Hyperboloidkörper 20 und der Wandung des oberen Beckenteils 3, ohne daß dabei die obere Klarwasserschicht aufgewirbelt wird. Wirbel in der Klarwasserschicht sind sehr unerwünscht, weil dann Belebtschlammflocken in das abzuziehende Klarwasser gelangen.

Durch rheologische Messungen anhand fotografischer Lichtschnittaufnahmen und bildgebender Ultraschall-Echo­ verfahren, mit denen Volumenströme erfaßbar sind, konnte beobachtet werden, daß sich die zuvor beschriebene Gleichverteilung über die Ringfläche zwischen dem Hyperboloidkörper 20 und der Wandung des oberen Beckenteils 3 nur bei einer bestimmten Abströmgeschwindigkeit von der Abströmkante 20′ einstellt. Wird diese unterschritten, bilden sich in der Mitte des Nachklärbeckens 1 Wirbel aus,die sich nach unten entwickeln, und beim Überschreiten dieser Abströmgeschwindigkeit kommt es zur Verwirbelung im oberen Randbereich des Nachklarbeckens 1.

Die Umlenkhaube 21 ist axial verschiebbar auf dem Halterohr 10 gelagert, so daß deren Axialabstand zum Hyperboloidkörper 20 variabel ist.

Ein kleinerer Axialabstand bewirkt eine höhere Strömungsgeschwindigkeit auf dem Hyperboloidkörper 20 und hat auch eine höhere Abströmgeschwindigkeit von der Abströmkante 20′ zur Folge.

Unter Berücksichtigung dieses Zusammenhangs ist es möglich, gegenüber wetterbedingten Niederschlägen eine optimierte Anpassung an wechselnde Durchsatzmengen zu erzielen.

Zur Regelung der Abströmgeschwindigkeit auf eine konstante Größe ist erfindungsgemäß eine Rückführkraft auf die Umlenkhaube 21 wirksam, die gegen den Auftrieb gerichtet ist, den die Umlenkhaube 21 beim Umlenken aus dem Siffon 18 anströmenden Belebtschlamm-Wassergemisch erfährt. Diese Rückführkraft wird durch das Eigengewicht der Umlenkhaube 21 und durch eine axial auf dem Halterohr 10 über der Umlenkhaube 21 abgestützten Ringfeder (nicht dargestellt) aufgebracht. Somit läßt sich trotz wechselnder Durchsatzmengen durch das Nachklärbecken 1 eine konstante Abströmgeschwindigkeit von der Abströmkante 20′ des Hyperboloidkörpers 20 erzielen, die zur schnellen Trennung des Schlamms und des Klarwassers aus dem Belebtschlamm-Was­ sergemisch optimiert ist. Das Nachklärbecken 1 ist gegenüber herkömmlichen Lösungen bei vergleichbaren Durchsatzmengen wesentlich kleiner gebaut, mit dem Vorteil der Materialeinsparung, gesenkter Herstellkosten und verringertem Platz- und Wartungsbedarf während des Betriebs.

Claims (8)

1. Zuführvorrichtung für eine Sedimentationseinrichtung, in der aus einem zugeführten Feststoff-Flüssigkeitsgemisch die Feststoffe von der Flüssigkeit getrennt werden, wobei sich die Feststoffe unterhalb eines Feststoffspiegels absetzen und unten aus der Sedimentationseinrichtung abgezogen werden können, während die Flüssigkeit an der Oberfläche abgezogen wird, insbesondere für ein Nachklärbecken, in das ein Belebtschlamm-Wassergemisch eingeleitet und aus dem Schlamm und Klarwasser separiert abgezogen werden, wobei das Feststoff-Flüssigkeitsgemisch einer unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche und oberhalb des Feststoffspiegels angeordneten, über zwei konzentrische, übereinandergeordnete Verteilkörper verfügende Verteilvorrichtung von oben zugeführt wird, wobei die Verteilkörper, von denen wenigstens einer ein Hyperboloidkörper ist, eine kleine Anströmfläche und eine große Abströmfläche aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß das von oben zugeführte Feststoff-Flüssigkeitsgemisch in einen an den Hyperboloidkörper (20) konzentrisch angeformten Siffon (18) gelangt, dessen Austritt (18′) sich unter dem oberen, als Umlenkhaube dienenden Verteilkörper (21) befindet.

2. Zuführvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkhaube (21) über dem Austritt (18′) des Siffons (18) eine umlaufende Kehlung (21′) aufweist, die das aus dem Austritt (18′) aufsteigende Feststoff-Flüssigkeitsgemisch nach unten auf den Hyperboloidkörper (20) umlenkt.

3. Zuführvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilvorrichtung (13 bis 21) von einem höhenverstellbaren Halterohr (10) gehalten ist, durch das die Zuleitung des Feststoff-Flüssigkeitsgemischs zur Verteilvorrichtung (18 bis 21) erfolgt.

4. Zuführvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Axialabstand zwischen der Umlenkhaube (21) und dem Hyperboloidkörper (20) abhängig von der Durchflußmenge veränderbar ist.

5. Zuführvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkhaube (21) zur durchflußmengenabhängigen Einstellung des Axialabstands einerseits axial verschiebbar auf dem Halterohr (10) gelagert ist und andererseits von einer gegen die Strömungskraft des aus dem Siffon (18) anströmenden Feststoff-Flüssig­ keitsgemischs gerichteten Rückführkraft beaufschlagt wird.

6. Zuführvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführkraft durch ein geeignet dimensioniertes Eigengewicht der Umlenkhaube (21) wirksam ist.

7. Zuführvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführkraft durch das Eigengewicht der Umlenkhaube (21) und durch ein Federelement zusammengesetzt ist.

8. Zuführvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement eine axial am Halterohr (10) abgestützte und gegen die Umlenkhaube (21) drückende Ringfeder ist.