DE69631652T2

DE69631652T2 - Unterdruck-abwasseranlage

Info

Publication number: DE69631652T2
Application number: DE69631652T
Authority: DE
Inventors: F. Alan HASSETT
Original assignee: White Oak Partnership LP
Current assignee: White Oak Partnership LP
Priority date: 1995-04-13
Filing date: 1996-04-12
Publication date: 2004-12-23
Anticipated expiration: 2016-04-13
Also published as: DE69631652D1; AU5486896A; EP0824621B1; EP0824621A4; WO1996032548A1; ATE260376T1; EP0824621A1; US5575304A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Unterdruck-Abwasseranlagen. Mehr im Besonderen betrifft die vorliegende Erfindung eine Unterdruck-Abwasseranlage mit einem Unterdruckventil, das es im Wesentlichen nur Abwasser gestattet, von einem Abwasserhaltetank in eine Unterdruck-Umgebung zu fließen, wobei die Strömungsrate des Abwasserflusses durch Verwendung mehrerer Lufteinlassventile verbessert wird, die längs der Hauptrohrleitung der Abwasseranlage beabstandet sind.
STAND DER TECHNIK
Verschiedene Arten von Abwassersammelanlagen werden in industrieller und häuslicher Umgebung verwendet. Diese Anlagen weisen eine herkömmliche Schwerkraftkanalisationsflussanlage, eine mit Druck beaufschlagte Anlage, die Positivdruckpumpen zur Vereinfachung des Abwasserflusses verwendet, und Unterdruck-Abwasseranlagen auf.
In einer herkömmlichen Schwerkraftabwasseranlage dienen die Gravitationskräfte dazu, einen Abwasserabfluss zu bewirken. Der Aufbau der Schwerkraftabwasseranlage muss so gestaltet sein, dass die Flüssigkeit von einem ersten Lagertank in relativ großer Höhe zu einem Abwassersammelbereich auf niedrigerer Höhe fließt. Die Rohrleitung in einer Schwerkraftabwasseranlage muss eine ausreichend steile Neigung aufweisen, so dass das Abwasser und Wasser dort mit genügender Geschwindigkeit hindurchfließen, um eine Selbstreinigungswirkung zu erzielen. Schwerkraftabwasseranlagen arbeiten nicht kosteneffizient an Stellen, an denen die Topographie so beschaffen ist, dass die Rohrleitung nicht mit ausreichend steiler Neigung angeordnet werden kann, um sie dem erforderlichen Abwasserabfluss anzupassen.
Positivdruckabwasseranlagen können in bestimmten Umgebungen eingesetzt werden, in denen Schwerkraftabwasseranlagen nicht kosteneffizient arbeiten. Positivdruckabwasseranlagen erfordern den Einsatz von einer oder mehreren Pumpen an verschiedenen Abwassereingangsstellen, so dass der Abwasserfluss durch Pumpen des Abwassers in ein Netzwerk aus Rohrleitungen relativ kleinen Durchmessers aufrecht erhalten werden kann. Positivdruckanlagen können auch in Verbindung mit einer Schwerkraftanlage eingesetzt werden, bei der mindestens ein Rückschlagventil an jeder Pumpstelle angeordnet ist, um an der Schnittstelle zwischen der Schwerkraftanlage, die in einem individuellen Wohngebäude verwendet werden kann, und der druckbeaufschlagten Anlage, die an einem entfernten Ort, wie etwa unter einer nahen Straße, angeordnet sein kann, eingesetzt zu werden.
Die dritte wichtige Art einer Abwasserkläranlage ist eine Unterdruck-Abwasseranlage, die man auch als Negativdruckanlage bezeichnen kann. In ihrer einfachsten Form kann sie einen Unterdrucksammeltank und eine Vakuumpumpe an einer Sammel- oder Pumpstation, einen ersten Abwasserhaltetank, eine Hauptleitung zum Transportieren des Abwassers von dem Haltetank zur Sammelstation und ein zwischen dem Abwasserhaltetank und der Hauptrohrleitung angeordnetes Unterdruckventil, umfassen. Eine Nebenrohrleitung, die gewöhnlich einen kleineren Innendurchmesser als die Hauptrohrleitung aufweist, ist zwischen dem Unterdruckventil am Abwasserhaltetank und der Hauptrohrleitung angeordnet.
Das Unterdruckventil kann elektrisch oder pneumatisch betätigt werden und dient gewöhnlich als Schnittstelle zwischen einer herkömmlichen Schwerkraftsanitäranlage, die zum Transport von Abwasser an den Abwasserhaltetank verwendet werden kann, und dem Unterdruckabschnitt der Abwasseranlage. Unterdruck-Abwasseranlagen des Standes der Technik, wie beispielsweise die in der US-A-4 155 851 beschriebene Anlage, machten es erforderlich, ein vorbestimmtes Verhältnis von Abwasser, das sowohl Flüssigkeit als auch festen Abfall in einem Medium auf Wasser- oder chemischer Basis enthalten kann, und Luft von dem Abwasserhaltetank und der Außenumgebung in die Unterdruck-Hauptrohrleitung zu saugen. Das Abwasser und die Luft wurden dann durch den Druckunterschied zwischen der Abfallsammelstation und dem Abwasserhaltetank stromabwärts auf die Abwassersammelstation zu gepresst. Der Druckunterschied besteht aufgrund des Abpumpens von Luft aus dem Bereich der Sammelstation durch Vakuumpumpen, so dass das Sammelstationsende der Hauptabwasserrohrleitung einen niedrigeren absoluten Druck als den Umgebungsdruck aufweist, der normalerweise in dem Abwasserhaltetank herrscht. Mit anderen Worten, der Druckunterschied erzeugt ein Hydraulikenergiegefälle vom Abwasserhaltetank zur Sammelstation hin. Der Hydraulikenergieunterschied treibt das Abwasser durch das offene Unterdruckventil und die angeschlossene Nebenleitung und in die Unterdruck-Hauptrohrleitung auf die Sammelstation zu.
Das Betreiben der Unterdruck-Abwasseranlagen ist durch den Gesamtdruckunterschied begrenzt, der zwischen der Sammelstation und dem Umgebungsdruck am Abwasserhaltetank erzeugt werden kann. Die theoretische Obergrenze des Druckunterschieds liegt zwischen dem herrschenden Luftdruck und dem absoluten Vakuum. Diese Grenze kann mengenmäßig definiert werden als 10 × 10⁴ Pa (760 mm Hg), die ungefähr gleich dem Druck ist, der von einer Atmosphäre oder 10,3 m (34 Fuß) Wasser ausgeübt wird. In der Praxis kann diese Obergrenze des Druckunterschieds nicht erzielt werden, da das absolute Vakuum einen Idealzustand darstellt. Typische Druckunterschiede in herkömmlichen Unterdruck-Abwasseranlagen liegen im Bereich zwischen 27 × 10³ – 80 × 10³ Pa (200–600 mm Hg).
Die Luft, die von dem Unterdruckventil in das dazugehörige Rohrnetz eingelassen wurde, war notwendig, um den Fluss des Abwassers durch die Anlage zu erleichtern. Jedoch hat die Luft ein bestimmtes Volumen aufgenommen, das effektiv das Volumen des Abwassers, das zu einer bestimmten Zeit in die Abwasserrohrleitung gesaugt werden konnte, begrenzt hat.
In bestimmten Anlagen des Standes der Technik wurde ein Lufteinlassventil an entfernten Stellen längs der Hauptrohrleitung angeordnet, um den Abwasserfluss durch Problembereiche in der Rohrleitung, wie beispielsweise „Durchhänge"- und „große Anhebungs"-Regionen, zu erleichtern. Die Durchhänge entstanden aufgrund des Profils der dazugehörigen Rohrleitung, die der Kontur des Erdbodens folgte. Ein Durchhang kann entstehen, wenn die Rohrleitung den Abwasserfluss in einem Winkel bergab führt und dann das Abwasser leicht bergauf fließen muss. Ein Durchhang kann als Radiusbereich zwischen der abschüssigen und der ansteigenden Neigung der Rohrleitung betrachtet werden. In der Rohrleitung kann in diesen Durchhängen Abwasser zurückbleiben und damit den gesamten Abwasserfluss behindern. Es wurde festgestellt, dass die Verwendung eines Lufteinlassventils in einer Durchhangregion in der Rohrleitung wirksam ist, um das Abwasser, das andernfalls in dem Durchhang zurückbleibt, durch die Rohrleitung zu treiben.
Hinsichtlich der Verwendung bei einer großen Anhebung wurde festgestellt, dass die Verwendung eines Lufteinlassventils an einer Stelle längs einer Hauptrohrleitung, die sich in einem relativ steilen Winkel nach oben erstreckte, dazu beitrug, das Fließen des Abwassers durch die Rohrleitung an der großen Anhebungs-Region zu erleichtern.
In herkömmlichen Unterdruck-Abwasseranlagen fließt Abwasser typischerweise durch die Nebenabwasserrohrleitung mit ungefähr 60 Litern pro Minute (15 Gallonen pro Minute (GPM)). Diese Strömungsrate kann für verschiedene industrielle und häusliche Anwendungszwecke, die das Bewältigen großer Abwassermengen erfordern, unzureichend sein. Die vorliegende Erfindung löst die Probleme, die mit einem unzureichenden Abwasserfluss durch Neben- und Hauptrohrleitungen eines Unterdruck-Abwassersystems verbunden sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Unterdruck-Abwasseranlage zum Abziehen bzw. Absaugen von Abwasser aus einem Abwasserhaltetank durch eine Nebenflussleitung in eine Hauptrohrleitung zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte des Erzeugens einer Unterdruck-Umgebung in der Hauptrohrleitung und der Nebenflussleitung sowie des selektiven Aussetzens des Abwassers in dem Abwasserhaltetank der Unterdruck-Umgebung für eine Zeitdauer, welche ausreicht, um im Wesentlichen nur Abwasser, das in dem Abwasserhaltetank zurückgehalten wurde, zum Ausfließen in die Nebenflussleitung zu zwingen, welche aber nicht ausreicht, um eine merkliche Menge Luft damit strömen zu lassen. Danach kann Luft selektiv direkt in die Hauptrohrleitung eingelassen werden, um das Volu men pro Zeiteinheit des in der Nebenflussleitung fließenden Abwassers zu erhöhen.
Wenn der Schritt des Erzeugens der Unterdruck-Umgebung durchgeführt wird, wird es bevorzugt, mindestens eine Vakuumpumpe zu aktivieren, welche mit der Hauptrohrleitung verbunden ist, bis eine vorher festgelegte Unterdruck-Umgebung innerhalb der Hauptrohrleitung und der Nebenflussleitung erzeugt worden ist. Vorzugsweise liegt die in der Neben- und der Hauptrohrleitung erzeugte Unterdruck-Umgebung zwischen 27 × 10³ Pa und 80 × 10³ Pa (200 mm Hg und 600 mm Hg).
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) zum Ausführen der Schritte des selektiven Öffnens und Schließens der Unterdruckventilmittel verwendet. Dies wird dadurch erreicht, dass logische Steuersignale von der SPS in vorher festgelegten, zeitlich abgestimmten Abständen an die Unterdruckventilmittel geschickt werden. Die SPS kann zunächst von einer Bedienperson aktiviert werden, nachdem die Nebenrohrleitung zwischen dem Abflussende der Unterdruckventilmittel und der Hauptrohrleitung verbunden ist.
Die SPS kann auch dazu eingesetzt werden, die Schritte des selektiven Öffnens und Schließens der mehreren Lufteinlassventilmittel durchzuführen. Gemäß diesen Schritten des vorliegenden Verfahrens können Steuersignale von der SPS in vorher festgelegten zeitlich abgestimmten Intervallen an ausgewählte der mehreren Lufteinlassventilmittel geschickt werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können Pegelfeststellungsmittel verwendet werden, um zu überprüfen, wann die Unterdruckventilmittel geöffnet oder geschlossen werden sollten, um zu gestatten, dass im Wesentlichen nur im Abwasserhaltetank zurückgehaltenes Abwasser der Unterdruck-Umgebung ausgesetzt wird. Die Pegelfeststellungsmittel können einen Sensor vom Schwimmertyp, eine pneumatische Vorrichtung wie beispielsweise ein Rührsystem, eine Ultraschallerfassungsvorrichtung oder dergleichen umfassen. Die Pegelfeststellungsmittel können in Verbindung mit einer SPS arbeiten, oder sie können unabhängig von der SPS arbeiten. In einer Ausführungsform, die Pegelfeststellungsmittel verwendet, wird ein Steuersignal erzeugt, um die Unterdruckventilmittel zum Öffnen zu bringen, wenn der Pegel des Abwassers in dem Abwasserhaltetank einen vorher festgelegten Wert erreicht. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Steuersignal auch an die Unterdruckventilmittel geschickt, um deren Schließen zu bewirken, wenn der Pegel des Abwassers innerhalb des Abwasserhaltetanks unter einen vorbestimmten Wert sinkt.
Das Verfahren zum Betreiben der vorliegenden Unterdruck-Abwasseranlage kann auch den Schritt umfassen, die Unterdruckventilmittel zu einem zyklischen Pendeln zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position zu bringen, bis eine gewünschte Menge Abwasser, das zuerst in dem Abwasserhaltetank gelagert wurde, daraus entleert worden ist.
Eine SPS kann verwendet werden, um automatisch dazugehörige Vakuumpumpen zur Erzeugung einer gewünschten Unterdruck-Umgebung zu aktivieren, wenn das Abwasser im Abwasserhaltetank einen vorher festgelegten Pegel erreicht. Diese kann dieselbe SPS sein, die zum selektiven Öffnen und Schließen der Unterdruckventilmittel und der mehreren Lufteinlassventilmittel dient.
Das vorliegende Verfahren könnte auch mit einer Abwasseranlage betrieben werden, die eine Kombination aus einer Schwerkraftsanitäranlage und einer Unterdruckanlage ist. In dieser Umgebung kann das Verfahren die Schritte des selektiven Transportierens von Abwasser unter einem Schwerkraftspülsystem von einem ersten Lagertank durch entsprechende Schwerkraftnebenleitungen in den Abwasserhaltetank vor dem Aussetzen einer Unterdruck-Umgebung umfassen, was geschieht, wenn die Unterdruckventilmittel in eine offene Position gebracht werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Unterdruck-Abwasseranlage zur Verfügung gestellt. Das Unterdruck-Abwassersystem umfasst einen Abwasserhaltetank oder ist damit verbindbar und umfasst weiterhin Unterdruckventilmittel, die normalerweise in einer geschlossenen Position angeordnet und selektiv in eine offene Position bringbar sind. Die Unterdruckventilmittel sind wirksam für einen Flüssigkeitsfluss in Bezug auf den Abwasserhaltetank verbunden, um selektiv zu gestatten, dass im Wesentlichen nur in dem Abwasserhaltetank gespeichertes Abwasser von dort fließt, während sie verhindern, dass eine merkliche Menge Luft aus dem Abwasserhaltetank strömt. Nebenflussleitungsmittel sind zum Transportieren von Abwasser aus dem Abwasserhaltetank vorgesehen. Die Unterdruckventilmittel sind mit den Nebenflussleitungsmitteln verbunden und wirksam damit verknüpft. Die Unterdruckventilmittel können entweder stromaufwärts oder stromabwärts von den Nebenflussleitungsmitteln angeordnet sein. Eine Hauptrohrleitung ist stromabwärts von den Nebenflussleitungsmitteln angeordnet und so ausgelegt, dass sie von dort fließendes Abwasser aufnimmt. Unterdruckerzeugungsmittel sind zum Erzeugen einer Unterdruck-Umgebung in der Hauptrohrleitung und der Nebenflussleitungsmittel vorgesehen.
Mehrere Lufteinlassventilmittel sind an beabstandeten Stellen entlang der Hauptrohrleitung angeordnet und werden selektiv von einer geschlossenen Position in eine offene Position und umgekehrt gebracht, um selektiv zu gestatten, dass Umgebungsluft in die Hauptrohrleitung durch die dort herrschende Unterdruck-Umgebung gezogen wird, wodurch das Volumen pro Zeiteinheit des in den Nebenflussleitungsmitteln fließenden Abwassers von einer Anfangsmenge auf eine größere Menge erhöht wird.
Die Nebenflussleitungsmittel können einen biegsamen Schlauch umfassen, der mit dem Abwasserhaltetank und einer festen Nebenflussleitung verbunden sein kann, die eine im Wesentlichen starre Struktur umfassen und neben der Hauptflussleitung angeordnet sein kann. Bei der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform können die Unterdruckventilmittel zwischen der festen Nebenflussleitung und dem biegsamen Schlauch angeordnet sein.
Der biegsame Schlauch kann in Bezug auf den Abwasserhaltetank entfernbar verbunden sein. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann der biegsame Schlauch auch in Bezug auf ein Unterdruckventil, das zwischen dem biegsamen Schlauch und der festen Nebenflussleitung, die direkt mit der Hauptflussleitung verbunden ist, entfernbar verbunden sein.
Der Begriff Umgebungsluft, wie er vorliegend verwendet wird, soll atmosphärische Luft bezeichnen, die außerhalb der Haupt- und Nebenrohrleitungen vorhanden ist. Daher wird, wenn die Lufteinlassventilmittel in eine offene Position gebracht werden, atmosphärische Luft von der Außenumgebung in die Hauptrohrleitung gesaugt. Es sollte auch bemerkt werden, dass der Begriff Abwasser industrielle Abwässer ebenso wie Kanalabwässer umfasst.
Vorzugsweise umfasst die Unterdruck-Abwasseranlage mehrere Abwasserhaltetanks und mehrere Nebenflussleitungen, die jeweils mit den entsprechenden der mehreren Abwasserhaltetanks verbunden sind. Jede der mehreren Nebenflussleitungen ist mit der Hauptrohrleitung verbunden.
Die Unterdruck-Abwasseranlage umfasst vorzugsweise auch einen stromabwärts von der Hauptrohrleitung angeordneten Sammeltank, der so ausgelegt ist, dass er das von aus dem Abwasserhaltetank entleerte Abwasser aufnimmt. Der Sammeltank kann gemeinsam mit den Unterdruckerzeugungsmitteln betrieben werden, die mindestens eine Vakuumpumpe umfassen können, so dass die Unterdruck-Umgebung zwischen etwa 27 × 10³ Pa und 80 × 10³ Pa (200 mm Hg und 600 mm Hg) liegt.
Bevorzugt umfassen die Unterdruckventilmittel einen Elektromagneten in Kombination mit einem Ventilelement, wie beispielsweise einem Quetschventil, einem Rückschlagventil, einem Kugelventil oder dergleichen. Der Elektromagnet ist wirksam mit dem Ventilelement verbunden und dafür verantwortlich, das Ventilelement in eine gewünschte offene oder geschlossene Position zu bringen. Jedes der mehreren Lufteinlassventilmittel kann ein Magnetventil oder ein anderes elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigtes Ventilelement umfassen.
Die Unterdruck-Abwasseranlage der vorliegenden Erfindung umfasst vorzugsweise Steuervorrichtungen zum Steuern bzw. Regeln der Betätigung der Unterdruckventilmittel zwischen der offenen und der geschlossenen Position. Die Steuervorrichtungen können eine SPS umfassen, die dazu ausgelegt ist, logi sche Steuersignale an die Unterdruckventilmittel zu senden. Die Steuervorrichtungen können auch zum Steuern der Betätigung der mehreren Lufteinlassventilmittel zwischen den gewünschten offenen und geschlossenen Positionen verwendet werden.
Außerdem wird es bevorzugt, dass die Unterdruck-Abwasseranlage mehrere Anfangslagertanks und mehrere entsprechende Schwerkraftnebenleitungen umfasst, wobei jede der Schwerkraftnebenleitungen ein erstes Ende, das mit entsprechenden der Anfangslagertanks verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das mit dem Abwasserhaltetank verbunden ist. In der vorliegenden Ausführungsform dienen die Unterdruckventilmittel als Schnittstelle zwischen einer Schwerkraftanlage und einer Unterdruck-Abwasseranlage.
Die Hauptrohrleitung kann einen Innendurchmesser zwischen etwa 75 mm (drei Zoll) und 300 mm (zwölf Zoll) aufweisen. Die Nebenflussleitung kann einen Innendurchmesser zwischen etwa 25 mm (einen Zoll) und 100 mm (vier Zoll) aufweisen. In alternativen Ausführungsformen können die Abmessungen der Hauptrohrleitung und der Nebenabwasserflussleitungen schwanken, um gewünschte Abwasserflussmengen aufzunehmen.
Die Hauptrohrleitung der vorliegenden Unterdruck-Abwasseranlage ist vorzugsweise in einem Sägezahnmuster angeordnet. Des Weiteren kann mindestens ein Abschnitt der Hauptabwasserflussleitung im Erdreich verlegt sein und senkt sich vorzugsweise von dem Abwasserhaltetank zu einer Sammelstation.
Die Zeitdauer, während der die Unterdruckventilmittel in einer offenen Position angeordnet sind, kann abhängig von der Menge des Abwassers in einem dazugehörigen Abwasserhaltetank und der Art der verwendeten Unterdruck-Abwasseranlage variieren. Gemäß einer Ausführungsform, wie etwa einer besonderen Unterdruck-Abwasseranlage, die in Verbindung mit dem Leeren der Abwasserhaltetanks von Triebwagen verwendet werden kann, kann eine Bedienperson die Menge des in einem Abwasserhaltetank verbliebenen Abwassers manuell bestimmen. Bei der vorliegenden Ausführungsform entscheidet die Bedienperson visuell, wie viel Abwasser noch aus einem zugeordneten Abwasserhaltetank entleert werden muss, und bewirkt dann das Öffnen und/oder Schließen eines dazugehörigen Unterdruckventils.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann die Zeitdauer, die das Unterdruckventil offen ist, automatisch von einer SPS berechnet werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Zeitdauer, die ein Unterdruckventil offen oder geschlossen bleibt, automatisch von einer Pegelfeststellungsvorrichtung bestimmt werden, die gemeinsam mit einer SPS oder unabhängig von einer SPS arbeiten kann, was das Öffnen eines dazugehörigen Unterdruckventils bewirkt, wenn das Abwasser in einem Haltetank einen vorbestimmten hohen Pegel erreicht, und automatisch das Schließen des dazugehörigen Unterdruckventils bewirkt, wenn das Abwasser im Haltetank ein vorher festgelegtes niedriges Niveau erreicht.
Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Unterdruck-Abwasseranlage zur Verfügung zu stellen, die Unterdruckventilmittel aufweist, welche zwischen einem Abwasserhaltetank und einer Hauptrohrleitung angeordnet sind, die für eine Zeitdauer geöffnet werden können, so dass im Wesentlichen nur Abwasser von dem Haltetank in die Hauptrohrleitung fließen darf.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Unterdruck-Abwasseranlage zur Verfügung zu stellen, die mehrere an beabstandeten Stellen entlang einer Hauptrohrleitung angeordnete Lufteinlassventilmittel umfasst, so dass Umgebungsluft selektiv dort hineingesaugt werden kann, um das Volumen des Abwasserflusses innerhalb einer gegebenen Zeitdauer in einer oder mehreren dazugehörigen Nebenflussleitungen zu erhöhen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges Verfahren zum Betreiben einer Unterdruck-Abwasseranlage zur Verfügung zu stellen, die es einem im Wesentlichen größeren Abwasservolumen erlaubt, durch dazugehörige Nebenflussleitungen innerhalb einer gegebenen Zeitdauer zu fließen, als bisher erreicht worden ist.
Diese Ziele und weitere Ziele und Merkmale der vorliegenden Unterdruck-Abwasseranlage und des Verfahrens zum Betreiben einer Unterdruck-Abwasseranlage werden besser ersichtlich, nachdem die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den Zeichnungen betrachtet worden ist, die einen Bestandteil der offenbarten Erfindung darstellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Unterdruck-Abwasseranlage der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische detaillierte Ansicht der Anordnung eines der Lufteinlassventile der vorliegenden Erfindung in Kombination mit der Hauptrohrleitung.
3 ist ein Flussdiagramm, das Arbeitsschritte der Unterdruck-Abwasseranlage gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein Flussdiagramm, das Abwasserflussregionen im Blockformat durch die Schwerkraft- und Unterdruckregionen der Abwasseranlage der vorliegenden Erfindung zeigt.
BESTE ART UND WEISE DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Eine Unterdruck-Abwasseranlage gemäß der vorliegenden Erfindung ist schematisch in 1 in Kombination mit einer schwerkraftgespeisten Abwasseranlage gezeigt, die in industriellen oder häuslichen Umgebungen benutzt werden kann. 1 veranschaulicht insbesondere die vorliegende Unterdruck-Abwasseranlage, wie sie zur Leerung von Triebwagen verwendet werden kann. Jedoch sollte gewürdigt werden, dass die vorliegende Unterdruck-Abwasseranlage in verschiedenen Anwendungen zum Entfernen von Abwasser aus Restaurants, Fabriken, Bürogebäuden, Schulen, Privatwohngebäuden usw. herangezogen werden kann.
Mehrere Triebwagen sind in 1 durch Bezugszeichen 10A–D bezeichnet. Jeder Triebwagen 10A–D weist eine herkömmliche Schwerkraft-Abwasseranlage einschließlich einer Toilette 12A–D, einer schwerkraftgespeisten Nebenflussleitung 14A–D und einen Lagertank 16A–D auf. Die schwerkraftgespeisten Nebenleitungen sind zwischen den Toiletten 12A–D und dem Lagertank 16A–D verbunden. Diese Schwerkraft-Abwasseranlagekomponenten sind im Stand der Technik gut bekannt.
Die vorliegende Erfindung weist mindestens ein Unterdruckschnittstellenventil 18A–D auf, das als Schnittstelle zwischen einer herkömmlichen schwerkraftgespeisten Anlage und einer neuartigen Unterdruck-Abwasseranlage dient. Die Unterdruckschnittstellenventile 18A–D sind mit jedem der Lagertanks 16A–D verbunden. Die Unterdruckschnittstellenventile 18A–D können durch einen entsprechenden Elektromagneten 19A–D selektiv zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position bewegt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform können die Unterdruckschnittstellenventile 18A–D Quetschventile sein, und der gesamte Ventilaufbau weist eine Kombination der Quetschventile und der entsprechenden Elektromagnete 19A–D auf. Es sollte gewürdigt werden, dass in alternativen Ausführungsformen ein Einzeleinheit-Magnetventil oder andere Ventilgruppen anstelle der zusammengesetzten Quetschventil- und Elektromagnetanordnung verwendet werden können.
An den Haltetanks 16A–D sind manuelle Ventile 15A–D zusammen mit (nicht gezeigten) Schnelltrennkupplungen zum Verbinden zugeordneter Nebenflussleitungen mit den Haltetanks 16A–D angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform, wie beispielsweise einer Ausführungsform, die zum Entfernen von Abwasser aus Abwasserhaltetanks in Triebwagen verwendet wird, können die Nebenflussleitungen mehrere Bestandteile, wie etwa selektiv entfernbare biegsame Schlauchteile 17A–D, und feste, im Wesentlichen starre Bestandteile 24A–D umfassen, die direkt mit der Hauptabwasserrohrleitung 30 verbunden sind. Die biegsamen Schläuche 17A–D weisen ein erstes Ende auf, das mit Schnelltrennkupplungen an den manuellen Ventilen 15A–D der Haltetanks 16A–D verbunden sein kann. Ein zweites Ende der biegsamen Schläuche 17A–D ist stromabwärts von dem ersten Ende angeordnet und kann mit dem stromaufwärtigen Ende 20A–D der Unterdruckschnittstellenventile 18A–D verbunden sein, wie in 1 gezeigt ist. Ein stromabwärtiges Ende 22A–D der Unterdruckschnittstellenventile 18A–D ist von dem stromaufwärtigen Ende 20A–D beabstandet. Es sollte gewürdigt werden, dass der Abstand zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Ende der Unterdruckschnittstellenventile ein sehr kleiner Abstand sein kann. Die Unterscheidung zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Ende ist gemacht worden, um die Abschnitte des Unterdruckschnittstellenventils 18A–D, die dem Abwasserhaltetank 18A–D und den zugeordneten festen Nebenflussleitungen am nächsten sind, genauer zu definieren.
Obwohl verschiedene Arten von Unterdruckschnittstellenventilen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, hat ein luftbetätigtes Quetschventil Verlässlichkeit bei der Unterdruckarbeit bewiesen. Dieses Ventil kann einen durchgehenden Freifluss aufweisen, der für Service bei unverdünntem Toilettenabfall ideal ist. Wenn die Unterdruckschnittstellenventile 18A–D mit den Elektromagneten 19A–D gekoppelt sind, funktionieren sie als ein elektrisch betätigtes Unterdruckventil, das zuverlässig und einfach zu warten ist.
Wie in 1 gezeigt ist, sind feste Nebenflussleitungen 24a–D vorgesehen und weisen ein stromaufwärtiges Ende 26A–D auf, das mit dem stromabwärtigen Ende 22A–D entsprechender Unterdruckschnittstellenventile 18A–D verbunden ist. Die festen Nebenflussleitungen 24A–D weisen ebenfalls ein stromabwärtiges Ende 28A–D auf, das an einer Hauptrohrleitung 30 befestigt ist. Es wird bevorzugt, dass die Nebenflussleitungen 24A–D aus einem im Wesentlichen steifen Material, wie etwa Polyvinylchlorid (PVC), hergestellt sind.
Die besonderen Abmessungen, einschließlich der Länge und des Innendurchmessers der festen Nebenflussleitungen 24A–D, können in alternativen Ausführungsformen variieren. In einer bevorzugten Ausführungsform können die festen Nebenflussleitungen 24A–D einen Innendurchmesser zwischen etwa zwei Zoll und vier Zoll aufweisen. Jedoch können in alternativen Ausführungsformen Flussleitungen mit größerem oder kleinem Durchmesser verwendet werden. In ähnlicher Weise haben die biegsamen Nebenflussleitungen 17A–D vorzugsweise einen Innendurchmesser zwischen etwa zwei Zoll und vier Zoll, aber sie können einen größeren oder kleineren Durchmesser aufweisen, was von der besonderen Anwendung, zu der sie eingesetzt werden, abhängt.
(Nicht gezeigte) Kupplungen können verwendet werden, um ein stromaufwärtiges Ende der festen Nebenflussleitungen 24A–D zwischen den Unterdruckschnittstellenventilen 18A–D und der Hauptabwasserrohrleitung 30 anzuschließen. Die Kupplungen sollten eine Struktur aufweisen, welche ausreicht, um in einer Unterdruck-Umgebung zwischen etwa 27 × 10³ Pa und 80 × 10³ Pa (200 mm Hg und 760 mm Hg) zu funktionieren.
Es wird bevorzugt, dass die Nebenflussleitungen 17A–D aus einem im Wesentlichen biegsamen schlauchähnlichen Material hergestellt werden, so dass ein Entleeren der Abfallhaltetanks 16A–D der Triebwagen 10A–D durchgeführt werden kann, wenn die Triebwagen 10A–D sich in verschiedenen Positionen in Bezug auf die Kopplungsbereiche der Unterdruckschnittstellenventile 18A–D und der festen Nebenflussleitungen 24A–D befinden.
Wie in 1 veranschaulicht ist, kann die Hauptabwasserrohrleitung 30 ein Sägezahnprofil aufweisen. Dies ist ein hydraulisch effizientes Profil, da es die Flussrate von Ab wasser durch die Hauptrohrleitung 30 verbessert, und es gestattet der Hauptrohrleitung 30, unter der Erdoberfläche flach zu bleiben. Es wird bevorzugt, dass die Hauptrohrleitung 30 eine Gesamtneigung auf eine zentrale Unterdrucksammelstation zu aufweist, die in 1 mit „S" bezeichnet ist. Diese Neigung kann in Abhängigkeit von der Umgebung variieren. Es ist jedoch festgestellt worden, dass eine Gesamtneigung von mindestens 600 mm (zwei Fuß) auf 300 m (1000 Fuß) Rohrleitung zu bevorzugen ist.
Die Hauptrohrleitung 30 kann aus verschiedenen korrosionsbeständigen Materialien hergestellt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Hauptrohrleitung 30 ein PVC-Rohr, das einen Innendurchmesser zwischen etwa 100 mm (vier Zoll) und 300 mm (zwölf Zoll) aufweist. Es sollte verstanden werden, dass der Innendurchmesser des PVC-Rohrs bei besonderen Anwendungen variieren und daher kleiner oder größer als die vorstehend erwähnten Abmessungen sein kann.
Mehrere Lufteinlassventile 32A–H sind in beabstandeten Entfernungen entlang der Hauptabwasserrohrleitung 30 verbunden. Jedes der Lufteinlassventile 32A–H kann ein elektromagnetbetätigtes Ventilelement sein, das zwischen der offenen und der geschlossenen Position selektiv bewegt werden kann. Die Entfernung zwischen den Lufteinlassventilen beträgt vorzugsweise nicht mehr als etwa 300 m (1000 lineare Fuß) und kann weniger als etwa 60 m (200 lineare Fuß) betragen. Jedoch kann in alternativen Ausführungsformen die Entfernung zwischen den nächstgelegenen Lufteinlassventilen 32A–H größer als 300 m (1000 lineare Fuß) oder wesentlich weniger als 60 m (200 lineare Fuß) sein.
Die Hauptabwasserrohrleitung 30 ist mit einem Sammeltank 38 verbunden, der an einer Unterdruckstation S angeordnet sein kann. Eine Vakuumpumpe 40 ist wirksam mit dem Sammeltank 38 und der Hauptrohrleitung 30 verbunden. Die Vakuumpumpe kann eine ölgekühlte Dauerbetriebspumpe vom Drehkolbentyp sein, die sich als verlässlich in Unterdruckabwasseranwendungen erwiesen hat. Alternativ können verschiedene andere Arten von Vakuumpumpen im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die Vakuumpumpe 40 sollte ausreichen, um eine Unterdruck-Umgebung von mindestens zwischen etwa 27 × 10³ Pa und 80 × 10³ Pa (200 mm Hg und 600 mm Hg) mit der Hauptrohrleitung 30 und den dazugehörigen Nebenleitungen 24A–D zu erzeugen.
Eine Abwasserpumpe 42 ist mit dem Sammeltank 38 zum Pumpen von Abwasser aus dem Sammeltank 38 in einen Transportlaster oder ein Abwasserklärwerk verbunden, wie durch den Pfeil T gezeigt ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung können verschiedene Arten von Abwasserpumpen verwendet werden. Eine herkömmliche Abwasserpumpe, die erfolgreich verwendet wurde, ist eine Zentrifugalpumpe, die typischerweise in versenkbaren Abwasserhebestationen und Trockengrubenanwendungen eingesetzt wird und erforderliche Zulaufhöheneigenschaften aufweist, die für Unterdruck-Abwasseranlagen geeignet sind.
Wie in 1 schematisch veranschaulicht ist, kann eine SPS 36 mit verschiedenen Komponenten der vorliegenden Unterdruck-Abwasseranlage verbunden sein, um die Steuerung der Anlage zu erhalten. Die SPS muss imstande sein, wiederholte Ein-Aus-Reihenfolgeoperationen zu steuern. Eine im Handel erhältliche SPS, die zur Verwendung mit der vorliegenden Unterdruck-Abwasseranlage geeignet ist, ist die SPS 5/25 von Allen Bradley.
Wie in 1 veranschaulicht ist, wird die SPS mit den Elektromagneten 19A–D zum Steuern der Unterdruckschnittstellenventile 18A–D der Lufteinlassmagnetventile 32A–H, der Vakuumpumpe 40 und der Abwasserpumpe 42 gekoppelt. In alternativen Ausführungsformen können separate SPSen zum Steuern verschiedener Merkmale der vorliegenden Unterdruck-Abwasseranlage verwendet werden. In der in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform steuert jedoch eine einzelne SPS den Abwasserpegel in der Anlage, die Rate der Abwasserströmung durch die Nebenflussleitungen 17A–D und 24A–D und die Hauptflussleitung 30 sowie das Entfernen von Abwasser aus dem Sammeltank 38.
Pegelfeststellungsvorrichtungen 13A–D können wirksam mit den Abwasserhaltetanks 16A–D verbunden sein, um hohe und niedrige Abwasserpegel festzustellen und Signale als Antwort auf solche Pegel zu erzeugen, so dass die zugeordneten Unterdruckschnittventile 18A–D sich auf der Basis des Pegels des Abwassers in den Abwasserhaltetanks 16A–D öffnen und schließen können. Die Pegelfeststellungsvorrichtungen 13A–D können nach einem Schwimmerprinzip, einem pneumatischen Prinzip wie etwa einem Rührsystem, einem Ultraschallprinzip oder anderen Pegelfeststellungsprinzipien funktionieren, die im Stand der Technik allgemein bekannt sind. Die Pegelfeststellungsvorrichtungen 13A–D können gemeinsam mit der SPS 36 arbeiten oder sie können unabhängig von der SPS 36 arbeiten.
In einer Ausführungsform, in der eine SPS nicht erforderlich ist, können die Pegelfeststellungsvorrichtungen 13A–D unabhängig von einer Zeitsteuerung arbeiten, um das Öffnen und Schließen der zugeordneten Unterdruckschnittstellenventile 18A–D zu bewirken. In einer derartigen Unterdruck-Abwasseran lage kann Abwasser im Wesentlichen ununterbrochen von den Haltetanks 16A–D fließen, vorausgesetzt, dass der Pegel des Abwassers, das in die Haltetanks 16A–D fließt, nicht unter einen vorher festgelegten Wert fällt. Eine Unterdruck-Abwasseranlage dieser Art kann das Bewältigen großer Abwassermengen erfordern.
In einer anderen Ausführungsform, wie etwa dem Entleeren von Triebwagen, kann es wünschenswert sein, den Abwasserfluss mit der Unterdruck-Abwasseranlage zu begrenzen. Bei dieser Umgebungsform wäre es wünschenswert, eine SPS zu verwenden, um das Öffnen und Schließen der Unterdruckschnittstellenventile 18A–D in zeitlich gesteuerten Abständen zu steuern, so dass die Unterdruckschnittstellenventile als gedrosselt betrachtet würden. Beispielsweise kann es erwünscht sein, den Abwasserfluss auf 380 Liter pro Minute (100 GPM) zu begrenzen. Das Drosseln der Unterdruckschnittstellenventile 18A–D kann in der zugeordneten SPS vorprogrammiert sein, so dass die Abwasserflussrate nie über 380 Liter pro Minute (100 GPM) steigen darf.
Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Betätigung der Unterdruckschnittstellenventile 18A–D, die so entworfen sind, dass sie nach Maßgabe mit von der SPS gesandten logischen Steuersignalen zyklisch pendeln, so dass im Wesentlichen nur Abwasser aus den Lagertanks 16A–D abgezogen wird. Dies unterscheidet sich von Unterdruckschnittstellenventilen des Standes der Technik, die im Allgemeinen dazu entworfen wurden, dass sie funktionieren, indem sie flüssiges Abwasser, das von einem Lagertank in eine Nebenflussleitung während einer vorbestimmten Zeitdauer eingelassen werden soll, zulassen und dann gestatten, dass ein Luftvorrat in die zugeordneten Flussleitungen eingesaugt wird. Wenn Unterdruck schnittstellenventile nach dem Stand der Technik verwendet wurden, waren verschiedene Luft/Flüssigkeit-Verhältnisse erforderlich. Die bekannten Anlagen, die diese Zwei-Phasen-Unterdruckschnittstellenventile verwendeten, waren nicht so effizient wie die vorliegende Unterdruck-Abwasseranlage, da die in die dazugehörigen Nebenleitungen eingelassene Luft eine bestimmte Abwassermenge verdrängte und so die Abwassermenge beschränkte, die zu einem gegebenen Zeitpunkt durch die Nebenleitungen fließen konnte. Derartige Anlagen nach dem Stand der Technik erzielten gewöhnlich Flussraten von weniger als etwa 60 Litern pro Minute (15 Gallonen pro Minute (GPM)) flüssigen Abwassers für jedes Unterdruckventil, das in Verbindung mit den Nebenleitungen verwendet wurde. Obwohl die bekannten Anlagen in Umgebungen, in denen relativ niedrige Flussanwendungen gebraucht werden, zufriedenstellend arbeiten, sind sie nicht vollständig dazu imstande, den Anforderungen von Umgebungen mit hohem Fluss zu entsprechen, außer es wird eine große Anzahl von Unterdruckventilen verwendet.
Durch Verwenden der Unterdruckschnittstellenventile 18A–D, die gemeinsam mit den Lufteinlassventilen 32A–H keine merkliche Menge Luft in die dazugehörigen Nebenleitungen 24A–D strömen lassen, kann die Flussrate des Abwassers durch die Nebenleitungen 24A–D bis weit über 380 Liter pro Minute (100 GPM) gesteigert werden und kann weitaus mehr als 760 Liter pro Minute (200 GPM) erreichen. Dieser vorteilhafte Aspekt der vorliegenden Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit dem Betrieb der vorliegenden Unterdruck-Abwasseranlage erörtert.
Wenn die vorliegende Unterdruck-Abwasseranlage gemäß der vorliegenden Erfindung betrieben wird, kann es erforderlich sein, dass eine Bedienperson ein erstes Ende einer biegsamen Nebenflussleitung, wie etwa der Nebenleitungen 17A–D, mit der (nicht gezeigten) Schnelltrennkupplung an den manuellen Ventilen 15A–D der Abwasserhaltetanks 16A–D manuell verbindet. Ein zweites Ende der biegsamen Nebenleitungen 17A–D würde mit dem stromaufwärtigen Ende 20A–D der Unterdruckschnittstellenventile 18A–D verbunden werden. Das stromabwärtige Ende 22A–D der Unterdruckschnittstellenventile 18A–D ist neben dem stromaufwärtigen Ende 26A–D der festen Nebenflussleitungen 24A–D angeordnet, das an dem stromabwärtigen Ende 28A–D zur Hauptleitung 30 befestigt ist.
Ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Unterdruck-Abwasseranlage gemäß dem vorliegenden Verfahren abbildet, ist in 3 gezeigt. Es sollte gewürdigt werden, dass der Schritt des Verbindens der biegsamen Nebenflussleitungen 17A–D zwischen den Abwasserhaltetanks 16A–D und den Unterdruckschnittstellenventilen 18A–D nicht notwendigerweise in Umgebungen erfolgen muss, in denen die Nebenflussleitungen 24A–D und die Unterdruckschnittstellenventile 18A–D bereits zwischen zugeordneten Abwasserhaltetanks 16A–D und der Hauptflussleitung 30 verbunden sind, wie etwa in Umgebungen, in denen die Abwasserhaltetanks 16A–D nicht mobil sind.
Vor dem Anschluss der biegsamen Nebenflussleitungen 17A–D in zusammengesetzter Position kann es erforderlich sein, dass eine Bedienperson einen (nicht gezeigten) ersten Aktivierungsknopf drückt, was die Wirkung hat, die SPS 36 zu aktivieren, so dass sie die zeitliche Steuerung für alle Abwasserschnittstellenventile 18A–D und die Lufteinlassventile 32A–H ausführt. Zu diesem Zweck sendet die SPS 36 Steuersignale an die zugeordneten Elektromagnete 19A–D der Unterdruckschnittstellenventile 18A–D und die Lufteinlassmagnetventile 32A–H. Die SPS 36 kann gleichzeitig auch ein Signal an die Vakuumpumpe 40 schicken, das die Vakuumpumpe aktiviert, so dass sie eine vorher festgelegte Unterdruck-Umgebung in der Hauptflussleitung 30 und den dazugehörigen Nebenflussleitungen 24A–D erzeugt. Wie vorstehend angegeben wurde, liegt diese Unterdruck-Umgebung bevorzugt zwischen etwa 27 × 10³ Pa und 80 × 10³ Pa (200 mm Hg und 600 mm Hg).
Zur Vereinfachungszwecken ist die Vakuumpumpe 40 als eine einzelne bzw. einzige Vakuumpumpe enthaltend beschrieben. Jedoch kann im tatsächlichen Betrieb die Vakuumpumpe 40 eine Hauptvakuumpumpe und eine oder mehrere Nebenvakuumpumpen umfassen. Es kann einige oder mehr Minuten dauern, bis die Vakuumpumpe 40 die gewünschte Unterdruck-Umgebung in der Hauptrohrleitung 30 und den Nebenflussleitungen 24A–D erzielt. Sobald die gewünschte Unterdruck-Umgebung erzielt worden ist und nachdem die biegsamen Nebenflussleitungen 17A–D in einer zusammengesetzten Position angeschlossen worden sind, beginnt das zyklische Pendeln der Unterdruckventile 18A–D und der Lufteinlassventile 32A–H.
Eine vereinfachte Ansicht der Beziehung zwischen einem Lufteinlassmagnetventil 32A und der Hauptabwasserrohrleitung 30 ist in 2 gezeigt. Obwohl 1 acht längs der Hauptabwasserrohrleitung 30 beabstandete Lufteinlassventile 32A–H zeigt, sollte gewürdigt werden, dass die Menge der Lufteinlassventile in Abhängigkeit von dem gewünschten Volumen pro Zeiteinheit der Flussrate des Abwassers in den Nebenflussleitungen 24A–D variieren kann. Da die Unterdruckschnittstellenventile 18A–D keine merkliche Luftmenge in die Nebenflussleitungen 24A–D einströmen lassen, dienen die Lufteinlassventile 32A–H dazu, Umgebungsluft von der Außenumgebung direkt in die Hauptabwasserrohrleitung 30 zu saugen, während im Wesentlichen nur Abwasser in die Hauptrohrleitung 30 gesaugt wird.
Jedes der Lufteinlassmagnetventile 32A–H wird von der SPS unabhängig betätigt und gesteuert. Es wurde festgestellt, dass es vorteilhaft ist, Luft in die Hauptrohrleitung 30 im Gegensatz zu den Nebenflussleitungen 24A–D zu saugen, da die Hauptrohrleitung 30 einen größeren Innendurchmesser hat und dadurch die dort hineingesaugte Umgebungsluft kein Abwasser auf dieselbe Art und Weise verdrängt, wie sie es in den Nebenflussleitungen 24A–D tun würde.
Die manuellen Ventile 15A–D sind normalerweise in einer geschlossenen Position angeordnet. Diese Ventile können geöffnet werden, nachdem die biegsamen Nebenflussleitungen 17A–D zwischen den Abwasserhaltetanks 16A–D und dem stromaufwärtigen Ende 20A–D der Unterdruckschnittstellenventile 18A–D verbunden sind. Die Schwerkraftanlagenkomponenten einschließlich der Toiletten 12A–D, der Schwerkraftnebenflussleitungen 14A–D und der Abwasserhaltetanks 16A–D werden dadurch von den Unterdruck-Abwasseranlagekomponenten einschließlich der Nebenflussleitungen 24A–D, der Hauptrohrleitung 30, dem Sammeltank 38 und der Vakuumpumpe 40 isoliert. Die Häufigkeit und Zeitdauer, mit der bzw. für die die Unterdruckschnittstellenventile 18A–D in eine offene Position versetzt werden, kann in Abhängigkeit von der physischen Platzierung der Ventile innerhalb der Anlage variieren. Dadurch sind die Häufigkeit und Dauer des Offenstehens der Unterdruckschnittstellenventile 18A–D vorzugsweise individuell zwischen 0,1 Sekunden und etwa 10 Minuten einstellbar. Selbstverständlich können die Unterdruckschnittstellenventile 18A–D während wesentlich längerer Zeiträume in Umgebungen mit besonders hohem Fluss offen bleiben, in denen ununterbrochene Flussanwendungen erforderlich sind. Die Häufigkeitsparameter können in die SPS 86 einprogrammiert werden. Eine erste Zyklusdauer für die Unterdruckschnittstellenventile 18A–D kann folgendermaßen aussehen: 5 Sekunden offen, gefolgt von 30 Sekunden geschlossen während einer Gesamtzyklusdauer von 35 Sekunden. Dies gestattet es, dass „Schwalle" im Abwasser (eine Kombination aus flüssigen und festen Abwässern mit Wasser oder einer anderen Flüssigkeit auf chemischer Basis, die zur Erleichterung der Entfernung des Abwassers dient) von den Haltetanks 16A–B durch die biegsamen Nebenflussleitungen 17A–D und die Unterdruckschnittstellenventile 18A–D und in die festen Nebenunterdruckflussleitungen 24A–D fließen. 4 veranschaulicht ein Blockschaltdiagramm, das den Abwasserfluss von den Schwerkraftanlagesanitärkomponenten durch die Unterdruckschnittstellenventile 18A–D und in die Unterdruckanlagekomponenten zeigt.
Wenn die Unterdruckschnittstellenventile 18A–D durch die von der SPS gesteuerten Elektromagnete 19A–D in eine offene Position bewegt werden, zieht die Unterdruck-Umgebung, die den Unterschied zwischen dem Luftdruck und dem von der Vakuumpumpe 40 erzeugten Unterdruck darstellt, Abwasser aus den Lagertanks 16A–D in die Nebenflussleitungen 17A–D und 24A–D. Dann wird ein Abwasserschwall gebildet und in die Hauptrohrleitung 30 gezogen, wo er durch die Lufteinlassventile 32A–H hindurchströmt. Das zyklische Pendeln der Lufteinlassventile 32A–H wird dann durch die von der SPS 36 gesandten Steuersignale ausgelöst. Die Lufteinlassventile 32A–H sind normalerweise in einer geschlossenen Position angeordnet, so dass die von der Vakuumpumpe 40 in der Hauptrohrleitung 30 erzeugte Unterdruck-Umgebung von der Außenumgebung isoliert ist. Die Häufigkeit und Dauer des Offenstehens der Lufteinlassventile 32A–H ist vorzugsweise individuell zwischen etwa 0,1 Sekunden und 60 Sekunden einstellbar. Bei Bedarf können die Lufteinlassventile 32A–H eine kürzere oder längere Zeitdauer offen bleiben. Diese Häufigkeitszeitdauer kann in die SPS 36 ein programmiert werden, um Einstellungen der Häufigkeit und Dauer der offenen Position zu ermöglichen. Ein typischer Zyklus der Lufteinlassventile 32A–H kann so aussehen: 5 Sekunden offen, gefolgt von 25 Sekunden geschlossen während einer Gesamtzyklusdauer von 30 Sekunden. Luft wird von der Außenumgebung während der Zeitdauer, in der sich die Lufteinlassventile 32A–H in einer offenen Position befinden, eingesaugt, um den Abwasserfluss in den Nebenflussleitungen 24A–H zu erhöhen.
Die Vakuumpumpe 40 pumpt Luft aus dem Sammeltank 38, der Hauptrohrleitung 30 und den Unterdrucknebenleitungen 24A–D, so dass ein Druckunterschied besteht, und der Innenunterdruck ist ein niedrigerer absoluter Druck als der Luftdruck, der in der Umgebung herrscht. Dieser Druckunterschied erzeugt beim Öffnen der manuellen Ventile 15A–D und der Unterdruckschnittstellenventile 18A–D ein Hydraulikenergiegefälle von den Lagertanks 16A–D zum Sammeltank 38. Dies treibt das Abwasser, das in die biegsamen und festen Nebenflussleitungen 17A–D und 24A–D gezogen wird, auf den Sammeltank 38 zu. Die Luft, die von der Umgebung durch die Lufteinlassventile 32A–H hereingesaugt wird, erleichtert den Fluss des Abwassers durch die Nebenlinien 24A–D sehr. Zu diesem Zweck kann in die Nebenflussleitungen 24A–D eingelassenes Abwasser gezwungen werden, in Mengen zu fließen, die wesentlich größer als 380 Liter pro Minute (100 GPM) sind. Dies ist eine bemerkenswerte Steigerung gegenüber Anlagen nach dem Stand der Technik, die Flussraten von bis zu etwa 60 Litern pro Minute (15 GPM) erzielen, wenn eine ähnliche Anzahl von Unterdruckschnittstellenventilen verwendet wird.
Da das Abwasser ununterbrochen zum Sammeltank 38 hin gezogen wird, kann es vollständig aus den Lagertanks 16A–D entleert werden. Wenn der Pegel des in den Sammeltank 38 gezogenen Abwassers einen vorher festgelegten Pegel übersteigt, betätigen die SPS 36 oder zugeordnete Pegelfeststellungsvorrichtungen 13A–D die dazugehörige Abwasserpumpe 42, so dass das Abwasser in dem Sammeltank 38 in einen Abwasserlaster zum Transport in ein Klärwerk gepumpt wird oder in eine zugeordnete Rohrleitung zum direkten Pumpen in ein Abwasserklärwerk transportiert werden kann.
Nach Abschluss des Verfahrens zur Entfernung des Abwassers aus den Lagertanks 16A–D kann die Bedienperson die Energie für die dazugehörige Unterdruck-Abwasseranlage von Hand abschalten oder die SPS kann so programmiert sein, dass sie den Abschluss der Abwassertransportarbeiten feststellt, so dass die Energie für die Anlage automatisch abgeschaltet wird. In der in 1 gezeigten Triebwagenausführungsform sollte die Bedienperson dann die biegsamen Nebenleitungen 17A–D von der Schnelltrennkupplung an den Abwasserhaltetanks 15A–D, den Unterdruckventilen 18A–D oder beiden trennen.
Die vorangegangene Beschreibung und vorstehenden Figuren der vorliegenden Erfindung sind auf eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Unterdruck-Abwasseranlage und ein Verfahren zum Betreiben derselben gerichtet. Es sollte gewürdigt werden, dass verschiedene Modifikationen an jedem Bestandteil der vorliegenden Unterdruck-Abwasseranlage und den Schritten zum Betreiben der Anlage vorgenommen werden können. Es wird sogar dazu aufgefordert, solche Modifikationen an den Materialien, Abmessungen, der Struktur der offenbarten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie Modifikationen an der besonderen Reihenfolge und Beschaffenheit der Schritte des Verfahrens vorzunehmen, ohne dessen Schutzbereich zu verlassen. Daher sollte die vorangegangene Beschreibung der bevor zugten Ausführungsformen und Verfahren eher als Veranschaulichung denn als Beschränkung verstanden werden.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung stellt ein neuartiges und vorteilhaftes Verfahren sowie eine neuartige und vorteilhafte Vorrichtung zum Abziehen bzw. Absaugen von Abwasser aus einem Abwasserhaltetank durch eine Nebenflussleitung in eine Hauptrohrleitung zur Verfügung. Dies wird erreicht, indem eine Unterdruck-Umgebung in der Hauptrohrleitung und der Nebenflussleitung erzeugt und das in dem Abwasserhaltetank zurückgehaltene Abwasser selektiv der Unterdruck-Umgebung während einer Zeitdauer ausgesetzt wird, die ausreicht, um im Wesentlichen nur Abwasser zum Ausfließen aus dem Abwasserhaltetank und in die Nebenflussleitung zu zwingen. Luft wird selektiv direkt in die Hauptrohrleitung durch Lufteinlassventile oder gleichwertige Mittel eingelassen, um den Fluss des Abwassers durch die Nebenflussleitung zu verbessern. In verschiedenen Anwendungen kann die Unterdruck-Abwasseranlage mehrere Abwasserhaltetanks und mehrere entsprechende Nebenflussleitungen aufweisen.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Unterdruck-Abwasseranlage zum Abziehen bzw. Absaugen von Abwasser aus einem Abwasserhaltetank (16A–D) durch eine Nebenflussleitung (24A–D) in eine Hauptrohrleitung (30), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erzeugen einer Unterdruck-Umgebung in der Hauptrohrleitung (30) und der Nebenflussleitung (24A–D); selektives Aussetzen von in dem Abwasserhaltetank (16A–D) zurückgehaltenem Abwasser der Unterdruck-Umgebung für eine Zeitdauer, welche ausreicht, um im Wesentlichen nur Abwasser zum Ausfließen aus dem Abwasserhaltetank (16A–D) und in die Nebenflussleitung (24A–D) zu zwingen, welche aber nicht ausreicht, um eine merkliche Menge Luft aus dem Abwasserhaltetank (16A–D) strömen zu lassen; und selektives Einlassen von Luft direkt in die Hauptrohrleitung (30), wodurch der Fluss des in der Nebenflussleitung (24A–D) fließenden Abwassers verstärkt wird.
Verfahren zum Betreiben der Unterdruck-Abwasseranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erzeugens der Unterdruck-Umgebung das selektive Aktivieren mindestens einer Vakuumpumpe (40), welche mit der Hauptrohrleitung (30) verbunden ist, umfasst, bis eine vorher festgelegte Unterdruck-Umgebung innerhalb der Hauptrohrleitung (30) und der Nebenflussleitung (24A–D) erzeugt worden ist.
Verfahren zum Betreiben der Unterdruck-Abwasseranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des selektiven Aussetzens des Abwassers in dem Abwasserhaltetank (16A–D) der Unterdruck-Umgebung das Öffnen und Schließen von Unterdruckventilmitteln (18A–D) umfasst.
Verfahren zum Betreiben der Unterdruck-Abwasseranlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des selektiven Öffnens und Schließens der Unterdruckventilmittel (18A–D) durch eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) (36) in vorher festgelegten Abständen gesteuert bzw. geregelt werden.
Verfahren zum Betreiben der Unterdruck-Abwasseranlage nach Anspruch 3, weiter gekennzeichnet durch den Schritt des zyklischen Pendelns der Unterdruckventilmittel (18A–D) zwischen der offenen und der geschlossenen Position, bis eine gewünschte Menge Abwasser, die zunächst in dem Abwasserhaltetank (16A–D) gelagert war, daraus entfernt worden ist.
Verfahren zum Betreiben der Unterdruck-Abwasseranlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des selektiven Öffnens und Schließens der Unterdruckventilmittel (18A–D) von Pegelfeststellungsmitteln (13A–D), welche in wirksamer Verbindung mit dem Abwasserhaltetank (16A–D) angeordnet sind, gesteuert bzw. geregelt werden.
Verfahren zum Betreiben der Unterdruck-Abwasseranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des selektiven Einlassens von Luft direkt in die Hauptrohrleitung (30) das Öffnen und Schließen von mehreren Lufteinlassventilmitteln (32A–H), die in beabstandeten Entfernungen entlang der Hauptrohrleitung (30) angeordnet sind, umfasst.
Verfahren zum Betreiben der Unterdruck-Abwasseranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Öffnens und Schließens von mehreren Lufteinlassventilmitteln (30A–H) durch eine SPS (36) gesteuert bzw. geregelt werden.
Verfahren zum Betreiben der Unterdruck-Abwasseranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des selektiven Aussetzens des Abwassers in dem Abwasserhaltetank (16A–D) der Unterdruck-Umgebung erst dann geschieht, wenn das Unterdruckniveau in der Unterdruck-Umgebung einen Wert zwischen etwa 7 × 10³ Pa und 80 × 10³ Pa (200 mm Hg und 600 mm Hg) erreicht.
Verfahren zum Betreiben der Unterdruck-Abwasseranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Lufteinlassventilmittel (32A–H) mehrere Magnetventile umfassen und dass die Schritte des selektiven Öffnens und Schließens der mehreren Lufteinlassventilmittel (32A–H) das Senden eines logischen Signals von der SPS (36) zu den mehreren Magnetventilen (32A–H) umfasst.
Verfahren zum Betreiben der Unterdruck-Abwasseranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erzeugens der Unterdruck-Umgebung durch eine SPS (36) gesteuert bzw. geregelt wird.
Verfahren zum Betreiben der Unterdruck-Abwasseranlage nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch den Schritt des selektiven Transportierens von Abwasser innerhalb eines Schwerkraft-Sanitärsystems von mehreren ersten Lagertanks (12A–D) durch entsprechende Schwerkraft-Nebenleitungen (14A–D) in den Abwasserhaltetank (16A–D).
Unterdruck-Abwassersystem, welches einen Abwasserhaltetank (16A–D) umfasst oder damit verbindbar ist, und welches weiterhin folgendes umfasst: Unterdruckventilmittel (18A–D), die normal in einer geschlossenen Position angeordnet und selektiv in eine offene Position bringbar sind, um zu gestatten, dass im Wesentlichen nur in dem Abwasserhaltetank (16A– D) gespeichertes Abwasser von dort fließt, während sie verhindern, dass eine merkliche Menge Luft aus dem Abwasserhaltetank (16A–D) strömt; Nebenflussleitungsmittel (24A–D) zum Transportieren von Abwasser aus dem Abwasserhaltetank (16A–D), wobei die Unterdruckventilmittel (18A–D) mit den Nebenflussleitungsmitteln (24A–D) verbunden sind; eine Hauptrohrleitung (30), die mit den Nebenflussleitungsmitteln (24A–D) verbunden ist, um von dort fließendes Abwasser aufzunehmen; Unterdruckerzeugungsmittel (40) zum Erzeugen einer Unterdruck-Umgebung innerhalb der Hauptrohrleitung (30) und der Nebenflussleitungsmittel (24A–D); und mehrere Lufteinlassventilmittel (32A–H), die an beabstandeten Stellen entlang der Hauptrohrleitung (30) angeordnet und selektiv von einer geschlossenen Position in eine offene Position und umgekehrt bringbar sind, um selektiv zu gestatten, Umgebungsluft in die Hauptrohrleitung (30) durch die darin befindliche Unterdruck-Umgebung hineinzuziehen, wodurch der Fluss des innerhalb der Nebenflussleitungsmittel (24A–D) fließenden Abwassers verstärkt wird.
Unterdruck-Abwassersystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterdruckventilmittel (18A–D) zwischen dem Abwasserhaltetank (16A–D) und den Nebenflussleitungsmitteln (24A–D) angeordnet sind.
Unterdruck-Abwassersystem nach Anspruch 13, weiterhin gekennzeichnet durch Pegelfeststellungsmittel (13A–D) zum Feststellen der Menge an Abwasser in dem Abwasserhaltetank (16A–D), wodurch ein Signal an die Unterdruckventilmittel (18A–D), das auf der Menge an Abwasser in dem Abwasserhaltetank (16A–D) basiert, übertragen werden kann, um ein Öffnen und Schließen der Unterdruckventilmittel (18A–D) zu bewirken.
Unterdruck-Abwassersystem nach Anspruch 13, weiter gekennzeichnet durch eine Steuervorrichtung (36) zum Steuern bzw. Regeln der Betätigung der Unterdruckventilmittel (18A–D) zwischen der offenen und der geschlossenen Position, so dass ein Volumen Abwasser in ausgewählten Intervallen aus dem Abwasserhaltetank (16A–D) herausgesaugt wird.
Unterdruck-Abwassersystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (36) eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) umfasst, die so angepasst ist, dass sie logische Steuersignale an die Unterdruckventilmittel (18A–D) sendet.
Unterdruck-Abwassersystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (36) außerdem die Betätigung der mehreren Lufteinlassventilmittel (32A–H) zwischen der offenen und der geschlossenen Position steuert bzw. regelt.
Unterdruck-Abwassersystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterdruckventilmittel (18A–D) mit dem Abwasserhaltetank wirksam verbunden sind und ein Aufnahmeende sowie ein stromabwärts von dem Aufnahmeende angeordnetes Abflussende umfassen, und dass die Nebenflussleitung (24A–D) ein erstes Ende, das mit dem Abflussende der Unterdruckventilmittel (18A–D) verbunden ist, und ein zweites Ende, das stromabwärts von dem ersten Ende angeordnet ist, aufweist, wobei die Hauptrohrleitung (30) mit dem zweiten Ende verbunden ist und die Nebenflussleitung (24A–D) so angeordnet ist, dass sie Abwasser, das durch die Unterdruckventilmittel (18A–D) fließt, wenn diese in die offene Position gebracht sind, aufnimmt.
Unterdruck-Abwassersystem nach Anspruch 19, weiter gekennzeichnet durch mehrere Abwasserhaltetanks (16A–D) und mehrere Nebenflussleitungen (24A–D), die jeweils mit einem von den mehreren Abwasserhaltetanks (16A–D) verbunden sind, wobei jede der mehreren Nebenflussleitungen (24A–D) mit der Hauptrohrleitung (30) verbunden ist.
Unterdruck-Abwassersystem nach Anspruch 19, weiter gekennzeichnet durch einen Sammeltank (38), der stromabwärts von der Hauptrohrleitung (30) angeordnet und so angepasst ist, dass er Abwasser von dort aufnimmt.
Unterdruck-Abwassersystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterdruckventilmittel einen Elektromagneten (19A–D) in Verbindung mit einem Ventilelement (18A–D) umfassen, wobei der Elektromagnet (19A–D) mit dem Ventilelement (18A–D) wirksam verbunden ist, um dessen gewünschtes Öffnen und Schließen zu erzielen.
Unterdruck-Abwassersystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der mehreren Lufteinlassventilmittel (32A–H) einen Elektromagneten umfasst.
Unterdruck-Abwassersystem nach Anspruch 19, weiter gekennzeichnet durch eine Steuervorrichtung (36) zum Steuern bzw. Regeln der Betätigung der Unterdruckventilmittel (18A–D) zwischen der offenen und der geschlossenen Position, so dass ein Volumen Abwasser in ausgewählten Intervallen aus dem Abwasserhaltetank (16A–D) gesaugt wird.
Unterdruck-Abwassersystem nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (36) eine SPS umfasst, welche so angepasst ist, dass sie logische Steuersignale an die Unterdruckventilmittel (18A–D) sendet.
Unterdruck-Abwassersystem nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (36) außerdem die Betätigung der mehreren Lufteinlassventilmittel (32A–H) zwi schen der offenen und der geschlossenen Position steuert bzw. regelt.
Unterdruck-Abwassersystem nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (36) eine SPS umfasst, welche so angepasst ist, dass sie logische Steuersignale an die Unterdruckventilmittel (18A–D) und die Lufteinlassventilmittel (32A–H) sendet.
Unterdruck-Abwassersystem nach Anspruch 19, weiter gekennzeichnet durch mehrere erste Lagertanks (12A–D) und mehrere entsprechende Schwerkraftnebenleitungen (14A–D), wobei jede der Schwerkraftnebenleitungen (14A–D) ein erstes Ende, das mit einem entsprechenden der mehreren ersten Lagertanks (12A–D) verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit dem Abwasserhaltetank (16A–D) verbunden ist, aufweist.
Unterdruck-Abwassersystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Unterdruckerzeugungsvorrichtung (40) erzeugte Unterdruck-Umgebung zwischen etwa 7 × 10³ Pa und 80 × 10³ Pa (200 mm Hg und 600 mm Hg) liegt.
Unterdruck-Abwassersystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptrohrleitung (30) einen Innendurchmesser zwischen etwa 75 mm (drei Zoll) und 300 mm (zwölf Zoll) aufweist.
Unterdruck-Abwassersystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenflussleitung (24A–D) einen Innendurchmesser zwischen etwa 25 mm (einem Zoll) und 100 mm (vier Zoll) aufweist.
Unterdruck-Abwassersystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptrohrleitung (30) in einem Sägezahnmuster angeordnet ist.
Unterdruck-Abwassersystem nach Anspruch 19, weiter gekennzeichnet durch Pegelfeststellungsmittel (13A–D) zum Feststellen der Menge an Abwasser in dem Abwasserhaltetank, wodurch ein Signal an die Unterdruckventilmittel (18A–D), das auf der Menge an Abwasser in dem Abwasserhaltetank (16A–D) basiert, geschickt werden kann, um ein Öffnen und Schließen der Unterdruckventilmittel (18A–D) zu bewirken.