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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät eines Drei-Kammern-Typs zum
Purifizieren von Flüssigkeit
in einem topfförmigen
Behälter
mit einem Einlassrohr für
die Flüssigkeit
in einer gewissen Höhe und
einem Auslassrohr in einer geringeren Höhe als das Einlassrohr.
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Hintergrund
der Erfindung
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In
dem Gebiet der Wasserpurifikation – sowohl im Hinblick auf eine
Vorbehandlung als auch auf eine Nachbehandlung – ist die Trennung und Lagerung
von absinkenden und schwebenden Bestandteilen und Partikeln von
großer
Wichtigkeit. Diese Trennung und Sedimentation wird erreicht, indem
bewirkt wird, dass Wasser durch verschiedene Kammern fließt, wobei
die Dimensionierung jeder Kammer im Hinblick auf die Absinkgeschwindigkeit
der zu trennenden Bestandteile und Partikel bestimmt wird.
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Ein
Schlammtrenner, ein Klärtank
vom Drei-Kammern-Typ, oder ein Fettseparator bestehen somit aus
einem Behälter,
der durch vertikale Trennwände
in verschiedene Kammern unterteilt ist, die es dem Wasser oder der
Flüssigkeit
erlauben, durch Öffnungen
in den Wänden
in einer geeigneten Höhe
von Kammer zu Kammer zu fließen,
abhängig
von der Dichte der zu trennenden Bestandteile oder Partikel.
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Diese
Trennwände
können
beim Entfernen von Schlamm oder Entleeren einem großem Druck ausgesetzt
sein, da an einer Seite einer Trennwand die Flüssigkeitshöhe viel höher sein kann als an der anderen
Seite, was bedeutet, dass die Trennwände unter Berücksichtigung
dieser Schwierigkeit dimensioniert und befestigt werden müssen.
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Unerwünschte Lecke
können
entlang der Befestigungen der Trennwände auftreten. Die Trennwände aus
Beton sind üblicherweise
in Behältern
aus Beton angeordnet, z. B. Brunnenringen oder Brunnenrohren. Zum
Lösen der
obigen Probleme müssen die
Trennwände
selbst verstärkt
werden und müssen durch
separate Verstärkungsstangen
befestigt und abgedichtet werden.
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Das
bedeutet, dass die herkömmlichen
Geräte
der oben beschriebenen Art schwer, wenig Volumen-effektiv und relativ
teuer sind, obwohl das vergleichsweise billige Material Beton verwendet
wird.
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Ein
weiteres herkömmliches,
jedoch verschiedenes Gerät
der beschriebenen Art ist in der FR-A-2386651 beschrieben.
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Die Erfindung
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Die
obigen und andere Probleme mit einem Gerät der oben definierten Art
werden gemäß der Erfindung
gelöst,
indem der Behälter
unterhalb des Einlass- und Auslassrohrs vertikal mittels einer im
Wesentlichen horizontalen Verteilerscheibe geteilt ist, die mindestens
eine Öffnung
besitzt und mit einem im Wesentlichen vertikalen Verteilerrohr versehen
ist, um die Flüssigkeit
von dem Einlassrohr zu empfangen.
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Hierdurch
wird eine erste Kammer unterhalb des unteren Endes der Verteilerscheibe
gebildet, eine zweite Kammer wird oberhalb des unteren Endes der
Verteilerscheibe und unterhalb der Verteilerscheibe gebildet und
eine dritte Kammer wird oberhalb der Verteilerscheibe gebildet.
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Bei
einer Ausgestaltung dieser Art kann eine biologische Abwasserbehandlungs- oder Purifikationsanlage
erreicht werden, in der ein Reaktor, der Wasser purifizierende Bakterien
enthält,
vorzugsweise auf einem Trägermaterial,
wie z. B. Zeolit, und an seinem unteren Ende eine Luftdüse besitzt,
zum Anreichern von an diesem unteren Ende eingelassener Flüssigkeit
mit Sauerstoff, in einer Öffnung
in der Verteilerscheibe angeordnet ist, die mindestens eine weitere Öffnung besitzt.
Eine Reaktor leitung verbindet den oberen Teil des Reaktors mit einer
Verteilerscheibe, so dass eine Rezirkulation der Flüssigkeit erreicht
wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen in größerem Detail
beschrieben, in welchem
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1 eine
schematische Illustration eines herkömmlichen Klärtanks eines gewöhnlichen Drei-Kammern-Typs
ist;
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2 eine
korrespondierende Illustration einer zweckmäßigen Ausführungsform eines solchen Klärtanks ist;
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3 eine
Illustration des Leerens des Klärtanks
der 1 ist;
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4 eine
perspektivische Ansicht von drei Elementen ist, die einen Einlass
für einen
Klärtank gemäß der Erfindung
bilden;
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5 eine
perspektivische Ansicht eines vervollständigten Einsatzes ist;
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6 die
Kombination des Einsatzes der 5 mit Rohrelementen
illustriert, um einen Klärtank
zu bilden;
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7 eine
schematische Illustration eines Klärtanks gemäß der Erfindung ist, deren
Funktionen abgedeutet sind;
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8 eine Draufsicht entsprechend der 7 ist;
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9 eine
Illtstration der Installation eines Klärtanks gemäß der Erfindung ist;
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10 eine
Modifikation des Einsatzes gemäß der Erfindung
illustriert, um eine kleine Abwasserbehandlungs- oder Purifikationsanlage
zu erhalten;
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11 eine
teilweise Schnittansicht des Hauptelements ist, das dem Einsatz
zum Erreichen der in 10 gezeigten Konstruktion zugeführt wird; und
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12 eine
Querschnittsansicht einer kleinen Abwasserbehandlungsanlage ist,
die die in 10 und 11 gezeigten
Elemente enthält.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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1 ist
eine schematische Illustration eines herkömmlichen Klärtanks des traditionellen Drei-Kammern-Typs.
Ein solcher Klärtank
wird hauptsächlich
zur Trennung und zum Lagern von absinkenden und schwebenden Bestandteilen
und Partikeln von Schmutzwasser oder Abwasser verwendet, z. B. aus
Haushalten, die nicht an das öffentliche Abwassersystem
angeschlossen sind.
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In
einem Parallelrohrtank oder -behälter 1, der
z. B. aus Beton gefertigt sein kann, gibt es zwei vertikale Trennwände 2 und 3,
die sich über
die gesamte Strecke zwischen zwei Seitenwänden des Behälters erstrecken.
Die erste Wand 2 erstreckt sich nicht ganz bis zum Boden
des Behälters,
wohingegen die zweite Wand 3 sich von dem Boden bis zu
einer bestimmten Höhe
in dem Behälter
erstreckt.
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Das
Abwasser, das durch ein Einlassrohr auf der linken Seite in 1 eingebracht
wird, wird durch die Trennwände 2 und 3 gezwungen,
einem gewundenen Weg durch den Behälter zu folgen, so wie es durch
die Pfeile in 1 angegeben ist, bevor die purifizierte
Flüssigkeit
den Behälter
durch ein Auslassrohr 5 verlässt. Der gewundene Weg ist
unter der ersten Wand 2 und über der zweiten Wand 3.
Das Auslassrohr 5 startet bei einer niedrigeren Höhe als das Obere
der zweiten Wand 3. Drei Kammern sind in dem Behälter 1 gebildet:
eine erste Kammer A auf der linken Seite der ersten Trennwand 2 in 1, eine
zweite Kammer B zwischen den beiden Wänden 2 und 3 und
eine dritte Kammer C auf der rechten Seite der zweiten Wand 3 (die
drei Kammern werden in der gesamten vorliegenden Beschreibung mit
A, B und C bezeichnet).
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Schlamm,
der in dem Schmutzwasser enthalten ist, das durch das Einlassrohr
eingelassen wird, setzt sich in den Kammern A und B ab. Schwebender
Schlamm verbleibt an der Wasseroberfläche in Kammer A. Absinkender
Schlamm setzt sich als Sediment am Boden der Kammern A und B ab,
so, wie es in 1 angedeutet ist. Das Wasser,
das die Kammer B über
die Kante der Wand 3 verlässt, ist im Wesentlichen sauber,
aber die abschließende
Sedimentation tritt in Kammer C auf.
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Die
Volumen der Kammern A, B und C und die Größe der Strömungskanäle zwischen den Kammern werden
abhängig
von dem Schmutzwasservolumen sowie der Dichte und Absinkgeschwindigkeit der
Inhaltsstoffe und Partikel in dem Schmutzwasser bestimmt.
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Eine üblicherweise
verwendete praktische Ausführungsform
eines Klärtanks
derselben prinzipiellen Art wie derjenige, der in 1 gezeigt
ist, ist in 2 gezeigt. Hier ist der Behälter in
der Form eines runden Rohrs, das oft aus Beton hergestellt wird,
mit einem Boden 7. Das Rohr 6 wird intern mit
zwei Trennwänden 8 und 9 ausgestattet,
die vorzugsweise auch aus Beton gefertigt sind und an dem Rohr sowie aneinander
abdichtend befestigt sind. Die Trennwand 8 ist mit einem
oder mehreren Löchern 8' in einer niedrigeren
Höhe ausgestattet
und die Trennwand 9 ist mit einem oder mehreren Löchern 9' in einer höheren Höhe ausgestattet,
so dass drei Kammern A, B und C mit der gleichen Funktion wie die drei
entsprechenden Kammern in der Ausführungsform der 1 gebildet
werden. Es gibt ein Einlassrohr 10 an der ersten Kammer
A und ein Auslassrohr 11 aus der dritten Kammer C.
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Die
Entfernung von Schlamm aus einem Klärtank, wie in 1 gezeigt,
ist in 3 illustriert; die gleichen Prinzipien treffen
auf die Ausführungsform
der 2 zu. Bei dem Entfernen von Schlamm, normalerweise
mittels eines Vakuumfahrzeugs 12 mit einem Saugschlauch 13,
werden die Kammern A und B von dem Wasser mit seinem Schlamm geleert,
wobei Kammer C weiter mit Wasser gefüllt ist. Dies bedeutet, dass
der vollständige
Wasserdruck auf die zweite Trennwand 3 wirkt, die unter
Berücksichtigung dieses
Drucks dimensioniert und befestigt werden muss. Auch muss der Abdichtungsaspekt
in Betracht gezogen werden.
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Das
bedeutet, dass die Trennwände
des Klärtanks
aus Beton verstärkt
werden müssen
und dass separate Verstärkungsstangen
in separaten Bohrungen zum Befestigen der Wände in dem Behälter oder
dem Rohr bereitgestellt werden müssen. Dies
trägt stark
zu dem Gewicht des Klärtanks
sowie zu den Kosten seiner Herstellung bei.
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Ein
Klärtank
der gleichen Art kann gemäß der Erfindung
in einer vollständig
anderen Weise konstruiert werden, so wie es nachfolgend mit Bezug auf
die 4 bis 8 beschrieben
wird.
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Drei
Elemente, die in 4 gezeigt sind, können einen
Einsatz bilden, der in 5 zusammengebaut gezeigt ist.
Der zusammengebaute Einsatz kann zusammen mit zwei Brunnenringen
oder Brunnenrohren und einem Boden befestigt werden, um gemeinsam
einen Klärtank
zu bilden, so wie es in 6 illustriert ist.
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So
wie es in 4 gezeigt, hat eine Verteilerscheibe 14 ein
im Wesentlichen zentrales Loch 14'. Zwei Verteilerrohre 15A und 15B sind
dazu gedacht, an der Scheibe 14 und ihrem Loch 14' jeweils von oben
und von unten befestigt zu werden, um einen permanenten Verteilereinsatz 16 zu
bilden, 5. Die Scheibe 14 wird
vorzugsweise aus einer korrosionsbeständigen Platte gebildet, wobei
die Verteilerrohre 15A, B aus Kunststoff gefertigt sein
können. Diese
Rohre sind geringfügig
konisch gezeigt, was mit ihrer Herstellung zusammenhängt.
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Der
Einsatz 16 kann mit seinen Scheibenrand zwischen zwei Betonbrunnenringen
oder -brunnenrohren 17 angeordnet werden, die mit einem
Boden 18 ergänzt
werden, um einen Klärtank
gemäß der Erfindung
zu bilden.
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Die
Verteilerscheibe 14 wird mit wenigstens einem, aber oftmals
mehreren Öffnungen 19 bereitgestellt,
die vorzugsweise an einer Seite der Scheibe 14 angeordnet
sind (diametral entgegengesetzt zu einem Auslassrohr 21,
das noch beschrieben wird). Der Verteilereinsatz 16 hat
somit eine Strömungspassage
durch die Verteilerrohre 15A und 15B, die gemeinsam
ein Verteilerrohr 15 bilden, und eine andere Strömungspassage
durch die Öffnungen) 19.
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Wenn
der Einsatz 16 in einem äußeren Behälter, z. B. den beiden Brunnenringen
oder Brunnenrohren 17 und dem Boden 18, so wie
in 6 angedeutet befestigt wird, und mit einem Einlassrohr 20 an
dem oberen Teil des Verteilerrohrs 15 und einem Auslassrohr 21 aus
dem Behälter 17 in
einer Höhe unterhalb
des Einlassrohrs 20 ergänzt
wird, wird ein Klärtank
mit einer Funktion gebildet, die derjenigen des Klärtanks der 1 und 2 entspricht.
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Die
Flüssigkeitsströmung in
dem Klärtank der 7 und 8 ist wie folgt und so, wie durch die Pfeile
darin angedeutet. Nach einem Eintritt durch das Einlassrohr 20 fließt das Schmutzwasser
durch das Verteilerrohr 15 nach unten in Richtung des Bodens
des Tanks, wo Schlamm gesammelt wird. Das Wasser fließt durch
die Öffnungen) 19 in
der Verteilerscheibe 14 nach oben und dann (um das Verteilerrohr 15 herum)
zu dem Auslassrohr 21.
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Hierdurch
werden drei Kammern gebildet, die den drei Kammern in den vorher
beschriebenen Klärtanks
entsprechen: eine erste Kammer A in dem Verteilerrohr 15 und
in dem Behälter 17, 18 bis
zu einer Höhe
des unteren Endes des Verteilerrohrs 15, eine zweite Kammer
B in dem Behälter
von dieser Höhe
nach oben zu der Verteilerscheibe 14, und eine dritte Kammer
C oberhalb der Verteilerscheibe 14.
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Die
Größe der Öffnungen 19,
die nicht kreisrund sein müssen,
wird durch die gewünschte
Strömung
durch den Klärtank
bestimmt. Das Volumen der jeweiligen Kammern kann durch die Länge und
den Durchmesser des Verteilerrohrs 15, den Durchmesser
des Behälters 17 und
durch die Position des Verteilereinsatzes 16 in den Behälter 17 bestimmt
werden.
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Der
Schlamm, der in dem oberen Bereich des Verteilerrohrs 15 – als schwebende
Bestandteile oder Partikel – und
an dem Boden 18 gesammelt wird, wird durch das Verteilerrohr 15 entfernt.
Bei einer solchen Entfernung durch Absaugen strömt das Wasser der dritten Kammer
C zurück
durch die Öffnungen) 19,
wenn die Wasserhöhe
in der ersten Kammer A abgesenkt wird. Dies bedeutet, dass kein einseitiger
Druck auf eine interne Wand wirkt, oder, mit anderen Worten, dass
alle Nachteile der bisher bekannten Klärtanks der beschriebenen Art
vermieden werden.
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9 zeigt
deutlich die Leichtigkeit, mit der ein Klärtank gemäß der Erfindung in einem im
Voraus ausgehobenen Loch in der Erde installiert werden kann. Mittels
z. B. eines mobilen Krans 22, Frontladers oder dergleichen
wird ein erstes Brunnenrohr 17 mit einem Boden 18 auf
dem Boden des Lochs platziert. Danach oder gleichzeitig dazu wird
der vollständige
Verteilereinsatz 16 mit seinem Rand an dem ersten Brunnenrohr
platziert. Schließlich
wird ein zweites Rohr 17 (in dem Kran hängend gezeigt) auf dem Rand
des Verteilereinsatzes 16 und dem ersten Brunnenrohr 17 platziert,
ohne das eine Notwendigkeit einer Präzision im Hinblick auf die
relative Drehposition besteht.
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Dies
ist im Vergleich mit der Situation vorteilhaft, in der ein traditioneller
Klärtank
der in 2 gezeigten Art, der normalerweise in zwei Rohrteile
unterteilt ist, befestigt werden soll, oft durch einen Schwerlastkran
aufgrund des hohen beteiligten Gewichts. Aufgrund des Vorhandenseins
der Trennwände 8 und 9 wird
im Hinblick auf die relativen Drehbewegungen eine hohe Präzision benötigt. Des
Weiteren müssen
die Trennwände
verbunden und abgedichtet werden, was eine schwierige Aufgabe sein kann.
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Aufgrund
der Tatsache, dass in dem Klärtank gemäß der Erfindung
die herkömmlichen
Trennwände 8 und 9 aus
Beton entbehrlich sind, kann das Gesamtvolumen bei unveränderter
Kapazität
um ungefähr
10 % reduziert werden, was eine Reduktion des Gesamtgewichts um
15 bis 20 % bedeuten kann.
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Der
Grund für
diese große
Volumen- und Gewichtsreduktion ist hauptsächlich, dass eine Trennwand
aus verstärkendem
Beton normalerweise eine Dicke von 80 bis 150 mm haben muss, abhängig von der
Größe des Klärtanks.
Das Gewicht der Betontrennwände
für einen
normalen Klärtank
mit einem Durchmesser von 2,5 m und einer Wassertiefe von 3 m kann
ungefähr
einen Betrag von 3 Tonnen haben.
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Durch
Verwenden der Ausgestaltung gemäß der Erfindung
kann die Gewichtsreduktion somit bis zu 3 Tonnen betragen, wodurch
der Volumengewinn 1,3 m3 sein kann. Dies
kann verwendet werden, um die Gesamthöhe der Konstruktion um etwa
0,3 m zu reduzieren, was zu einer weiteren Gewichtsreduktion von
mehr als 1 Tonne führt.
Somit ist die Gesamtgewichtsreduktion bei einer beibehaltenen Kapazität im Bereich
von 4 Tonnen.
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In
dem vorliegenden Fall kann das Gesamtgewicht von ungefähr 20 Tonnen
auf ungefähr
16 Tonnen reduziert werden, d. h. um etwa 20 %.
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Die
zugrunde liegende Idee der Erfindung kann auch zum Herstellen einer
Abwasserbehandlungs- oder Purifikationsanlage wie in den 10 bis 12 gezeigt
verwendet werden.
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10 zeigt
einen Verteilereinsatz 16 des Typs, der z. B. in 5 gezeigt
ist, jedoch ergänzt durch
einen Reaktor 23, so, wie in 11 gezeigt. Dieser
Reaktor 23 wird in einer der Öffnungen 19 in der
Verteilerscheibe 14 positioniert.
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Bezug
nehmend auf 11, hat der Reaktor 23 vorzugsweise
ein zylinderförmiges
Gehäuse 24. Der
untere Teil des Gehäuses 24 hat
einen etwas reduzierten Durchmesser, entsprechend dem Durchmesser
der Verteilerscheibenöffnung,
so dass er sich unterhalb der Scheibe 14 erstreckt (in
Kammer B). Das Gehäuse 24 hat
hier eine Anzahl von Einlassöffnungen 25 für Abwasser.
In dem unteren Teil des Gehäuses 24 gibt
es eine Luftdüse 26.
Luft wird durch die Düse 26 durch
eine Leitung 27 bereitgestellt. Der Zweck der Luftdüse 26 ist,
die passierende Flüssigkeit
mit Sauerstoff anzureichern, bevor sie in den oberen Bereich weitergeführt wird.
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Der
obere Hauptteil des Reaktorgehäuses 24 umfasst
ein geeignetes Trägermaterial 28 für Bakterien,
die bei einer Purifikation in Abwasserbehandlungsanlagen aktiv sind.
Diese Bakterien bilden eine Schicht oder einen Film auf dem Trägermaterial 28, das
Split-artiges Zeolit oder dergleichen sein kann.
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So
wie es in 10 (sowie in 12)
gezeigt ist, ist der Reaktor 23, wenn er an dem Verteilereinsatz 16 befestigt
ist, an seinem oberen Teil mit dem Verteilerrohr 15 mittels
einer Reaktorleitung 29 verbunden.
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Die
Ausgestaltung wird vervollständigt
durch eine Luftpumpe 30, die mit der Luftdüse 27 verbunden
ist, so wie in 12 gezeigt.
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Die
Funktion der beschriebenen Abwasserbehandlungsanlage wird in Bezug
auf 12 beschrieben. Abwasser oder Schmutzwasser wird
dem Verteilerrohr 15 durch das Einlassrohr 20 zugeführt. Schlamm
lagert sich an dem Boden der Anlage ab. Durch die Pumpaktivität der Luftdüse 26 wird
Flüssigkeit
kontinuierlich durch den Reaktor 23 und die Leitungen 29 und
wieder zu dem Verteilerrohr 15 zirkuliert. Eine Purifikation
der Flüssigkeit
tritt in dem Reaktion 23 auf. Wenn neues Abwasser zugeführt wird, verlässt purifiziertes
Wasser Kammer B unter der Verteilerscheibe 14 durch die Öffnungen) 19 und
verlässt
die Anlage durch das Auslassrohr 21.
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Der
Reaktor 23 mit seinem Inhalt an Bakterien funktioniert
als ein effizienter Bioreaktor für
die mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit, die durch ihn hindurchgepumpt
wird. Es wird eine gute biologische Reduktion von BOD, COD, Proteinen
etc. erreicht. Auch werden Bedingungen für eine gute Nitrifikation und
somit eine hohe biologische Reduktion von Stickstoff erzeugt.
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Andere
Ausgestaltungen, die derjenigen, die in den 10 bis 12 gezeigt
ist, zum Erreichen einer Abwasserbehandlungsanlage mit einem Reaktor 23 in
einer der Verteilerscheibenöffnungen 19 gleichen
und mit einer Rezirkulation der Flüssigkeit sind vorstellbar,
aber die gezeigten und beschriebenen werden gegenwärtig bevorzugt.
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Die
Vorteile der Erfindung können
wie folgt zusammengefasst werden:
- – Durch
Verwendung der Erfindung in einer Betonkonstruktion wird eine Gewichtsreduktion
von etwa 20 % erreicht, sowie eine Volumenreduktion von etwa 10
%.
- – Die
Produktionskosten werden im Hinblick auf Material, Betriebsstunden
und Arbeitsstunden reduziert.
- – Die
Installation wird vereinfacht, da die Probleme beim Verbinden und
Abdichten von Trennwänden
vermieden werden. Auch ermöglicht
das reduzierte Gewicht die Verwendung von weniger aufwendigen Kränen.
- – Das
Problem von verbleibendem Wasser und Schlamm in jeder Kammer bei
der Schlammentfernung wird vermieden.
- – Die
Schlammentfernung ist einfacher und schneller, weil nur eine Kammer
betroffen ist.
- – Die
Lagerungsökonomie
wird verbessert, weil es keinen Grund mehr gibt, spezielle Brunnenringe
mit befestigten oder geformten Trennwänden zu lagern.
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Vorhergehend
wurde hauptsächlich
auf eine Konstruktion eines Klärtanks
oder eine Abwasserpurifikationsanlage Bezug genommen, die aus einem erfinderischen
Verteilereinsatz in einem Betonbehälter besteht, der aus Brunnenringen
oder dergleichen und einem Betonboden aufgebaut ist. Jedoch kann dieser
Behälter
genauso gut aus einem anderen Material gebildet werden, z. B. Kunststoff.