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Diese
Erfindung bezieht sich auf einen Abscheider für Feststoffe in Flüssigkeiten.
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Im
Besonderen bezieht sich die Erfindung auf eine Abscheidevorrichtung
an Überläufen von Mischwasserentlastungsanlagen
von im Mischwasser treibenden Materialien.
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Der
Anmelder dieser Anmeldung hat bereits das Internationale Patent
PCT/AU01/00543 mit einem Patentanspruch eines selbstreinigenden
Lochblechs eingereicht, wobei der Effekt der Selbstreinigung dabei
durch die Energie eines erzwungenen Wechselsprungs erzielt wird.
Die vorhergehende Patenanmeldung war in erster Linie auf die Behandlung von
Regenwasser ausgerichtet. Das hier vorliegende Patent wird eingereicht,
um eine Neuerung der oben genannten früheren Anmeldung zu schützen und
das eine Neuerung in Form eines Rückschlagventils beinhaltet,
das nützlich
zur Behandlung von Abflüssen aus
Mischwasserentlastungsanlagen ist.
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Immer
dann wenn Siedlungsgebiete an Kanalnetze angeschlossen sind, diese
großen
Niederschlagsabflüssen
ausgesetzt sind, die die Kapazität der
Kläranlage überschreiten,
dann wird über
entsprechende Bauwerke – Mischwasserentlastungsanlagen – der überschüssige Abfluss
in naheliegende Gewässer
entlastet.
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Der überlaufende
Entlastungsstrom des Mischwassers beinhaltet gemäß Herkunft durchmischtes Regen-
und Schmutzwasser. Selbst unter der Annahme eines Verdünnungsprozesses
werden je nach den hydraulisch herrschenden Bedingungen in der Entlastungsanlage
mehr oder weniger große Anteile
von Abwasser in das Gewässer
unbehandelt abgeschlagen. Demnach beeinträchtigen die Entlastungsanlagen
nicht nur das Gewässer
mit seinen aquatischen Lebewesen, sondern sie stellen auch ein ästhetisches
Problem mit einem Gesundheitsrisiko für die Öffentlichkeit dar.
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Es
ist deshalb sinnvoll zu versuchen, die sich im Mischwasserabfluss
befindlichen sichtbaren Partikel an Mischwasserentlastungsanlagen
herauszufiltern, bevor diese das aufnehmende Gewässer, Seen oder dgl. erreichen
und diese Partikel dem Abflussstrom zur Kläranlage wieder zurückzugeben,
wenn der Hochwasserabfluss zurückgegangen
ist. Bis zum heutigen Zeitpunkt sind zur Verbesserung der Situation
nur wenige Anstrengungen unternommen worden. Geeignete Vorrichtungen
fehlen zur Zeit noch.
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Dennoch,
mit größer werdendem öffentlichen
Bewusstsein für
die Umwelt entsteht in vielen Länder
ein strengeres Regelwerk, mit denen die Aufsichtsbehörden die
Bedingungen zur Einleitung von Entlastungsabflüssen festlegen.
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Die
Problematik besteht jedoch nicht nur in Mischwassernetzen, in denen
Niederschlagswasser und Schmutzwasser in einem Rohrleitungssystem zusammen
abgeführt
werden. Auch der Abfluss von Trennsystemen enthält meist Schmutzstoffe, die
vorzugsweise zur Kläranlage
geführt
und nicht in die Gewässer
gelangen sollten.
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Demnach
ist die Erfindung darauf ausgerichtet, den o.a. Problemen entgegenzuwirken
und findet möglicherweise
Anwendungsgebiete in anderen Gebieten, wo es notwenig wird, Partikel
aus Flüssigkeiten
herauszutrennen, wie z.B. in der Vorreinigung innerhalb der Trinkwasseraufbereitung.
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Die
Erfindung dieser neuartigen Abscheidevorrichtung stellt weiterhin
eine kostengünstiges
System zum nachträglichen
Einbau in bestehenden Anlagen wie auch zur Berücksichtigung innerhalb des Planungsprozesses
für Neuanlagen
dar.
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Entsprechend
der gegenwärtigen
Erfindung sorgt der Abscheider für
die Trennung von Partikeln aus einer Flüssigkeit, wobei der bezeichnete
Abscheider eine Vorrichtung ist, durch die eine mit Partikeln versehene
Flüssigkeit
von der Einlauföffnung zur
Auslassöffnung
fließt
und – wie
ein Sieb – zwischen
den beiden Öffnungen zwischengeschaltet
ist, wobei die bezeichneten Partikel aus der Flüssigkeit herausgefiltert werden
und worin mindestens ein Rückschlagventil
das Strömen
der Flüssigkeit
kontrolliert.
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Der
Abscheider ist vorzugsweise darauf ausgerichtet, im Abfluss treibende
und auch schwerere Partikel herauszutrennen. Das Hilfsmittel zur
Trennung ist ein geformtes Lochblech, das zwischen dem oberhalb
gelegenen Zulauf und dem unterhalb gelegenen Ablauf angebracht ist.
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Vorzugsweise
besteht der Abscheider aus zwei Kammern, eine über der anderen angeordnet und
für Flüssigkeiten
durchdringbar, wobei die obere Kammer die Einlassöffnung und
die untere Kammer die Auslassöffnung
beinhaltet.
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Vorzugsweise
ist das bezeichnete Lochblech in der oberen der beiden Kammern angebracht,
wobei die Krone des Lochblechs nahe an der Sohle der Einlauföffnung und
die Unterkante des Lochblechs nahe, jedoch oberhalb der stark geneigten
Bodenplatte der unteren Kammer angebracht ist.
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Eine
untere Kante des bezeichneten Lochblechs ist vorzugsweise an einer
weiteren steil geneigten Bodenplatte angebracht, die unterhalb des bezeichnete
Lochblech in paralleler Anordnung mit, aber oberhalb der Bodenplatte
der oberen Kammer verlängert
ist.
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Vorzugsweise
sind gebogene geneigte Wände
in einer Öffnung
zwischen den beiden Bodenplatten angebracht, die nach unten gesehen
aufeinander zulaufen. Diese dienen der Zuführung der herausgefilterten
Partikel und der zurückgehaltenen
Flüssigkeit
zum Rückschlagventil.
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Vorzugsweise
ergibt sich ein Zwischenraum zwischen den beiden bezeichneten Bodenplatten
für Flüssigkeiten
mit der oberen Kammer über
eine Verlängerung
des Lochblechs zum Boden der oberen Kammer durchdringbar, und der
angrenzende Raum ist zur Zwischenspeicherung der gefilterten Partikel an
dem unteren Ende in dem verbleibendem Raum, nahe der Höhe der Rückschlagventile.
Bei Zustromverhältnissen
durchfließt
somit die gefilterte Flüssigkeit
diesen Zwischenraum und wird zwischengespeichert.
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Vorzugsweise
ist das Rückschlagventil
an dem naheliegendsten und tiefsten Punkt zwischen den beiden Führungswänden angebracht
und steuert den Weg, den die Flüssigkeit
zwischen der oberen und der Kammer für die Flüssigkeit nimmt. Das bezeichnete
Ventil schließt,
wenn der Flüssigkeitsstand in
der Kammer mit der zufließenden
Flüssigkeit steigt;
auf diese Weise beschränkt
es jeglichen Zufluss zur oberen Kammer allein durch die Einlassöffnung.
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Vorzugsweise öffnet das
Rückschlagventil, wenn
der Flüssigkeitsstand
in der Flüssigkeitskammer
unter das Niveau der oberen Kammer fällt, wodurch es gleichzeitig
ermöglicht
wird, dass die abgeschiedenen Partikel durch das bezeichnete Ventil
zurück
zur Flüssigkeitskammer
des Zuflusses zugeführt wird.
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Vorzugsweise
wird die Zuführung
der abgeschiedenen Partikel durch das bezeichnete Ventil durch den
Spüleffekt
der zeitweise gespeicherten und gefilterten Flüssigkeit gesteigert, die durch
die bezeichneten Schlitze und das Rückschlagventil strömt.
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Vorzugsweise
durchfließt
die Flüssigkeit
das bezeichnete Lochblech innerhalb von Zustromverhältnissen,
die mitgeführten
Partikel werden durch das Lochblech herausgefiltert, wonach die
Flüssigkeit
hinunter an der geneigten Oberfläche
der bezeichneten ebenfalls geneigten Bodenplatte vorbeifließt und durch Öffnungen
auf beiden Seiten des bezeichneten Ventils auf die bezeichnete Bodenplatte und
dann in die untere Kammer fällt.
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Vorzugsweise
hat die untere Kammer eine lange niedrige Wand, um den Ausflussstrom
zur aufnehmenden Flüssigkeit
zu verteilen und somit die oben erwähnte Erosion zu vermindern.
Diese niedrige Wand ist dazu da, ein Beruhigungsbecken auf der Grundebene
der bezeichneten Kammer zu bilden, um die kinetische Energie der
bezeichneten herunterfallenden Flüssigkeit umzuwandeln. Eine
Aussparung in der bezeichneten niedrigen Wand entleert den bezeichneten
Bodenbereich bei Beendigung des Zuflusses von der oberen Kammer.
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Vorzugsweise
begrenzt die obere Kante der geneigten Bodenplatte der oberen Kammer
mit einer niedrigen Wand das oberste Ende, das sich oberhalb der
Kronenhöhe
des bezeichneten Lochblechs befindet. Das oberste Ende der bezeichneten
Wand kann auf seiner Länge
mit einem Stabrechen ausgerüstet sein,
um größere Gegenstände zurückzuhalten, wenn
Hochwasserabflüsse
die Kapazität
des bezeichneten Lochblechs überschreitet.
Dieser überschüssige Abfluss,
der über
die bezeichnete Wand fließt,
fällt ebenfalls
in die untere Kammer, wo die kinetische Energie im Beruhigungsbecken
umgewandelt wird.
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Vorzugsweise
sind vertikale Flügelwände in einem
bestimmten Abstand an der Stirnfläche des bezeichneten Lochblechs
angebracht. Die Flügelwände unterteilen
das Lochblech in Segmente, dabei hat jedes Segment eine etwas andere
Kronenhöhe. Die
unterste Kronenhöhe
wird somit bei relativ kleineren Überläufen in Betrieb gesetzt, während die
anderen Segmente des Lochblechs nach und nach bei höheren Abflüssen in
Betrieb kommen.
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Somit
ist die Funktion der Flügelwände und der
unterschiedlichen Kronenhöhen
darauf ausgerichtet, kleinere bis mittlere Abflüsse auf die engeren Segmente
des Lochblechs zu konzentrieren, um den Reinigungseffekt der auf
die Perforation herunterfallenden Flüssigkeit zu fördern. Die
Bereiche des Lochblechs, die während
eines Flüssigkeitsstroms
noch nicht in Betrieb sind, haben keine Perforation, um den Reinigungseffekt
der perforierten Bereich zu fördern.
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Die
unterschiedlichen Kronenhöhen
zwischen den Lochblechsegmenten verlängern die gesamte Überlaufzeit
zur niedrigeren Kammer und reduzieren daher den Abfluss und deshalb
die Möglichkeit
zur obengenannten Erosion von Bett und Ufer des die Flüssigkeit
aufnehmenden Körpers.
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Die
bevorzugte Anordnung der Ausformung der Erfindung wird nun weiter
mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Alle Zeichnungen
sind schematische Darstellungen des Abscheiders, in denen folgende
Abbildungen aufgeführt
sind:
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1(a) und (b) Querschnitte entlang der Linie A-A
in 2(a) des Abscheiders während der zweiten
Betriebsphase ist.
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2(a) ist eine Draufsicht des Abscheiders, wobei
das Lochblech entfernt ist.
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2(b) ist eine Draufsicht, die geöffnete und
geschlossene Lochblechsegmente zeigt.
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3(a), (b) und (c) zeigen Details des Rückschlagventils.
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Der
Abscheider, der in 1 bis 3 zu sehen ist, ist dafür bestimmt, Abwasserpartikel,
wie Feststoffe, Papier, Materialien aus dem Sanitärbereich, Abfallstoffe
und andere sichtbare Materialien aus Schmutz- oder Mischwasserüberläufen zu
entfernen. Der Baukörper
des Abscheiders 1 beinhaltet eine obere/zurückhaltende
Kammer 2 (erste Kammer) und eine niedrigere Beruhigungs-/Abflusskammer 3 (zweite
Kammer).
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Der
normalerweise rechtwinkelige Baukörper des Abscheider 1 ist
vorzugsweise in Stahlbeton gebaut, wobei die anderen Teile aus anderen
Materialien als Beton gebaut sein können.
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Die
Rohrleitungen 4 und 5 stehen bezeichnender Weise
als Flüssigkeitskammer 6 zur
Verfügung.
In diesem Fall kann der Abscheider der Erfindung nachträglich ins
Kanalnetz durch Anschluss an die Kammer 6 eingebaut werden.
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Die
Kammer 2 ist direkt oberhalb der Kaimmer 3 angebracht,
so dass eine geneigte Bodenplatte 26 ebenso als oberer
Abschluss der Kammer 3 fungiert. Das untere Ende dieser
Bodenplatte schließt
an Kammer 6 sowie an oder über einer Sohle der Kammer 6 an.
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Kammer 2 enthält ein Lochblech 7,
Fließführungen 8,
die Wand für
den Extremabfluss 27, den Kammerboden 9 für die gefilterte
Flüssigkeit,
die Schlitze 10 für
die gefilterte Flüssigkeit,
die geneigten Bodenplatten 11 und eine oder mehrere Rückschlagventile 12.
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Kammer 3 enthält das Beruhigungsbecken 21 und
ein Auslasswehr 22.
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Die
prinzipiellen Phasen der Betriebsweise der bevorzugten Anordnung
der Erfindung wird nun weiter mit Bezug zu den Zeichnungen beschrieben.
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In
der ersten und meist vorkommenden Betriebsphase ist die Abflusshöhe 13 in
Kammer 6 niedriger als die Höhe der Einlassöffnung 14.
In dieser Phase schließt
das Rückschlagventil 12 und
verhindert somit, dass der Abflussstrom in Kammer 6 in
die Kammer 2 gelangt. Das verhindert kurzschließenden Zustrom
und unerwünscht
häufige
Entlastungen in den aufnehmenden Flüssigkeitskörper 30.
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In
der zweiten oder Überlaufphase,
gut in 1(a) zu erkennen, übersteigt
der Flüssigkeitsstand
den der Einlassöffnung 14 und
den der Krone des niedrigeren Segments des Lochblechs 31,
so dass die Flüssigkeit 15 mit
den eingelagerten Partikeln 16 die gebogene Forderfläche 17 eines
Segments 31 des Lochblechs hinunterfließt und auf die Oberfläche der
Flüssigkeit 18 in
Kammer 2 prallt. Die aufprallende Flüssigkeit 15 löst einen
bezeichneten „Wechselsprung" 19 an der
perforierten Forderseite des Lochblechsegments 31 aus.
Hierbei handelt es sich um ein natürliches Phänomen das auftritt, wenn eine
Strömung
plötzlich
verlangsamt wird, wobei eine stark drehende Kreisbewegung mit hohem
Energieverlust in Bewegung gesetzt wird. Diese stark drehende Kreisbewegung
des Wechselsprungs 19 reinigt die angrenzende Perforation 20 des
Lochblechs fortdauernd und ermöglicht
der Flüssigkeit 15,
die Perforation 20 zu passieren und hält gleichzeitig die Partikel 16 in
Kammer 2 zurück.
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Die
gefilterte Flüssigkeit 15 fließt am Boden der
Filterkammer 9 durch die Filterschlitze 10 und
fällt in
die Kammer 3 und in das Beruhigungsbecken 21, bevor
es den Abscheider 1 über
ein Überlaufwehr 22 verlässt.
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Ein
Teil der Flüssigkeit 15 fließt in die
Spülkammern 35 und
füllt sich
gleichzeitig durch die perforierten Bereiche der Forderseiten jedes
an die Kammern angrenzenden Segments des Lochsiebs.
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Anfänglich und
zum Ende der zweiten Phase ist der Durchfluss 15 relativ
gering und folglich befindet sich der Flüssigkeitsstand 18 nahe
an der unteren Kante des perforierten Bereichs 7 des Lochsiebsegments 31.
Führungswände 8 trennen
die Lochblechsegmente und beschränken
den Überlauf 15 eines jeden
Segments und halten somit die notwendige Bewegung und folglich den
Reinigungseffekt des Wechselsprungs 19 am offenen Segment
des Lochblechs 7 während
kleiner Abflüsse 15 aufrecht.
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Wenn
der Zustrom an Flüssigkeit 15 zur Kammer 2 nachlässt, fällt der
Flüssigkeitsstand 18 auf
den unteren Rand des Lochblechs 7, wie in 1(b) dargestellt. Die zurückgehaltene Flüssigkeit 15 enthält die Partikel 16.
Wenn der Flüssigkeitsstand 13 in
der Flüssigkeitskammer 6 unterhalb
des Stand der Flüssigkeit 18,
wie in der Abbildung dargestellt, fällt, öffnet das Rückschlagventil 12 und
ermöglicht,
dass die zurückgehaltene
Flüssigkeit 15 zusammen
mit den Partikeln 16 in die Kammer 6 geleitet wird,
von wo sie die Rohrleitung 5 hinunter zur Kläranlage
fließen.
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Nachdem
das Rückschlagventil
bzw. die Rückschlagventile 12 geöffnet sind,
fließt
die in den Kammern 35 zurückgehaltene Flüssigkeit 15 durch die
Schlitze 36 und die bezeichneten Ventile vergrößern somit
den Spüleffekt
der zurückgehaltenen
Partikel 16, der durch die bezeichneten Ventile in die Kammer 6 geht.
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Wenn
der Überlauf 15 durch
die Einlassöffnung 14 so
zunimmt, dass der Flüssigkeitsstand 13 über die
Krone des Lochsiebsegments 32 steigt, dann tritt die Wirkungsweise
dieses Segments in Kraft. Bei weiterem starken Anstieg des Flüssigkeitszustroms 15,
tritt die Wirkung des Lochsiebsegments 33 in Kraft. In
jedem Fall sind die korrespondierenden Flüssigkeitsstände 18 in Kammer 1 so
bemessen, dass die perforierten Bereiche des Lochsiebs 7 in den
oben genannten Lochsiebsegmenten angeglichen sind. Das stellt sicher,
dass jedes Segment des Lochsiebs einen bestimmten Durchfluss 15 filtert.
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In
der dritten und letzten Wirkungsphase, wenn der Flüssigkeitsstrom 15 alle
zusammenhängenden
Kapazitäten
der perforierten Bereiche des Lochsiebs 7 überschreitet,
steigt der Flüssigkeitsstand 18 und
ein Teil der Flüssigkeit 15 überströmt eine
Notentlastungswand 27, fällt hinunter in die Kammer 3 und
von dort in das Beruhigungsbecken 21, bevor er den Abscheider 1 zusammen
mit der gefilterten Flüssigkeit 15 über das Überlaufwehr 22 verlässt.
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Es
wird sich zeigen, dass diese Phase gleichzeitig mit der zweiten
Phase auftritt und eine im Vergleich zur zweiten Phase relativ kurze
Zeit in Anspruch nehmen wird.
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Die
Ventile 12, siehe dazu 3(a),
(b) und (c) repräsentieren
eine Möglichkeit
der Ausbildung von Rückstauventilen
und nutzt eine teilweise schwimmende Kugel 34. Wie in 3(a) und (b) gezeigt, nimmt die Kugel während kleinerer
Abflüsse
in Kammer 6 den unteren Teil der Aussparung 23 in
Anspruch und ist in einem ausgeformten Bereich 28 darin
gehalten. In der Position wird die Kugel nur einen Teil der Durchflussfläche 24 in
Anspruch nehmen und wird somit der zurückgehaltenen Flüssigkeit
und den Partikeln ermöglichen,
von Kammer 2 in Kammer 6 zusammen mit dem Überlaufstrom
des Lochblechs 7 zu fließen. Wenn auch immer der Flüssigkeitsstand 13 in
Kammer 6 hoch genug steigt, wird die schwimmende Kugel 34 ebenfalls
aufsteigen und das Einlassventil 25 freigeben und somit
den Zustrom von Kammer 6 zu Kammer 2 verhindern.
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Da
Abwasser im höchsten
Maße unerwünschte Materialien
enthält,
ist eine weitere Zielsetzung dieser Erfindung darauf ausgerichtet,
die manuell durchzuführende
Reinigung durch steil geneigte innenliegende Flächen zu minimieren, um die
Möglichkeit
der Anhaftung von faulenden Material etc. einzuschränken. Im
Fall einer notwendig werdenden Reinigung können die Flächen einfach durch Öffnungen
in der Deckenplatte der Kammer 2 überprüft werden und, falls notwendig,
mit einem Wasserschlauch zur Ablösung
des Materials zurück über das
Rückschlagventil
bzw. über
die Rückschlagventile
und Kammer 6 in die Rohrleitung 5 abgespült werden.
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Da
Kammer 3 nur die gefilterte Flüssigkeit 15 weiterleitet,
sollte eine Reinigung nicht notwendig werden, doch ist sie, falls
nötig, über das Überlaufwehr 22 zugänglich.
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Eine
weitere Zielsetzung dieser Erfindung ist darauf ausgerichtet, für die öffentliche
Sicherheit derart Sorge zu tragen, dass ein Zugang zur Kanalisation
verhindert und der Zustrom zum Gewässer 30 durch ein Überlaufwehr 22 auf
kleinere Geschwindigkeiten reduziert und verteilt wird.
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Es
wird sich zeigen, dass durch die Anwendung eingeführter hydraulischer
Prinzipien zu einer neuartigen Synergie eine relativ einfache und
doch effektive sowie nützliche
r Erfindung entwickelt wurde.
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Änderungen
an der gesamten Erfindung mögen
für Fachleute
offensichtlich sein, ohne jedoch von der eigentlichen Idee und vom
Umfang der Erfindung abzuweichen.