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Vorrichtung zum Klären von Wasser durch Schlammbettfiltration Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Klären von Wasser durch Schlammbettfiltration,
bestehend aus drei koaxial ineinander, unter Belassung von Ringräumen angeordneten
Behältern, von denen der äußere zylindrische Behälter mit einer Klarwasserableitung
am oberen Rand und einem Schlammabzug im unteren peripheren Raum versehen ist, von
denen der mittlere Behälter von niedrigerer Bauhöhe den einen außenliegenden Ringraum,
der als Eindickrauni ausgebildet ist, von dem anderen als Flockenwirbelbett dienenden
Ringraum trennt und von denen der innere als Flockungsraum gestaltete Behälter glockenförmig
ausgebildet und mit einem tangentialen Schmutzwassereinlaß am oberen Ende versehen
ist.
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Eine derartige Vorrichtung ist bekannt. Ihre drei koaxial ineinander
angeordneten Behälter sind so dimensioniert, daß sich der Durchflußquerschnitt ständig
vergrößert. Durch diese Gestaltung verringert sich die Fließgeschwindigkeit des
Wassers beständig. Ein sich zwischen den beiden mittleren Behältern bildendes, als
Filter wirkendes Flockenwirbelbett liegt bei dieser Gestaltung relativ tief im Gefäß.
Aus diesem Bett scheiden sich beständig Schlammteile aus, die eigentlich über den
Rand des mittleren Behälters übertreten und in den äußeren Behälter fallen sollten,
aber infolge der tiefen Lage des Flockenwirbelbettes im mittleren Behälter auf den
Boden dieses Behälters fallen und dort eine Schlammschicht bilden. Die Schlammschicht
an dieser Stelle ist unerwünscht. Denn der Schlamm läßt sich nur unter Schwierigkeiten
und Außerbetriebsetzung der ganzen Vorrichtung aus dem mittleren Behälter entfernen.
Darüber hinaus stört eine derartige Schlammschicht auch den Betrieb der Vorrichtung,
weil die Schlammschicht sich ungleichmäßig absetzt und dadurch die Gleichmäßigkeit
des sich ausbildenden Flockenwirbelbettes stört. Zum Schluß hat der Schlamm den
Durchtrittsraum aus dem inneren Behälter in den mittleren Behälter so weit verlegt,
daß das Wasser nur an wenigen Stellen, und hier mit hoher Geschwinkeit, durchtreten
kann. Unter dieser Bedingung vermag sich ein wirksames Flockenwirbelbett nicht mehr
auszubilden (Unterlagen des deutschen Gebrauchsmusters 1713 295).
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Bekannt ist auch eine aus drei Gefäßen zum Klären von Wasser durch
Schlammbettfiltration bestehende Vorrichtung, bei weicher das zu klärende Wasser
beim übertritt von dem inneren Behälter in den mittleren Behälter durch einen schmalen
Ringraum durchtreten muß, in welchem die Strömungsrichtung des Wassers um
180' gedreht wird. Hier ist im inneren Behälter ein Flügelrad notwendig,
welches die gesamte zugeführte Wassermenge in kreisende Bewegung versetzt und einen
Teil des umgewälzten Wassers durch den schmalen Ringraum hindurchdrückt. Die Notwendigkeit
der Verwendung eines angetriebenen Flügelrades in dem inneren Behälter ist nachteilig,
weil rotierende Teile leicht Störungen unterliegen und sich Störungen gerade an
dieser Stelle der Vorrichtung nur durch Außerbetriebsetzung und Reinigung der gesamten
Vorrichtung beseitigen lassen. Die Verwendung des schmalen Ringraumes, in welchem
das Wasser mit höherer Geschwindigkeit fließt, kann eine Verhinderung des Absetzens
von Schlamm an unerwünschten Stellen, nämlich der Wendestelle in dem schmalen Ringraum,
nicht völlig verhindern. Hierdurch wird die Strömung des Wassers mit der Zeit ungleichmäßig.
Das rotierende Flügelrad vermag eine Schlammbildung im inneren Behälter ebenfalls
nicht völlig zu unterdrükken (USA.-Patentschrift 2 464 617).
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Konstruktionen, welche Teile aufweisen, in denen das Wasser schneller
fließt, sind durch eine Vorrichtung zur Enthärtung von Wasser bekanntgeworden. Bei
dieser Vorrichtung dient ein Venturirohr unmittelbar an der Stelle, an der ein dünner
Wasserstrahl unter Druck in das Gefäß dieser Vorrichtung eintritt, zum Mitreißen
von granuliertemEnthärtungsmaterial
in den Strom aufsteigenden Wassers.
Hier bildet sich aber nicht ein Bett aus dem mitgerissenen Material aus, wie das
bei der Schlammbettfiltration der Fall ist (USA.-Patentschrift 1608
661).
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Bei der Schlanunbettfiltration ist es erwünscht, daß an den Stellen,
an denen sich ein Flockenwirbelbett ausbilden soll, das Wasser ruhig strömt und
nicht mehr sich mit hoher Geschwindigkeit um die Achse der Vorrichtung dreht. Aus
diesem Grund hat eine bekannte Vorrichtung in dem mittleren Gefäß senkrechte Scheidewände
angeordnet, die der sich bildenden Filterschicht durch Vergrößerung derAdhäsionsfläche
einen größeren Halt gibt und den durchtretenden Wasserstrom beruhigt (österreichische
Patentschrift 77 632).
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Möglichkeit, die Bildung des
Flockenwirbelbettes mit Sicherheit an der hierfür vorgesehenen Stelle zu erreichen
und eine Schlammbildung an Behälterteilen, die hierfür nicht vorgesehen sind, wirksam
zu unterdrücken. Die durch die Erfindung geschaffene Vorrichtung arbeitet aus diesem
Grund über lange Zeiten störungs- und wartungsfrei.
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Die Erfindung besteht darin, daß durch den unteren, nach innen gebogenen
Rand des glockenförmigen Behälters im Zusammenwirken mit der Wand des mittleren
Behälters ein Ringspalt gebildet ist, wobei die übergangszone vom Fällungsraum in
den Ringraum des Flockenwirbelbettes vor dem Ringspalt konisch verjüngt und hinter
dem Ringspalt konisch erweitert ist.
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Der Ringspalt wirkt durch seine konische Verjüngung vor dem Ringspalt
und seine konische Erweiterung hinter dem Ringspalt in derselben Art wie ein Venturirohr,
da der Querschnitt des Ringspaltes den Querschnitt eines Venturirohres hat. Diese
besondere Ausbildung des Ringspaltes bringt es mit sich, daß das Wasser mit hoher
Geschwindigkeit durch den Ringspalt hindurchtritt und die Bildung eines hochliegenden
Flockenwirbelbettes bewirkt. Durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit kann sich kein
Schlamm an unerwünschter Stelle absetzen, denn Schlammteile vermögen nicht durch
den Ringspalt in Richtung entgegen der Strömung hindurchzutreten. Schlammteilchen,
die sich bereits im inneren Behälter abgesetzt haben, werden durch die einem Venturirohr
eigene Saugwirkung angesogen und aus dem inneren Behälter herausbefördert. Diese
Wirkung hat zur Folge, daß sämtlicher sich bildender Schlamm über den Rand des mittleren
Gefäßes in das hierfür vorgesehene äußere Gefäß herabfällt, daß beständig ein gut
ausgebildetes Flockenwirbelbett an der vorgesehenen Stelle vorhanden ist und daß
der innere Behälter frei von Schlamm ist. Da der sich bildende Schlamm nur
an die für diesen vorgesehene Stelle befördert wird, vermag die Vorrichtung der
Erfindung über lange Zeiten ohne Reinigung und ohne Wartung zu arbeiten.
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Vorteilhaft ist die Verwendung von Mitteln zur Einstellung des Ringspaltes,
welche die Strömungs# geschwindigkeit des durch den Ringspalt durchtretenden Wassers
ändern, denn dann kann die Vorrichtung der jeweiligen Strömungsgeschwindigkeit des
eintretenden Wassers und dessen Schmutzgehalt optimal angepaßt werden.
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Zweckmäßig ist die Anordnung an sich bekannter radialer Leitwände
im Ringraum oberhalb des RingspaItes. Zweckmäßig ist es auch, eine unterhalb der
Kante des mittleren, meist trichterförmigen Behälters in Richtung auf den Boden
des Eindickraumes verlaufende Gleitwand und einen im Oberteil des Eindickraumes
unterhalb der Gleitwand angeordneten Ab-
zug für geklärtes Wasser vorzusehen.
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Der Abzug für das Wasser ist dabei in einem Strömungsschatten unter
der Gleitwand lokalisiert, so daß aus dem Eindickraum noch einmal geklärtes Wasser
abgezo-en werden kann. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der Vorrichtung verbessert,
weil ja nun noch an einer zweiten Stelle Wasser abgezogen wird. Zug gleich wird
aber hierdurch das Eindicken des Schlammes erleichtert.
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Das Wesen der vorliegenden Erfindung ist an Hand der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigen F i g. 1 und 2 eine große Kläranlage im axialen Schnitt
und Grundriß zur eventuellen Einbettung im Erdreich, F i g. 3 und 4 eine
kleine Kläranlage abgeänderter Ausführung, gleichfalls im axialen Schnitt und Grundriß.
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Bei der Ausführung gemäß F i g. 1 und 2 sind in einem äußeren
Behälter 1 durch gleichachsigen Einbau eines mittleren, trichterförinigen
Behälters 2 und eines glockenförmigen Behälters 3, dessen unterer Rand 4
nach innen gebogen ist, drei Räume gebildet, nämlich der Fällungsraum I, ferner
der Ringraum U
zur Ausbildung der Flockenwirbelschicht mit sich oben anschließendem
Nachklärungsraum Iff und schließlich der Eindickungsraum IV. Die konisch gestalteten
Räume stehen durch an den Stoßstellen der einzelnen Behälter belassene Spalte in
Verbindung hintereinander. Eine Zuleitung 5 mit Strahlmischer 6
mündet
in die Spitze des -lockenförmigen Fällungsraumes I. Der Durchsatz des geklärtenWassers
durch den Ringspalt 7 zwischen dem Fällungsraum I und dem Ringraum II erfolgt
mit erhöhter Geschwindigkeit, wodurch die gebildete Flockenwirbelschicht im Schwebezustand
gehalten und derenDurchgang durch den Ringspalt 7 vermieden wird. Die lichte
Weite des Ringspaltes 7 kann durch beliebige Mittel eingestellt werden, um
die Strömungsgeschwindigkeit des durchströmenden Wassers zu ändern.
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In den Ringraum II sind in der Strömungsrichtung verlaufende Leitwände
8 eingebaut, die radial stehen und in gleichmäßiger Entfernung voneinander
angebracht sind. Unterhalb der Oberfläche des nachgeklärten Wassers ist im Nachklärungsraum
III ein System von Abflußrohren 9 gelagert, die in eine Sammelrinne
10 am Umfang des äußeren Behälters 1
münden.
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Zwischen -der Kante 11 des mittleren Behälters 2 und
dem Mantel des äußeren Behälters 1 befindet sich ein Ringspalt 12 für den
übertritt des Schlammes in den Eindiekraum IV. Nahe dem Boden des Eindiekraumes
ist ein Sammelringrohr 13 gelagert, das zur Abfuhr des eingedickten Schlammes
dient. Vom Sammelringrohr 13 führt eine Abzweigleitung mit einer eingebauten
Pumpe 14 in einen Verteilungsring 15 innerhalb des Ringraumes II, Diese Anordnung
ist zum Umpumpen des Schlammes in den Raum der FlockenwirbeIschicht anläßlich
des erstmaligen oder wiederholten Inbetriebsetzens der Vorrichtung vorgesehen. Der
Schlanunübertritt über die Kante 11 wird von einer Gleitwand 16 bis
nahe zum Boden des Eindickungsraumes IV geführt. Im Oberteil dieses Raumes IV unterhalb
der Gleitwand 16 ist
ein Abzug 17 für das geklärte
Wasser zur ausgiebigen Eindickung des Schlammes vorgesehen.
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Die Ausführung gemäß F i g. 3 und 4 entspricht der soeben beschriebenen
und unterscheidet sich von derselben hauptsächlich durch die Ausbildung der Abflußröhre
9 für geklärtes Wasser sowie die Gestaltung der Wand des trichterförmigen
Behälters 2 zu einem Zylinder 2 a, der nur in seinem oberen Drittel konisch
erweitert ist. Diese Ausführung ist besonders für niedrige Durchflußmengen an zu
klärender Flüssigkeit vorgesehen. Die Leistung einer Vorrichtung ist weitgehend
von der Größe der horizontalen Trennungsoberfläche abhängig. Diese Trennungsoberfläche
kann bei der Vorrichtung der Erfindung durch eine mehr oder weniger starke Schrägstellung
der Wand des mittleren Behälters 2 den zu verarbeitenden Wassermengen angepaßt werden.
An Stelle der äußeren Sammelrinne 10 ist wegen der niedrigeren Durchflußmengen
hier lediglich eine Abflußröhre 9
vorgesehen.
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Die Wirkung der beschriebenen Vorrichtung ist folgende: Das Rohwasser
mit den dosierten Fällungsmitteln wird durch die Zuleitung 5 dem Strahlmischer
6 zugeführt, aus welchem es in den Kopfteil des Fällungsraumes
1 austritt, in welchem bei einer kreisenden Flüssigkeitsbewegung die Koagulation
erfolgt. Nach dem Passieren des Ringspaltes 7 gelangt das Wasser in den Ringraum
II, wo es nach Beruhigung durch die Leitwände 8 die Flockenwirbelschicht
bildet. Bei Wiederaufnahme des Betriebes nach einer Unterbrechung wird die Flockenwirbelschicht
durch überpumpen von abgesetztem Schlamm aus dem Raum IV mittels Pumpe 14 in den
Verteilungsring 15
gebildet. Da der überschüssige Schlamm über die Kante
11 in den Eindickungsraum IV fällt, von wo er zeitweise durch das Sammelringrohr
13 abgeführt wird, steigt die Flockenwirbelschicht nicht in den Nachklärraum
III. Das oberhalb der Flockenwirbelschicht im Nachklärraum III geklärte Wasser wird
durch die Abflußrohre 9 abgezogen.
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Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung gewährleistet durch die
besondere Ausbildung des ringförmigen Spaltes 7 eine gute Klärung des Wassers
und ein Absetzen des Schlammes in dem hierfür vorgesehenen Raum. Die schwer erreichbaren
Stellen der Vorrichtung, insbesondere der glockenförmige Behälter 3, bleiben
frei von Schlamm. Bei kleinem Raumbedarf und geringen Anlagekosten gewährleistet
die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung eine hohe Leistung bei relativ hoher
Durchflußgeschwindigkeit. Die Anlage selbst arbeitet über lange Zeit wartungsfrei.
Denn sie weist nicht komplizierte Misch- und Schabeeinrichtungen zur Beseitigung
der abgesetzten Schlammteile auf, da sie derartige Vorrichtungen für ihre Funktion
nicht benötigt.