DE19713375A1 - Vorrichtung zum Absaugen der Oberflächenschicht einer Flüssigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, z. B. als fest oder selbstschwimmend montierten Oberflächenabsauger für Behälter, worunter im Sinne der Erfindung auch Absetzbecken, Kanäle o. ä. zu verstehen sind, dessen Ansaugöffnung sich selbständig an unterschiedliche Füllniveaus anpaßt und damit immer ein Absaugen der obersten Flüssigkeitsschichten sowie darauf allenfalls schwimmender Schäume und Partikel gewährleistet.

In DE 43 01 978 A1 wird ein Oberflächenabsauger beschrieben, wie er Stand der Technik ist: über ein meist aus Kunststoff bestehendes Filterrohr wird ein Oberflächenabsauger in Form eines weiteren Rohres gestülpt, der sich an die Flüssigkeitsoberfläche durch einen Schwimmer, der für den Auftrieb sorgt, jeweils anpaßt. Diese Anordnung stellt sicher, daß nur immer soviel Wasser in den Oberflächenabsauger einströmt, wie vom nachfolgenden Filter verarbeitet und gereinigt werden kann.

Besonders in der Zellstoff-, Papier- und Textilproduktion, aber auch in kommunalen Kläranlagen fallen aber gelegentlich stark schäumende Abwässer an. Herkömmliche, wie oben beschriebene Filteranlagen für die oberflächennahe Absaugung in Behältern mit variablem Flüssigkeitsniveau können Schäume an der Oberfläche von Flüssigkeiten nur mit einem großen Überschuß an flüssiger Phase absaugen und einer Reinigung zuführen, da sie im Bereich der Ansaugöffnung nur geringe Strömungsgeschwindigkeiten erzeugen und durch konstruktive Merkmale, wie zum Beispiel ineinander gesteckte Rohre, Bypassströmungen in oberflächenfernen Bereichen aufwesien.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Oberflächenabsauger herzustellen, der besonders für die Absaugung von Schäumen, wie sie auf Industrie- und anderen Abwässern auftreten, sowie der von den Schäumen oder an der Flüssigkeitsoberfläche allenfalls getragenen, jedenfalls oberflächennahen Schmutzpartikeln geeignet ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 wiedergegebenen Merkmale erstmals überraschend gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Kennzeichen der abhängigen Ansprüche beschrieben.

• 1. Durch eine Verengung des Ansaugschlitzes wird die Ansauggeschwindigkeit im Oberflächenabsauger so stark erhöht, daß der Schaum durch die Flüssigkeit mitgerissen und teilweise schon an der Eintrittsöffnung mechanisch zerstört wird. Dies wird durch eine, wie beispielhaft in beiliegender Zeichnung dargestellt, feste Strömungsblende zwischen den Schwimmelementen bzw. gegebenenfalls zwischen diesen und einem oder mehreren Verdrängungskörpern zur Verengung des Ansaugschlitzes bewirkt.
• 2. Durch einen Faltenbalg oder durch gegeneinander dichtende, teleskopartig verschiebbare Rohre oder ähnliche Einrichtungen wird verhindert, daß zu viel Flüssigkeit in einem Bypass mit angesaugt wird. Dadurch wird das Verhältnis des mitgerissenen Schaumes zum angesaugten Flüssigkeitsvolumen deutlich größer als bei herkömmlichen Einrichtungen. "Rohr" im Sinn der Erfindung ist auch ein Trichter oder ein Behälter mit vieleckigem Querschnitt zu verstehen.
• 3. Die obere Öffnung des - z. B. mit einem Faltenbalg versehenen - Rohrs wird durch innen und/oder außen angebrachte Schwimmelemente in geflutetem Ruhezustand an oder etwas über der Wasseroberfläche gehalten. Wird der Schwimmer an der Innenseite des Rohrs angebracht, so kann er, wie in der Zeichnung dargestellt, als Strömungsblende ausgeführt werden. Das Fluten des nach außen dichten Rohres kann über ein am Rohr oder an einem der daran anschließenden Elemente angebrachten Flutventil erleichtert werden.

Um eine wirkungsvolle Absaugung und Zerstörung von Schäumen unterschiedlicher Steifigkeit zu erreichen, ist eine richtige Dimensionierung der Spaltbreite wesentlich. So genügen für relativ wenig steife, wäßrige Tensidschäume Spaltbreiten von ca. 3 mm. Für steifere Schäume von Industrieabwässern oder Fäkalien hat sich eine Spaltbreite von 5-10 mm als günstig erwiesen. Besonders vorteilhaft ist es daher, die Öffnung so zu dimensionieren, daß die Breite des Ansaugschlitzes verändert werden kann. Dies kann beispielsweise durch Anbringen von Strömungsblenden in Form von Aufsatzringen oder -leisten bewirkt werden, die auf der festen Blende und/oder auf dem das Volumen verengenden Verdrängungskörper angebracht sind. Wird der Aufsatz auf dem Verdrängungskörper aufgebracht, so ist darauf zu achten, daß er den Ansaugschlitz über die gesamte Hubhöhe des längenvariablen Rohres, z. B. des Faltenbalgs, verändert.

Die Höhe des Faltenbalges kann je nach Einsatzart dem jeweiligen Abstand der Flüssigkeitsoberfläche vom Behälterboden angepaßt werden. So können im industriellen Einsatz Faltenbälge mit einer Hubhöhe bis zu 1500 mm vorteilhaft eingesetzt werden. Für noch größere Schwankungen des Flüssigkeitsniveaus kann der gesamte Oberflächenabsauger an Tragkörpern einer zusätzlichen Schwimmeinrichtung montiert werden. Die bei niedrigem Flüssigkeitspegel zusammengefahrenen Falten des Balges bewirken einerseits eine Verengung, andererseits eine Verlängerung des mit hoher Geschwindigkeit durchströmten Rohrabschnitts, wobei allerdings zu beachten ist, daß der Querschnitt nicht kleiner als im Bereich der Strömungsblende wird.

Neben der Beständigkeit und dauerhaften Dichtheit des Balgmaterials gegenüber den Pumpmedien ist die Wandstärke und Flexibilität des Materials den jeweiligen Anforderungen anzupassen, die sich aus der zu überbrückenden Niveaudifferenz ergeben. Eines der im weiten Rahmen einsetzbaren Materialien ist zum Beispiel Neopren. Der Faltenbalg ist zweckmäßig flexibler, d. h. unter anderem von geringerer Wandstärke, wenn er große Niveaudifferenzen überbrücken muß, kann aber weniger flexibel ausgebildet sein, wenn diese Differenzen nur klein sind.

Der Verdrängungskörper kann als - am Rohrboden befestigter - Zylinderblock ausgebildet sein, der die Schwimmelemente um mindestens die maximale Hubhöhe des Faltenbalges bzw. des Teleskoprohres überragt; er kann aber auch als Scheibe ausgebildet sein, die in die obere Rohröffnung so eingesetzt ist, daß sie einen in mehrere - vorzugsweise wenigstens drei - Bereiche unterteilten Ansaugschlitz, oder eine Vielzahl von Ansauglöchern ergibt.

Eine weitere, vorteilhafte - wenn auch nicht unbedingt erforderliche - Voraussetzung für ein wirkungsvolles Abpumpen von Schäumen ist die Verwendung einer geregelten Pumpe. Nur durch eine einstellbare, vorzugsweise selbstregulierende Pumpleistung ist es möglich, den Ansaugschlitz im je nach Schaumbildung und Viskosität gewünschten Abstand zur Oberfläche und das Pulsieren des Oberflächenabsaugers im gewünschten Ausmaß zu halten. Eine zu hohe Pumpleistung würde ein rasches und damit zu starkes Absinken der auf dem inneren Flüssigkeitsspiegel schwimmenden Schwimmelemente bedeuten, wodurch viel zu viel Flüssigkeit angesaugt wird; man hat aber immer das Interesse, nur die geringstnötige Flüssigkeitsmenge mit Schaum und/oder Schmutzpartikeln zu entfernen, da ansonsten - z. B. bei beginnender Füllung einer Filterpresse - immer weniger Absaugleistung erbracht würde; bei einer zu geringen Pumpleistung stellt sich kein Mitreißeffekt ein.

Der Durchmesser (oder die kleinere Seitenlänge bei Ausführung mit rechteckigem Querschnitt) des erfindungsgemäßen Rohres, ohne eventuelle Zusatzschwimmer um die Gesamtvorrichtung herum schwimmend zu lagern, liegt zwischen 100 und 500 mm, vorzugsweise zwischen 200 und 400 mm. Bei kleineren Abmessungen ist es schwierig, das Rohrende mit dem bevorzugten, innen liegenden, ringförmigen Schwimmelement in Schwebe zu halten, da die Auftriebskräfte zu gering werden. Bei größeren Abmessungen wird die erfindungsgemäße Vorrichtung unhandlich.

Eine weitere mögliche Ausführung ergibt sich, wenn an der Außenseite des Rohrs über dem längenverschiebbaren Teil drei oder mehr symmetrisch angeordnete Schwimmkörper mit - vorzugsweise schwenkbaren - Abstandhaltern befestigt sind, durch die der Ansaugschlitz in einem gewünschten Abstand unter der Wasseroberfläche positioniert werden kann. Dies kann durch Schwenken der Halter und/oder durch Aufblasen oder Fluten aufblasbarer Schwimmkörper bewirkt werden.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Faltenbalg;

Fig. 2 die Anbringung von Aufsatzringen zur Verengung des Ansaugschlitzes;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung (Teleskoprohre mit schematisch angedeuteter Rollringdichtung) mit einem als Scheibe ausgebildeten Verdrängungskörper;

Fig. 4 und 5 Längsschnitte durch zwei weitere Ausführungsformen der Erfindung mit außenliegenden Tragkörpern bzw. ohne Verdrängungskörper.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Fig. 1 besteht aus einer am Boden des (nicht dargestellten) Behälters oder in einem bestimmten Abstand von diesem Boden befestigte Bodenplatte 1, die von einer zur (nicht dargestellten) Pumpe führenden Saugleitung 2 durchsetzt ist. An der Bodenplatte ist ein in das Innere des Rohres 3 ragender, zylinderförmiger Verdrängungskörper 4 befestigt. Die Wandung des Rohres 3 ist in einem Bereich 5 als Faltenbalg ausgebildet. Am oberen Ende des Rohres 3 ragt ein als Ring ausgebildetes Schwimmelement 6 in das Innere des Rohres 3.

Die Flüsigkeit 7 ist von einer unerwünschten Schaumschicht 8 bedeckt. Der Schwimmring 6 hält das obere Ende der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Ruhezustand in etwa auf dem Niveau des Flüssigkeitsspiegels, und zwar auch dann, wenn sich dieses Niveau während des Betriebes einer Anlage verändern sollte: der Faltenbalg gleicht aus. Wird nun die Saugpumpe eingeschaltet, entsteht im Innenraum 9 des Rohres 3 ein Unterdruck, der das auf dem Flüssigkeitsspiegel im Rohrinneren schwimmende Schwimmelement 6 ganz geringfügig, oft nur um einige Zehntel Millimeter nach unten zieht, wobei sich der Faltenbalgbereich 5 verkürzt. Dadurch gelangt die Oberkante des Oberflächenabsaugers unter das äußere Flüssigkeitsniveau, und die Absaugung beginnt. Der Ansaugschlitz 10 zwischen Schwimmring 6 und Verdrängungskörper 4 wirkt als Venturidüse und reißt relativ viel Schaum 8 mit relativ möglichst wenig Flüssigkeit nach unten mit, wodurch der Schwimmring wieder nach oben gedrückt wird, bis sich bei konstanter Arbeitsweise ein Gleichgewicht einstellt, bei dem die Oberkante des Schwimmringes 6 so weit unter die Oberfläche der Flüssigkeit 7 zu liegen kommt, daß die Oberflächenschicht durch den Ansaugschlitz 10 - unter weiterem Mitreißen des Schaumes 8 - ins Innere des Rohres 3 dringt und von der Pumpe abgefördert wird. Der Schaum wird beim Passieren des Ansaugschlitzes 10 bereits teilweise zerstört.

Der Ansaugschlitz 10 muß natürlich eine Dimensionierung haben, die sicherstellt, daß die größten allenfalls zu erwartenden Schmutzpartikel passieren können, ohne ihn zu verstopfen. Wenn keine oder nur geringe Schaummengen zu erwarten sind, kann die Dimensionierung auch größer sein, oder der Verdrängungskörper kann ganz entfallen, z. B. kann die Scheibe (4′ in Fig. 3) in einem solchen Fall auch entfernt werden.

Fig. 2 zeigt Aufsatzringe 11 auf den Ring 6 bzw. den Verdrängungskörper 4, die den Ansaugschlitz 10 zu verengen, bzw. auf die gewünschte Breite einzustellen gestatten, um ihn an die Gegebenheiten von Flüssigkeitsdichte und -viskosität, bzw. Schaummenge und -steifigkeit anzupassen.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung. Das Rohr 3′ ist als Teleskoprohr aus zwei - gegeneinander durch eine schematisch angedeutete Rollringdichtung 13 abgedichteten - Rohrteilen 3a und 3b gebildet; seine obere Öffnung ist von einer Scheibe 4′ abgedeckt, die dort mittels dreier auskragender Finger 12 aufliegt und so dimensioniert ist, daß sie einerseits den - durch die Finger 12 in drei Bereiche unterteilten - Ansaugschlitz 10′ freiläßt, andererseits in ihrer Höhe der Absaugung der Flüssigkeit 7 und des Schaumes 8 eine gewisse Weglänge H bietet.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Vorrichtung in einem schwimmenden Tragsystem 16 angeordnet ist; eine ortsfeste Verbindung mit dem Behälterboden ist somit nicht vonnöten. Eine solche Vorrichtung wäre auch für den - gegebenenfalls notfallmäßigen - Einsatz in größeren oder tieferen Flüssigkeitsansammlungen, wie Teichen oder Seen, geeignet. Das Tragsystem 16 weist das Schwimmverhalten der Vorrichtung stabilisierende Tragkörper 16a auf, die über ein Gestänge 16b mit dem Verdrängungskörper 4 verbunden sind. Die Tragkörper 16a können in etwa ringförmig angeordnet sein, doch ist zwischen den einzelnen Tragkörpern 16a, von denen aus Stabilitätsgründen wenigstens zwei vorgesehen sein sollten, zur sicheren Absaugung auch von außerhalb dieser Tragkörper 16a liegenden, gegebenenfalls verschmutzten, Oberflächenbereichen ein ausreichender Abstand vorzusehen. Das wenigstens bereichsweise als Faltenbalg 5 ausgebildete Rohr 3 mit seinem Schwimmelement 6 ist in seinem unteren Endbereich ebenfalls an diesem Tragsystem 16 befestigt. Der Saugvorgang geschieht in der oben beschriebenen Weise; das Rohr 3 ist über seinen Faltenbalg 5 und sein Schwimmelement 6 in bezug auf das Flüssigkeitsniveau höhenverstellbar, wie durch den Pfeil A angedeutet.

Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der das Rohr 3′ als länglicher, rechteckiger Behälter ausgebildet ist, an dessen oberem Ende 2 in das Rohrinnere ragende Schwimmleisten 6″ ragen, die zwischen sich einen Ansaugschlitz 10″ belassen.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen bzw. dargestellten Beispiele beschränkt. So können sowohl das Rohr wie auch der Ring und der Verdrängungskörper abweichend vom kreisrunden Grundriß auch vieleckig oder oval ausgebildet sein; anstelle des Faltenbalges kann ein einfacher zu fertigender Wellschlauch - insbesondere für die Überwindung von nur geringen Höhendifferenzen - oder auch ein elastisch dehnbarer Schlauch Verwendung finden; das obere Ende des Rohres kann mit einem austauschbaren Deckel verschlossen sein, in dem sich Ansaugschlitze bzw. -löcher der gewünschten Größe befinden, u.a.m.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Absaugen von Oberflächenschichten einer Flüssigkeit (7) in einem Behälter, bestehend aus wenigstens einem in die Flüssigkeit (7) eingeführten und von Schwimmelementen (6) gehaltenen Rohr (3), dessen unterem Teil eine Pumpe zugeordnet ist, wobei die Flüssigkeit (7) über den oberen Rand des - im wesentlichen senkrecht angeordneten - Rohres (3) zur Pumpe leitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (3) flüssigkeitsdicht und mit veränderlicher Länge ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Querschnitt des Rohres (3) an dessen oberem Ende angebrachte Schwimmelemente (6), sowie gegebenenfalls Verdrängungskörper (4), wenigstens einen - insbesondere kreisförmigen - Ansaugschlitz (10) - von vorzugsweise 2 bis 10, insbesondere von 3 bis 5 mm Breite - für die Oberflächenschicht der Flüssigkeit (7) bilden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Ansaugschlitzes (10) durch Anbringen wenigstens eines Aufsatzringes (11) oder wenigstens einer Aufsatzleiste auf wenigstens ein Schwimmelement (6) und/oder einen Verdrängungskörper (4) zumindest über die Hubhöhe des längenveränderlichen Rohres (3) veränderbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwimmelement (6) als in das Innere des Rohres (3) ragender Zylinderring ausgebildet ist (Fig. 1).

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (4) fest mit dem Rohr (3) verbunden ist, und daß gegebenenfalls das untere Ende (1) des Rohres (3) am Boden des Behälters oder in einem vorgegebenen Abstand von diesem befestigt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (3) wenigstens teilweise als Faltenbalg (5) ausgebildet ist, dessen Flexibilität den erwarteten Niveauschwankungen des Flüssigkeitsspiegels angepaßt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (3′) aus wenigstens zwei teleskopisch ineinander verschieblich angeordneten, gegeneinander - vorzugsweise durch wenigstens eine Rollringdichtung (13) - abgedichteten Rohrteilen (3a, 3b) besteht.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (4′) als - das obere Rohrende teilweise, unter Freilassung eines oder mehrerer Ansaugschlitze (10) oder -löcher verschließende - Scheibe (4′) ausgebildet ist (Fig. 3, 4).

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwimmelemente (6) verstellbar angeordnet und/oder in ihrer Auftriebskraft veränderbar ausgebildet sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stabilisierung ihres Schwimmverhaltens - vorzugsweise wenigstens 2, insbesondere 3 - Tragkörper (16a) mit Hilfe eines Gestänges (16b) mit dem Rohr (3) verbunden und im Abstand von diesem angeordnet sind (Fig. 5).