DE2348175A1 - Trennbecken zum trennen von feststoffen und fluessigkeiten - Google Patents

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Dipl. Phys. Dr. rer. η at Wolfgang Kempe

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24.. September 1973 Mc 3

Paterson Candy International Ltd. 21, The Mall, Ealing London W5 2PU /England

"Trennbecken zum Trennen von Feststoffen und Flüssigkeiten"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Trennbecken zum Trennen von Feststoffen und Flüssigkeiten, das einen Schlammtrichter aufweist, dessen Oberflächenspiegel mit dem Spiegel einer flüssigen Filterschicht in dem Trennbecken übereinstimmt und der eine Auslaßleitung aufweist, durch die der Trichterinhalt aus dem Trennbecken ablaßbar ist.

In senkrecht durchflossenen Klärbecken, die hauptsächlich als Nachklärbecken biologischer Klärstufen zur Reinigung von Wasser oder anderen Flüssigkeiten Verwendung finden, wird üblicherweise eine flüssige Filterschicht aus Schwebetei-lchen, die

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eine flockige Struktur haben können, aufrechterhalten, die beispielsweise durch Hydrolyse eines Aluminium- oder Eisensalzes gebildet wird. Derartige Teilchen haben eine sehr geringe spezifische Dichte, die vielfach in einem Bereich liegt, der nur

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1-5 χ 10 größer als die Dichte von Wasser ist. Das einströmende, zu klärende Wasser enthält suspendierte Feststoffe, die mit den Eisen- oder Aluminiumsalzen koagulieren, so daß ein ständiger Zufluß von Feststoffmaterie in die flüssige Filterschicht stattfindet.

Das Trennbecken arbeitet derart, daß sauberes Wasser von der Oberseite des Trennbeckens abgezogen werden kann. Das macht es notwendig, daß die Feststoffe in Form eines Schlammes von der flüssigen Filterschicht entfernt v/erdenmüssen, um das Feststoffgleichgewicht in der Filterschicht zu erhalten. Übliche Praxis ist es lediglich, die Filtersuspension aus dem Trennbecken abzuziehen. Wenn die Festkörperkonzentration in dem einströmenden Wasser beispielsweise ein halbes Volumprozent beträgt und die Filterschichtkonzentration zwanzig Prozent, dann muß die Entleerungsgeschwindigkeit für den Schlamm das vierzigfache, also 2 1/2 % des Hauptflusses betragen, um die Filterverhältnisse im Trennbecken im Gleichgewicht zu halten. Der Schlamm kann dann in einem gesonderten Behälter weiter konzentriert werden und das überstehende Wasser wird in den Hauptfluß zurückgeführt.

Wenn die gesamte Trennanlage mit einer hohen Durchflußgeschwindigkeit betrieben wird, dann ist es wirtschaftlicher den weiteren Konzentrationsbehälter in Form eines Trichters innerhalb des Trennbeckens zu installieren. Der Entleerungstakt für diesen Trichter kann dann im obigen Beispiel auf einen

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theoretischen Wert von 1/2% reduziert werden. Das ist derjenige Takt, in dem der Trichter mit einer 100 völumprozentigen Schlammkonzentration angefüllt ist.

Beim Betrieb des in Rede stehenden Trennbeckens ist es notwendig, eine vorgegebene minimale Filterschichttiefe aufrechtzuerhalten. Der Rand des Schlammtrichters, also derjenige Punkt, an dem der Schlamm in dem Trichter einströmen kann, ist normalerweise in einer Ebene mit dem angestrebten Oberflächenspiegel der Filterschicht angeordnet, so daß die Filterschicht, wenn Sie sich oben aufbaut, in den Trichter überlaufen kann und aus ihm entleert werden kann. Es erübrigt sich festzustellen, daß, wenn der Filterschichtspiegel diesen Punkt nicht erreicht, was bei niedrigen Durchflußraten durch das Trennbecken auftreten kann, das gereinigte Wasser anstelle des Schlammes aus dem Trichter gepumpt wird, wenn eine konstante Abpumpgeschwindigkeit eingestellt ist und wenn die Abpumpgeschwindigkeit für das gereinigte Wasser auf einen maximalen Durchfluß und eine bestimmte erwartete Feststoffkonzentration berechnet ist. Dann arbeitet die gesamte Anlage übertrieben aufwendig und damit unwirtschaftlich.

Soll also der Wasserverlust einer derartigen Anlage verringert werden, so ist es wünschenswert, eine automatische Steuerung zum öffnen und Schließen der Schlammentleerungsvorrichtung vorzusehen, so daß der Schlamm nur dann abgezogen wird, wenn es erforderlich ist. Dies kann beispielsweise durch Verwendung einer fotometrischen Meßmethode geschehen, bei der das Niveau der Filterschicht gemessen und ein Ablaßventil durch geeignete Mittel betätigt wird.

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In &r Industrie für Mineralgewinnung wird ein Schwimmer verwendet, der, wenn sich die abgelagerten Feststoffe aufbauen und die Dichte der Filterschichtzunimmt, aufwärts bewegt wird und dabei ein Entleerungsventil öffnet. In einigen Anwendungsfällen ist jedoch die Dichte des Schlammes für die Verwendung der obigen Methode zu gering. Beispielsweise beträgt der Dichteunterschied zwischen Wasser und der Filterschicht bei

-4 einer Konzentration von 10 Volumprozent lediglich 10 , was einem Dichteunterschied entspricht, den man bei einer Temperaturänderung von nur wenigen Grad erhält. Die Schwimmervorrichtung ist unter diesen Umständen unzuverlässig oder zumindest unpraktisch.

Der vorliegenden Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Trennbecken der eingangs geschilderten Art in einer verbesserten Ausführung zu entwickeln, bei der insbesondere die automatische Entleerung des Schlammtrichters zuverlässiger und wirtschaftlicher arbeitet. DieseAufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die auf das Gewicht des Trichters derart anspricht, daß bei Überschreitung eines ersten vorgegebenen Viertes mit dem Ablassen des Trichterinhaltes über die Auslaßleitung begonnen wird, bis das Gewicht des Trichters auf einen zweiten vorgegebenen Wert verringert ist.

Unter Gewicht des Trichters wird selbstverständlich das Gesamtgewichtdes Trichters und seines jeweiligen Inhaltes verstanden. In dem erfindungsgemäßen Trennbecken kann die Oberfläche der Filterschicht empfindlich konstant gehalten werden, ohne daß unmäßige Mengen von Flüssigkeit abgepumpt werden müssen und in dem die Dichte der Filterschicht sich nur geringfügig von derjenigen der Flüssigkeit unterscheidet. Der Schlammtrichter kann

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beispielsweise durch Federn, Gegengewichte oder eine Schwimmeranordnung gehalten werden, so daß er sich in dem Maße abwärts bewegt, wie Schlamm in den Trichter einströmt. In einer typischen Anordnung besitzt der Schlammtrichter einen Durchmesser von einigen Fuß und die abgesetzten Feststoffe die in den Trichter einfließen, besitzen ein Gewicht von einigen Pfund. Das ist mehr als ausreichend, um den Trichter zu bewegen."Die Bewegung des Trichters kann dazu ausgenutzt werden, ein Ventil zum Absaugen des Schlammes vom Grunde des Trichters zu öffnen. Beim Absaugen des Schlammes sinkt das Gesamtgewicht des Trichters und das Ventil schließt sich demgemäß wieder. Bei einer derartigen Einrichtung wird also nur Schlamm abgepumpt und der Verlust von Flüssigkeit vermieden.

Bei einer anderen erfindungsgemäßen Einrichtung bleibt die Lage des Schlammtrichters konstant in Bezug auf das Trennbecken, aber sein Gewicht wird kontinuierlich durch eine Vorrichtung abgefühlt, die die Schlammentleerung aus dem Trichter steuert. Diese Vorrichtung kann eine kraftetnpfindliche Meßzelle enthalten, auf die das Trichtergewicht wirkt, herkömmlicherweise über ein Hebelsystem, und die eine Schlammentleerungspumpe steuert oder ein Ventil, das in einer von der Unterseite des Trichters ausgehenden Leitung liegt. Weitere Einzelheiten der Erfindung und zweckmäßige Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt und werden nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert.

Es zeigen:

Eig. 1 einen vertikalen Schnitt durch die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Trennbeckens mit zwei unterschiedlichen Ausführungsformen von Steuervorrichtungen für die Schlammtrichter; _c

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Fig. 2 einen vertikalen Schnitt durch die schematische Darstellung eines Auslaßventiles am unteren Ende eines jeden Schlammtrichters in dem Trennbecken gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Steuervorrichtung für die Schlammtrichter und

Fig. 4 einen vertikalen Teilschnitt durch die schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Trennbeckens mit einer weiteren Ausführungsform für die Steuervorrichtung des Schlammtrichters.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 zeigt ein Trennbecken 1 mit einer üblichen konischen Form, das ein Einlaßrohr 2 für die zu klärende Flüssigkeit mit einer Mündung 3 in unmittelbarer Nähe des Trennbeckenbodens aufweist. Die zu klärende Flüssigkeit fließt vertikal nach oben durch eine flüssige Filterschicht und nach der Klärung aus dem Trennbecken 1 über Austrittströge 5. Zwei konische Schlammsammeltrichter 6 und 7 sind so in der Filterschicht gehaltert/ daß ihre Ränder auf derjenigen Höhe liegen, auf der die Oberfläche der Filterschicht 4 gehalten werden soll. Die beiden Trichter 6 und 7 stellen alternative Konstruktionsausführungen dar und werden üblicherweise nicht zusammen verwendet.

Der Trichter 6 ist an Seilen 8 aufgehängt, die über eine Rolle 9 geführt sind und mit einem Gegengewicht 10 versehen sind, das ausreichend schwer ist, den Trichter in seiner oberen Lage zu halten, wenn der Schlamm aus ihm abgezogen ist. Zum Abziehen des Schlammes aus dem Trichter ist eine Auslaßleitung 11 vorgesehen, die bis nahe an den Boden in den Trichter hineinragt. Dort ist ein Ventil 12 vorgesehen, das mit der offenen Endfläche der

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Auslaßleitung 11 zusammenwirkt. Wenn sich der Trichter 6 in seine höchste Lage erhoben hat, ist die Auslaßleitung 11 geschlossen, und wenn er sinkt, öffnet sie sich und ermöglicht damit, den gesammelten Schlamm über die Auslaßleitung aus dem Trichter abzupumpen. Eine Führungsstange 13 verhindert, daß sich das Ventil 12 seitlich verkantet. Ein Stopfen 14 aus Beton verleiht dem Trichter 6 ein zusätzliches Gewicht. Um zu verhindern, daß der Trichter 6 zu weit absinkt, wenn er mit Schlamm gefüllt ist, sind Stangen 15 mit Ankerleinen 16 vorgesehen, an denen der Trichter hängt, wenn das Ventil 12 vollständig geöffnet ist. Der Trichter 6 besitzt vorzugsweise eine konische Form, aber er kann selbstverständlich jede andere Form haben, wenn es gewünscht wird. Die Auslaßleitung 11 ist ortsfest starr verlegt, um dem Aufwärtsdruck des Ventiles 12 Widerstand leisten zu können.

Damit der Trichter 6 auch dann von seinem Inhalt befreit werden kann, wenn das Trennbecken leer ist, besitzt er an seinem Boden ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Auslaßventil.

Rechts in Fig. 1 ist ein Trichter 7 dargestellt, der durch Schwimmer 17 gehaltert wird, die an dem Rand des Trichters durch Seile oder Ketten 18 befestigt sind. Die Schwimmfähigkeit, d. h. der Auftrieb der Schwimmer 17 ist so eingestellt, daß der Trichter 7 ausreichend angehoben wird, um das Ventil 12 zu schließen, wenn die erforderliche Menge Schlamm aus dem Trichter herausgepumpt worden ist.

Die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung zielt ebenfalls darauf ab, den Trichter 7 schwimmfähig zu machen. Hierzu ist der Rand

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des Trichters 7 in Form eines Kragens aus einer um den Umfang herumlaufenden Röhre 19 ausgebildet, die in drei oder mehr gleiche Teilabschnitte durch radiale Zwischenwände 20 unterteilt ist^ wobei jeder Teilabschnitt unabhängig mit einer Druckluftquelle 22 über einen flexiblen Schlauch 24, ein Abschaltventil 23 und ein Druckregulierventil 24 verbunden ist. Die Teilabschnitte sind in ihrer Bodenfläche mit je einem Loch 21 für den Austritt der Luft versehen. Der Trichter 7 ist wiederum konisch, die Teilabschnitte der Röhren 19 sind so angeordnet, daß die Druckregulierventile 24 eine genaue Einstellung der Sehwimmfähigkeit des Trichters ermöglichen.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 weist ein Trennbecken 31 ein Einlaßrohr 32 mit einer Mündung 33 und eine flüssige Filterschicht 34 auf. Die zu klärende Flüssigkeit strömt aus der Mündung 33 aus, und steigt durch die Filterschicht 34 nach oben, über der Filterschicht 34 sammelt sich die gesäuberte Flüssigkeit, die durch Tröge 34 abgezogen wird.

Ein konischer Trichter 36 ist an einem Seil 37 aufgehängt, so daß sein oberer offener Querschnitt horizontal in einer Höhe angeordnet ist, die dem gewünschten Oberflächenspiegel der Filterschicht 34 in dem ^Trennbecken 31 entspricht. Das untere Ende des Trichters 36 ist über einen flexiblen Schlauch 38 mit einer Austrittsstopfbüchse 39 in der Wand des Trennbeckens 31 verbunden. Ein Rohr 40 führt von der Stopfbüchse 39 zu einem Magnetventil 41, das öffnet, wenn eine Entleerung des in dem ". Trichter 36 gesamm elten Schlammes stattfinden soll. Das Magnetventil 31 wird durch eine Vorrichtung 42 gesteuert, die auf die Spannung in dem Seil 37 und somit auf das Gewicht des Trichters 36 und seines Inhaltes anspricht.

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Die Vorrichtung 42 weist einen Hebel 43 mit einer Drehachse auf, die an der Unterseite an einer Halteplatte 45 befestigt ist, die ihrerseits mit einem sich über dem Trennbecken erstreckenden Träger fest verbunden ist. An einem seinerbeiden Enden trägt der Hebel 43 eine Rolle 46, über die das eine Ende des Seiles 45 horizontal zu einem Festpunkt 47 an der Wand des Trennbeckens 31 führt, während an dem anderen Ende des Seiles der Trichter 36 an einem Bügel 48 aufgehängt ist. Der Hebel trägt an seinem anderen Ende einen aufwärts gerichteten Schaltstift 50, der auf einen druckempfindlichen Schalter 49 wirkt, welcher ein Schaltdifferential betätigt und die Erregung des Magnetventiles 41 steuert.

Wenn sich beim Betrieb die Filterschicht 34 hebt und Teile ihrer Oberfläche in den Trichter 36 als Schlamm überlaufen, steigt das Gewicht des Trichter an. Sobald genügend Schlamm in dem Trichter 36 gesammelt ist, drückt der Hebel 43 aufgrund des an ihm hängenden Trichtergewichtes die Schaltstange 50 nach oben, die wiederum den Schalter 49 betätigt. Das Magnetventil 41 wird dann geöffnet und die Entleerung des Trichters 46 über den Schlauch 38 kann stattfinden bis das Trichtergewicht auf einen Wert vermindert worden ist, bei dander Schalter 49 das Magnetventil 41 wieder schließt. Da der Schalter 49 mit einem Schaltdifferential, also unterschiedlichen Ansprechschwellen arbeitet, besteht keine Gefahr, daß Regelschwingungen auftreten.

Die beschriebenen Beispiele zeigen Wege, wie die Erfindung ausgeführt werden kann. Zahllose Modifikationen sind selbstverständlich möglich. Beispielsweise kann das Signal, das erzeugt wird, um anzuzeigen, daß eine Entleerung des Trichters stattzufinden hat, auch zur Steuerung der Betätigung anderer Schlamm-

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trichter verwendet werden, die in geringeren Niveaus im Trennbecken angeordnet sind, als derjenige, von dem das Signal stanrat. Eine derartige Batterie von Nebentrichtern kann gleichzeitig unter der Steuerung eines Haupttrichters entleert werden, dessen Gewicht die gesamte Entleerungsoperation auslöst. Der Entleerungszyklus der Nebentrichter kann gleichzeitig mit demjenigen des Haupttrichters gesteuert v/erden. Alternativ können die Entleerungszyklen aller Trichter zwar durch den Haupttrichter ausgelöst werden, aber durch getrennte Zeitschalter begrenzt werden, die den einzelnen Nebentrichtern zugeordnet sind und die zu laufen beginnen, wenn der Haupttrichter mit seinem Entleerungszyklus beginnt. Auf diese Weise können die Vorteile der Erfindung durch geringfügige Modifikationen auf bestehende Trennbecken angewendet werden, die Schlammtrichter zur Konzentration des Schlammes enthalten. Die Erfindung kann auch-auf andere Formen von Trennbecken als den beschriebenen Typen mit vertikalem Durchfluß angewendet werden.

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Claims (8)

21. September 1973 Mc 3 Ansprüche

1. Trennbecken zum Trennen von Feststoffen und Flüssigkeiten mit einem Schlammtrichter, dessen Oberflächenspiegel mit dem Spiegel einer flüssigen Filterschicht in dem Trainbecken übereinstimmt und der eine Auslaßlei'tung aufweist, durchdie der Trichterinhalt aus dem Trennbecken ablaßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (8, 10; 17, 18; 21 bis 25; 37, 41, 42) vorgesehen ist, die auf das Gewicht des Trichters (6; 7; 36) derart anspricht, daß bei Überschreitung eines ersten vorgegebenen Wertes mit dem Ablassen des Trichterinhaltes über die Auslaßleitung (11; 38) begonnen wird, bis das Gewicht des Trichters auf einen zweiten vorgegebenen Wert verringert ist.

2. Trennbecken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trichter (6) an einem über eine Rolle (9) laufenden Seil (8) aufgehängt ist, das an seinem freien Ende ein Gegengewicht (10) trägt, und daß die Auslaßleitung (11) in Abhängigkeit von der vertikalen Stellung des Trichters im Trennbecken (1) offenbar und schließbar ist.

3. Trennbecken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Trichter (7) von Schwimmern (17)gehalten ist, die

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in der über der Filterschicht (4) angesammeltenFlüssig-. keit schwimmen, und daß die Auslaßleitung (11) in Abhängigkeit von der vertikalen Stellung des Trichters im Trennbecken (1) offenbar und schließbar ist.

4. Trennbecken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trichter einen schwimmfähigen Kragen (20) aufweist, der Bodenöffnungen (21) besitzt und über flexible Schläuche (25), Druckregulierventile (2 4) und Abschaltventile (23) mit einer Druckluftquelle (22) verbunden ist.

5. Trennbecken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (42) ein an einem Hebel (43) abgestützes Seil (37) aufweist, der an einen druckempfindlichen Schalter (49) mit Differentialbetätigung eine Kraft weitergibt, die von dem Gewicht des Trichters (36) und seines Inhaltes abhängt, und daß der Schalter ein Ventil (41) steuert, durch das der Trichterinhalt aus dem Trennbecken (1) ablaßbar ist.

6. Trennbecken nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Seil (37) mit seinem einen Ende an einem Festpunkt (47) befestigt ist und über eine Rolle (46) läuft, die

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derart an dem Hebel (43) angeordnet ist, daß die Seilspannung als Kraft und der Schalter (49) als Last wirkt.

7. Trennbecken nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Schlammtrichter im Trennbecken vorgesehen ist, dessen Schlammeinströmniveau unterhalb desjenigen des ersten Schlammtrichters (6; 7; 36) liegt und bei dem das Ablassen des Trichterinhaltes über seine Auslaßleitung durch die Vorrichtung (8, 10; 17, 18; 21 bis 25; 37, 41, 42) zur Steuerung der Entleerung des ersten Schlammtrichters einleitbar ist.

8. Trennbecken nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeitglied zur Steuerung der Länge der Entleerungszeitspanne für den zweiten Schlammtrichter vorgesehen ist, dessen Einschaltung von der Vorrichtung (8, 10; 17, 18; 21 bis 25; 37, 41, 42) auslösbar ist.

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