DE29814050U1 - Beckenbauwerk zur Speicherung und Abscheidung von Tausalz aus Straßenabwässern - Google Patents

Description

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Becken zur Speicherung und Abscheidung von Tausalz aus

Straßenabwässern

Die Erfindung betrifft ein Becken aus Beton, Kunststoff, Faserzement oder Metall, in dem tausalzhaltige Straßenabwässer gespeichert werden. Im Winter wird das durch Winterdienstarbeiten anfallende Schmelzwasser, das eine hohe Tausalzkonzentration aufweist, in einem vorgeschalteten Schacht vom übrigen Straßenwasser getrennt und in das Schmelzwasserbecken abgeleitet. Durch Absorption der Sonneneinstrahlung wird das gespeicherte Wasser erwärmt und verdunstet. Bei ungünstigen Verhältnissen kann zusätzlich das Wasser in Elektrolyseuren mit Gleichstrom in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt werden. Das Salz bleibt im Becken zurück und wird dort von Zeit zu Zeit entsorgt.

Stand der Technik

Das von Straßen ablaufende Wasser gilt rechtlich als Abwasser, das zu behandeln ist. Dazu werden Rückhalte- und Abscheidebecken hergestellt, die meist als Betonbauwerk oder als mit Kunststoffdichtungsbahnen abgedichtete Erdbecken ausgeführt werden. Sie dienen zur Speicherung der zulaufenden Wassermengen und zur gedrosselten Ableitung in den Vorfluter, sowie zur Reinigung der Straßenabwässer von Schwebstoffen und abscheidbaren Flüssigkeiten. In den "Richtlinien für die Anlage von Straßen RAS Teil: Entwässerung, ( RAS-Ew )" herausgegeben von der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, sind Regelzeichnungen für die Ausbildung solcher Becken dargestellt. Damit ist der Stand der Technik doku mentiert.

Weiter ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster Nr. 297 21 373.3 eine Beckenanlage aus mehreren gedichteten Erdbecken bekannt, bei der zusätzlich Aromate und Kohlenwasserstoffe in einem Absorberschacht und das Tausalz in einem Schmelzwassersammelbecken abgeschieden werden. Dort schwimmen schwarze Kunststoffprofile an der Wasseroberfläche, die das Wasser durch die Absorption des Sonnenlichts erwärmen und die Verdunstung fördern.

Nachteilig ist bei dieser Lösung, daß alle Niederschläge, welche auf die Beckenfläche fallen, die bereits erfolgte Verdunstung teilweise rückgängig machen.

Die Einpassung in das Landschaftsbild und die Gestaltung der großen Beckenflächen mit den an der Oberfläche schwimmenden, schwarzen Körpern bereitet ebenfalls Schwierigkeiten. Bei Becken, die im Grundwasser liegen bereitet außerdem die Sicherung gegen Auftrieb große Probleme, die nur mit einer aufwendigen Steuerung gelöst werden können. Fällt diese aus, wird das Becken durch die aufschwimmende Dichtung und den unterhalb nachfließenden Boden beschädigt. Die Sanierung ist zeit- und kostenaufwendig.

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Aufgabe

Die Erfindung hat daher zum Ziel, ein in den Boden eingelassenes Becken aus Beton, Kunststoff, Faserzement oder Metall neben dem bekannten Rückhaltebecken herzustellen, in dem das durch Winterdienstarbeiten anfallende Schmelzwasser, das eine hohe Tausalzkonzentration aufweist, gesammelt wird. In einem vorgeschalteten Schacht wird das salzhaltige Wasser während der Wintermonate vom übrigen Straßenwasser getrennt. Von Frühjahr bis Herbst bleibt der Zulauf in dieses Becken verschlossen.

Durch gesammelte Sonnenwärme wird das verbleibende Wasser verdunstet. Das nach oben offene Becken erhält eine transparente dichte Abdeckung. Damit können keine Niederschläge in das Becken fallen.

Das eingetrocknete Salz und die Schadstoffe können umweltgerecht entsorgt werden. Das massive Bauwerk kann durch bekannte Bauweisen, wie Anker oder auskragende Sohlplatten gegen Auftrieb gesichert werden.

Darstellung der Erfindung

Am geplanten oder bestehenden Auslauf der Straßenentwässerung zum Rückhaltebecken wird ein Verteilerschacht angeordnet. Dieser besitzt in der einfachen Ausführung eine absperrbare Drosselöffnung, durch die im Winter die geringen Schmelzwassermengen in das Schmelzwasserbecken geleitet werden. Stärkere Niederschläge nach Warmlufteinbrüchen bringen größere Wassermengen, die sich vor der Drosselöffhung aufstauen und über ein Streichwehr in das Abscheidebecken abgeleitet werden.
Die Ausführung des Schachts ist aus dem Gebrauchsmuster Nr. 297 21 375.3 bekannt.

Alternativ erhält der Schacht einen elektromotorisch angetriebenen Schieber, der über Impulse oder die Messung-des Salzgehalts im zulaufenden Wasser gesteuert wird. Die Impulssteuerung kann vom Streufahrzeug über Funk oder über die Streckenfernmeldekabel erfolgen.

Das Schmelzwasserbecken wird als kastenartiges Becken aus Beton, Kunststoff, Faserzement oder Metall so hergestellt, daß die längeren Seiten in Ost-Westrichtung liegen. Die Wandungen und der Boden sind isoliert und innen dunkel eingefärbt. Über dem maximalen Wasserstand befindet sich ein Aufsatz von 0,5 - 1,0m Bauhöhe, auf dem eine transparente, dichte Abdeckung aufliegt. Das einfallende Sonnenlicht erwärmt die freiliegenden, dunkel eingefärbten Bauteile, das gespeicherte Wasser und den Luftraum unter der Abdeckung. Die auf das Becken fallenden Niederschläge laufen ab und erhöhen dadurch die zu verdunstende Wassermenge nicht.

Die Bodenplatte schließt bei trockenem Untergrund bündig mit den Wänden ab. Steht das Becken im Grundwasser wird die Bodenplatte zur Sicherung gegen Auftrieb auskragend ausgeführt. Der auf den Kragflächen eingebaute Boden wirkt als zusätzlicher Ballast gegen den Auftrieb.

Weiter können die aus dem Grundbau bekannten Anker, beispielsweise Verpreßanker zur Auftriebssicherung verwendet werden.

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Unter der transparenten Abdeckung steigt durch Sonneneinstrahlung die Lufttemperatur an, wodurch die relative Luftfeuchtigkeit absinkt. Durch die höhere Lufttemperatur über der Wasserfläche kann erheblich mehr Wasser bis zum Sättigungsgrad aufgenommen werden. Die gesättigte, erwärmte Luft wird mit Gebläsen aus dem Luftraum über dem Becken abgesaugt. In einem Wärmetauscher gibt sie ihre Wärme an die nachströmende Frischluft ab.

Durch die im Salzwasser gespeicherte Wärme und die im Wärmetauscher vorgewärmte Frischluft kann die Verdunstung auch noch nach Einbruch der Dunkelheit mit verringerter Leistung weiterbetrieben werden.

Alternativ kann die gesättigte Luft über drehbare Abluftkamine durch den Windsog aus dem Becken gesaugt werden, während die Frischluft durch gegen die Windrichtung zeigende Zuluftöffnungen eingedrückt wird. Die erhöhte Luftfeuchtigkeit kondensiert nach dem Verlassen des Beckens in der kühlen Umgebung und schlägt sich dort nieder. Damit bleibt die örtliche Niederschlagsbilanz unverändert.

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An der nördlichen Langseite des Schmelzwasserbeckens wird ein geschlossenes Gestell montiert, in das, weitgehend gegen Diebstahl gesichert, Sonnenkollektoren und Solarzellen eingebaut sind. Die Kollektoren und Solarzellen können aber auch an Brücken hinter den Geländern montiert werden oder sie werden als Bestandteil einer Lärmschutzwand ausgeführt.

Die Solarzellen erzeugen den zum Betrieb der Umwälzpumpen und Gebläse erforderlichen Strom. Überschuß wird in einer Pufferbatterie gespeichert. Große Flächen mit Solarzellen sind erforderlich, wenn das gesammelte Salzwasser durch Elektrolyseure in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird. Mit Druckelektrofyseuren wird der zur Speicherung erforderliche Druck der Gase mit einer bereits bewährten Technik schon bei der Wasserzufuhr erzeugt. Das gespeicherte Gas kann anschließend energetisch genutzt werden.

Die Sonnenkollektoren absorbieren die Sonnenwärme, die über isolierte Leitungen den im Schmelzwasserbecken installierten Wärmetauschern zugeführt wird. Durch die zugeführte Wärme wird das gesammelte Schmelzwasser zusätzlich zur Direkteinstrahlung der Sonne erwärmt, wodurch die Verdunstung gesteigert wird.

Die technischen Anlagen zum Betrieb des Schmelzwasserbeckens sind in einem gesonderten Schacht untergebracht. Der rechteckige Schacht, der wie das Becken aus verschiedenen Materialien hergestellt werden kann, wird bevorzugt an einer Schmalseite des Beckens angeordnet.

So weit es die örtlichen Verhältnisse zulassen - Auswirkungen auf das Landschaftsbild- kann statt eines Schachtes auch ein Gebäude errichtet werden. In dieses können die Kollektoren und Solarzellen integriert werden.

Aus dem Luftraum über dem Becken fuhrt ein Rohr in den Schacht, das in einen Röhrenwärmetauscher mündet. Die inneren Röhren kleinen Durchmessers dienen der Kaltluftführung. An den kalten, äußeren Oberflächen dieser Röhren kondensiert die überschüssige Luftfeuchtigkeit der aus dem Becken kommenden warmen Luft und tropft auf die Sohle des Mantelgehäuses. Von dort läuft das Kondenswasser über ein Ablaufrohr zu einem Versickerschacht. Die abgekühlte Luft wird über ein abgehendes Rohr und ein darin eingebautes Gebläse ins Freie gedrückt.

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Über ein Ansaugrohr wird mit einem weiteren Gebläse frische Luft in den Schacht gesaugt und in den Röhrenwärmetauscher gedrückt. Am anderen Ende des Wärmetauschers führt ein Rohr in das Schmelzwasserbecken, wo es an die unter der Beckenabdeckung verlaufende Rohrleitung aus schwarzem Kunststoff anschließt.

Zur Umwälzung der in den Sonnenkollektoren erwärmten Flüssigkeit ist im Schacht eine Pumpe mit den entsprechenden Rohrleitungen und Armaturen eingebaut.

Zur Steuerung der Pumpen, der Gebläse, eventuell der Verschlüsse im Verteilerschacht sowie zur Speicherung von Überschußstrom in Batterien ist ein Schaltschrank mit einer Anlagensteuerung eingebaut. Dieser regelt die Verteilung des in den Solarzellen erzeugten Gleichstroms.
Schließlich befinden sich im Schacht noch die zur Stromspeicherung erforderlichen Batterien.

Weiter können in den Schacht die notwendigen Elektrolyseure für die Wasserstofftechnologie und die Wasserpumpe zur Druckerhöhung eingebaut werden.

Die Speichertanks für den erzeugten Wasserstoff und Sauerstoff befinden sich außerhalb des Schachtes.

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Beschreibung der Zeichnung

Zeichnung 1 zeigt den Längsschnitt durch das Beckensystem. Vom nicht dargestellten Verteilerschacht am Auslauf der Straßenentwässerung wird das mit Tausalz belastete Wasser über die Zulaufleitung (7) in das Schmelzwasserbecken (1) geleitet. Über dem abgedichteten Bekkenteil befindet sich ein Aufsatz (2), der eine transparente Abdeckung besitzt. Das einfallende Sonnenlicht erwärmt die dunkelgefärbten Wände des Beckens (1) und des Aufsatzes (2), sowie die Rohrleitungen (24) aus schwarzem Kunststoff.

Liegt das Beckensystem ganz oder teilweise im Grundwasser, werden das Schmelzwasserbekken (1) und der Technikschacht (15) auf eine Grundplatte (4) montiert. Die überstehenden Kragplatten (5) werden vom wiederaufgefullten Boden belastet und wirken damit dem Auftrieb entgegen. Zusätzlich eingebrachte Verpreßanker (6) dienen als weitere Auftriebssicherung.

Seitlich des Speicherbeckens wir ein Gestellrahmen (40) aufgestellt, in dem Sonnenkollektoren und Solarzellen zur Energiegewinnung eingebaut sind. Zwischen dem Gestellrahmen (40) und dem Technikschacht (15) wird ein isoliertes Schutzrohr zur Aufnahme der Wärmeleitungen (26) und (29), sowie der Stromkabel (30) verlegt.

Zeichnung 2 zeigt einen Querschnitt durch das Schmelzwasserbecken (1), das auf der Grundplatte (4) mit beidseitig überstehenden Kragplatten (5) montiert ist. Im Aufsatz (2) ist unter der transparenten Abdeckung (3) eine Rohrleitung (24) aus schwarzem Kunststoff mit mehrmaliger Umlenkung verlegt.

Als zusätzlicher Speicherraum für das salzhaltige Schmelzwasser wird im, als gedichtetes Erdbecken ausgebildeten, Abscheidebecken (11) ein flexibler Speichertank (12) aus beschichtetem Gewebe ausgelegt. Er wird vom salzfreien Straßenwasser überdeckt. Steigt im Schmelzwasserbecken (1) der Wasserspiegel an, drückt dieser auf die Rückschlagklappe (10) und verschließt damit das Verbindungsrohr (9) zum flexiblen Speichertank (12). Weiterhin zulaufendes Schmelzwasser läßt den Wasserspiegel im Schmelzwasserbecken so weit ansteigen, bis das Wasser durch die Überlaufleitung (8) in das Verbindungsrohr (9) einläuft und anschließend den flexiblen Speichertank füllt. Dessen Volumenzunahme verdrängt salzfreies Wasser aus dem Abscheidebecken (11).

Bei fallendem Wasserspiegel im Schmelzwasserbecken (1) wird das Wasser durch den höheren Wasserspiegel im Becken (11) aus dem flexiblen Speichertank (12) gedrückt. Durch den Druck öffnet sich die Rückschlagklappe (10) und das salzhaltige Wasser fließt in das Schmelzwasserbecken zurück.

Zeichnung 3 zeigt einen Schnitt durch den Technikschacht (15), der bevorzugt an einer Schmalseite des Schmelzwasserbeckens (1) angebaut ist. <

Der Technikschacht besitzt einen verschließbaren Deckel (16) mit Belüftung. Über dem Schmelzwasserbecken sammelt sich im Luftraum des Aufsatzes (2) eine von der Sonneneinstrahlung durch die transparente Abdeckung erwärmte, mit Wasserdampf gesättigte Luftmenge. Diese wird durch das Absaugrohr (17) in den Röhrenwärmetauscher (18) gesaugt, den sie im Gegenstrom zur ebenfalls angesaugten kalten Frischluft durchströmt. Die Frischluft wird über das Ansaugrohr (21) von einem Gebläse (22) angesaugt und durch die Rohrbündel (23)

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kleinen Durchmessers gedruckt. Dabei findet ein Austausch der Wärme zwischen der kalten Frischluft und der im Mantelbehälter (18) vorhandenen warmen Abluft statt.
Durch die Temperaturabsenkung kondensiert die überschüssige Feuchtigkeit aus der wassergesättigte Abluft an den kalten Firschluftrohren (23), das Wasser tropft ab und läuft zum Tiefpunkt des Gehäuses. Von dort wird es über eine Leitung (25) aus dem Schacht geleitet und im Untergrund versickert.

Die im Röhrenärmetauscher (18) abgekühlte Abluft wird jetzt vom Gebläse (20) angesaugt und über einen Abluftkamin (19) ins Freie geblasen.

Die in den Rohrbündeln (23) vorgewärmte Frischluft wird in die unter der transparenten Abdeckung (3) aufgehängte Rohrleitung (24) weitergeleitet, die sie nach längerer Rohrstrecke durch mehrfache Umlenkung am gegenüberliegenden Ende des Aufsatzes (2) stark erwärmt und mit geringer relativer Luftfeuchtigkeit verläßt.

Zur Steigerung der Verdunstung wird auch das im Schmelzwasserbecken gesammelte Wasser erwärmt. Dazu sind an einem Gestellrahmen (40) Sonnenkollektoren (43) montiert. Zwischen dem Gestellrahmen und dem Technikschacht (15) ist ein isoliertes Schutzrohr (41) verlegt.
Die in den Kollektoren erhitzte Flüssigkeit wird in der Vorlaufleitung (26) durch den Technikschacht in das Becken geleitet. Im Wärmetauscher (27) wird die absorbierte Wärme an die salzhaltige Wasserflillung des Beckens abgegeben. Vom Wärmetauscher fuhrt die Rücklaufleitung (29) zur Umwälzpumpe (28), welche die Flüssigkeit zu den Kolletoren zurückpumpt.

Die zum Betrieb der Anlage erforderliche Energie wird bevorzugt in photovoltaischen Solarzellen (42) erzeugt. Diese sind über die Kabel (30) mit dem Steuergerät (31) verbunden. Von dort werden die Pumpen und Gebläse im Technikschacht mit Strom versorgt. Die überschüssige Strommenge wird in Pufferbatterien (32) gespeichert.

Ergänzend können in den Technikschacht auch Anlagen der Wasserstofftechnologie eingebaut werden.

Über eine Saugleitung (33) wird Wasser aus dem Schmelzwasserbecken angesaugt, im Filterbehälter (34) von Schwebstoffen gereinigt und mit Hilfe der Pumpe (35) unter Druck in den Elektrolyseur (36) gepreßt. Dort zerlegt der in den Solarzellen erzeugte Gleichstrom das Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Über eine Rohrleitung fließt das Sauerstoffgas in den Speicher (37), während der Wasserstoff über eine zweite Rohrleitung in den größeren Speicher (38) gefördert wird.

Die gewonnenen Gase können in Brennstoffzellen zur Energieversorgung des Technikschachtes oder der Straßenausstattung herangezogen werden.

Zeichnung 4 zeigt den bevorzugt an den Langseiten des Schmelzwasserbeckens in Ost-Westrichtung aufzustellenden Gestellrahmen (40). Die Konstruktion ist zum Schutz gegen Diebstahl der Komponenten allseitig geschlossen und mit einer Wärmeisolierung versehen.
Die der Sonne zugewandte Fläche wird teilweise von Wärmekollektoren (43) bedeckt, während die restliche Fläche von Solarzellen (42) zur Stromerzeugung genutzt wird.

Claims (9)

1. Becken zur Speicherung und Verdunstung von tausalzhaltigem Straßenwasser, bestehend aus einem Schmelzwasserbecken (1) mit Aufsatz (2), transparenter Abdeckung (3) und dem Wärmetauscher (27), einem Technikschacht (15) mit einem Röhrenwärmetauscher (18), Gebläsen für Abluft (20), Frischluft (22) und der Umwälzpumpe (28) der Kollektoren, einem Gestellrahmen (40) mit eingebauten Sonnenkollektoren (43) und Solarzellen (42) und dem Schutzrohr (41) zwischen Gestellrahmen und Technikschacht für die Leitungen des Vorlaufs (26) und des Rücklaufs (29), sowie für das Kabel der Stromversorgung (30).

2. Becken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzwasserbecken (1) und der Technikschacht (15) auf eine Bodenplatte (4) montiert sind und im Grundwasser stehen. Die Bodenplatte besitzt allseitig überstehende Kragplatten (5), die belastet mit dem wiederaufgefüllten Boden dem Auftrieb entgegen wirken.

3. Becken nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Erdanker (6) aus Stahl, bevorzugt Verpreßanker, im Untergrund hergestellt werden und kraftschlüssig mit den Kragplatten (5) oder den daraufmontierten Bauteilen verbunden werden.

4. Becken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzlicher Speicher für tausalzhaltiges Wasser im als gedichtetes Erdbecken ausgeführten Abscheidebecken (11) für das alltägliche Straßenwasser ein flexibler Speichertank (12) verlegt ist. Dieser ist durch das Verbindungsrohr (9) mit dem Schmelzwasserbecken (1) verbunden. Eine Rückschlagklappe (10) verschließt die Öffnung durch den Druck des im Schmelzwasserbecken ansteigenden Wasserstandes. Ist das Niveau der Überlaufleitung (8) erreicht, läuft das Wasser über diese Leitung in das Verbindungsrohr und füllt dabei den flexiblen Speichertank (12). Bei fallendem Wasserstand im Schmelzwasserbecken (1) wird das Wasser im Speichertank (12) durch die Wasserauflast im Abscheidebecken (11) aus dem flexiblen Speicher herausgedrückt und fließt in das Schmelzwasserbecken (1) zurück.

5. Becken nach Anspruch 1 und 4 dadurch gekennzeichnet, daß im Technikschacht das Gebläse (20) über das Ansaugrohr (17) warme, wassergesättigte Abluft aus dem Aufsatz (2) in den Röhrenwärmetauscher (18) saugt, die dort ihre Wärme an die in den kleinen Innenrohren (23) strömende kalte Frischluft abgibt. Kondensierte Feuchtigkeit fließt zum Tiefpunkt und über eine Leitung (25) zur Versickerung. Die abgekühlte Abluft wird durch den Abluftkamin (19) ins Freie geblasen. Die Frischluft wird über das Ansaugrohr (21) vom Gebläse (22) angesaugt, im Wärmetauscher (18) durch die Röhren (23) gedrückt und dabei durch Austausch der Wärme erwärmt und getrocknet. Anschließend strömt sie durch die Rohrleitung (24), welche im Aufsatz (2) unter der transparenten Abdeckung (3) mit mehrfacher Umlenkung verlegt ist, um die Leitung (24) am gegenüberliegenden Ende des Schmelzwasserbeckens (1) stark erwärmt zu verlassen.

6. Becken nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine in den Sonnenkollektoren (43) erwärmte Flüssigkeit, bervorzugt Wasser mit Frostschutzmittel, durch die Vorlaufleitung (26) über den Technikschacht in das Schmelzwasserbecken fließt, wo sie im Wärmetauscher (27) ihre Wärme an das dort gespeicherte tausalzhaltige Wasser abgibt. Abgekühlt wird sie von der Umwälzpumpe (28) angesaugt und über die Rücklaufleitung (29) in den Sonnenkollektor (43) zurückgepumpt.

7. Becken nach Anspruch 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Betrieb der Anlage erforderliche Strom in Solarzellen (42) erzeugt wird, über die Kabel (30) in den Technikschacht (15) fließt, wo er im Steuergerät (31) an die Gebläse (20) und (22), sowie die Umwälzpumpe (28) verteilt wird. Die überschüssige Strommenge wird in Pufferbatterien (32) gespeichert.

8. Becken nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es statt mit in Solarzellen erzeugtem Strom mit Fremdstrom von Energieversorgungsunternehmen versorgt wird.

9. Becken nach Anspruch 1 und 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Technikschacht (15) ein Druckelektolyseur (36) installiert ist, der einen Teil des gespeicherten Wassers in Wasserstoff und Sauerstoff aufspaltet. Die gewonnen Gase werden über zwei Rohrleitungen zu Speicherbehältern für Sauerstoff (37) und Wasserstoff (38) geführt. Sie können anschließend energetisch genutzt werden.
Über die Saugleitung (33) fließt Wasser nach Reinigung im Filterbehälter (34) zur Druckerhöhungspumpe (35). Von dort wird das Wasser verdichtet in den Druckelektolyseur (36) weiter gepumpt.