Absetzanlage zur Abtrennung von Feststoffen aus einem Fliissigkeitsstrom und Verfahren zu deren Betrieb
Die Erfindung betrifft eine Absetzanlage zur Abtrennung von Feststoffen einer einen Grenzwert überschreitenden Wichte aus einem mittels Stauschilden in seiner Geschwindigkeit regulierbaren Flüssigkeitsstrom und ein Verfahren zu deren Betrieb.
Zur Abscheidung mineralischer Feststoffe aus Wasser oder Abwasser werden Sandfänge verwendet, die meist als offene Rinnen ausgebildet sind, bei denen es angestrebt wird, ihnen einen solchen Querschnitt zu geben, dass bei jeder Wassermenge im Zufluss eine annähernd konstante Fliessgeschwindigkeit erreicht wird. Sie soll bei städtischem Abwasser nach Imhoff etwa 0,3 m/sec. betragen, um z. B. Sandkörnungen von 0,1-1 mm abzuscheiden und Schlamm weiterfliessen zu lassen.
Die seither bekannten Abscheidegerinne haben alle den Nachteil, dass sie in ihrem Gerinnequerschnitt nur kleinen Schwankungen in der Wassermenge, z. B. zwischen 10 und 12 Uhr und der Nachtwassermenge zwischen 24 und 2 Uhr bei städtischen Kläranlagen, anpassbar sind, nicht aber den Schwankungen zwischen dem Trockenwetterabfluss und dem 5-fachen Trockenwetterabfluss bei Starkregen. Auch beim Anfall industrieller Schlämme entstehen Wasserstösse von erheblichem Ausmass, die durch die Form des Abscheidegerinnes allein nicht aufgefangen werden können.
Man hat versucht, die Mängel der Gerinne durch Anwendung fest einstellbarer Ablaufschilde oder durch bewegliche Ablauf- oder Drosselorgane am Ende des Gerinnes zu beheben. Man verwendete Pegelmessgeräte oder Venturigerinne und bewegte das Stauschild über ein gesteuertes Getriebe. Jedoch wurde auch damit keine befriedigende Lösung gefunden. Es wurde immer wieder ein grosser Teil des Sandes in die Kläranlage weitergeschwemmt. Es traten dann Schwierigkeiten bei der Schlamm- und Sandentfernung aus den Schlammtaschen der Absetzbecken oder aus den Faulbehältern auf. Nicht minder unangenehm waren die Störungen an den Pumpen, Absperrventilen, Rohrleitungen, Schlammvorwärmeeinrichtungen u. dgl.
Man hat vielfach drei Gerinne angeordnet, eines für Trockenwetterabiluss, ein zweites für das Mehrwasser bei maximaler Wasserführung und das dritte als Reservebecken und auch für Katastrophenregen.
Diese Anlagen werden teuer und verlangen viel Bedienung. Man hat auch vorgeschlagen, nur die sandführenden Schichten seitlich abzuführen und zu behandeln, um so die Wassermenge zu verringern.
Nach der vorliegenden Erfindung werden die Nachteile aller bekannten Absetzanlagen dadurch beseitigt, dass in einem Gerinne von z. B. mindestens 10 m Länge ein der Strömungskraft und einer entgegengesetzten Kraft unterworfener Steuerkörper angeordnet ist, der seine vom Sollwert der Fliessgeschwindigkeit abweichenden Bewegungsvorgänge mittels elektrischer Mittel in eine sich ändernde elektrische Grösse umwandelt, die ihrerseits als Steuergrösse für einen Regler dient, der den elektromotorischen Antrieb der Stauschilde öffnend bzw. schliessend regelt.
Dabei wird der Regler erfindungsgemäss so eingestellt, dass er die Fliessgeschwindigkeit im Abscheidegerinne auf einen Wert einreguliert, der die abscheidenden Feststoffe - während des Fliessvorganges absinken und zur Sammeltasche gelangen lässt.
Die Erfindung ist im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein Abscheidegerinne,
Fig. 2 eine Variante der Gewichtsbelastung,
Fig. 3 eine Seitenansicht,
Fig. 4 eine Draufsicht, und
Fig. 5 einen Querschnitt eines Steuerkörpers,
Fig. 6 das elektrische Schaltschema der Steuerung,
Fig. 7 und 8 zwei Ausführungsbeispiele der Abflussreglerorgane,
Fig. 9 bis; 13 eine ganze Sandfanganlage mit einem Stau- bzw. Rückhaltebecken, und zwar
Fig. 9 einen Längs schnitt,
Fig. 10 eine Draufsicht,
Fig. 11 einen Schnitt nach der Linie A-A in Fig. 10,
Fig. 12 einen Schnitt nach der Linie B-B in Fig.
10, und
Fig. 13 einen Schnitt nach der Linie CC in Fig. 10,
Fig. 14 ein zweites Beispiel einer Sandfanganlage mit Stau- und Rückhaltebecken, und
Fig. 15 und 16 im Längsschnitt zwei weitere Beispiele von Absetzbecken.
Die Fig. 1 zeigt als Anordnungsprinzip einen Längsschnitt durch ein Abscheidegerinne. In Fig. 1 ist 1 der Boden des Gerinnes 2 und 3 ein tiefer als der Boden des Gerinnes 2 liegender Sandsammel- raum; 4 ist das Stauschild, 5 die Antriebssäule mit dem Getriebe 6 und 7 der am Getriebe angeflanschte Antriebsmotor. Auf der Wasseroberfläche des Gerinnes 2 schwimmt ein Steuerkörper 8, der an einem Seil 9 befestigt ist, welches unter Zwischenschaltung eines Eisenkernstabes 10, einer Selbstinduktionsspule 11 und einer Feder 12 über Umlenkrollen 13/14 an einem Hebelarm 15 des mit Gewichten 16/17 belasteten Hebelsystems 18 angehängt ist. Die am Steuerkörper 8 angreifende Strömungskraft und die durch das Hebelsystem 18 ausgeübte Gegenkraft sind auf die Sollfliessgeschwindigkeit im Gerinne 2 abgeglichen.
Das Seil 9 trägt Anschlagscheiben 19, 20. Mit 21 ist die komplette Steuereinrichtung bezeichnet, die aus einer Wechselstrommessbrücke, dem Grenzwertregler und den Schaltschützen besteht. Die Messleitung zur Messbrücke trägt die Ziffer 22, die Stromleitung von den Schaltschützen zum Motor 7 die Ziffer 23. Am Steuerkörper 8 kann, wie strichpunktiert gezeichnet, noch ein zweites durch das Gegengewicht 24 belastetes Seil 25 angeschlossen werden, das über die Rolle 26 geführt ist, und mit diesem Seil 25 wird der Kernstab 27 der Selbstinduk tionsspule 28 verbunden, die analog der Spule 11 Steuervorgänge in Abhängigkeit von der Wasserspiegelhöhe im Gerinne 2 auslöst und den Motor 7 beeinflusst und eine Steuerung im Sinne einer Mengenregelung veranlasst.
In Fig. 2 ist das Seil 9 mit den Anschlagscheiben 19, 20, das über die Rollen 13 und 14 geführt ist, mit dem veränderbaren Gewicht 29 gespannt. Am Steuerkörper 8 hängt ein zweites über Rollen 31, 32 geführtes Seil 30, das mittels des veränderbaren Gewichts 36 gespannt wird. Ein feines Gewichtsausgleichen der Belastungen schafft eine beliebige Empfindlichkeit der Regelung.
Die in den Fig. 3-5 in Ansicht, Draufsicht und im Querschnitt gezeigte Schwimmerkonstruktion besteht aus dem eigentlichen Steuerkörper 8 und vier über der Wasserspiegellinle angeordnete Führungsrollen 34, die an verschiebbaren Armen 35 mit Längsschlitzen 36 angeordnet sind. Die Feststellung der Arme erfolgt mittels Schrauben 37. Um dem Schwimmkörper 8 einen gewünschten Tiefgang zu geben, kann in den Hohlraum über den Stopfen 38 eine angemessene Menge einer Beschwerungsmasse eingefüllt werden.
In der Fig. 6 ist schematisch die Selbstinduktionsspule mit dem Eisenkern gezeigt und die Messbrücke mit dem angeschlossenen Grenzwert bzw.
Stufenregler.
Die Selbstinduktionsspule besteht aus einem Isolierkörper 39, dem beweglichen Eisenkern 10, an dem der Steuerkörper 8 hängt, der Primärwicklung 40 und der Sekundärwicklung 41. Beide Wicklungen sind in der im Schaltschema gezeigten Weise an den Stromversorgungstransformator 42 und an die Brücke angeschlossen, die an sich bekannterweise aus Widerständen 43, 44, 45 und einer Pegeldrossel 46 besteht.
In der einen Brückendiagonale liegt ein Gleichrichter 47, und an ihn ist der Stufen- bzw. Grenzwertregler 48 angeschlossen. Der Regler ist eine an sich be kannte Konstruktion, die nach dem Fallbügelprinzip arbeitet, hat ein Messwerk, einen Messwerkzeiger, einen Sollwertzeiger, einen Tasthebel mit Schaltwerk und eine Quecksüberschnitröhre. Bei dem Regler nach dem Fallbügelpnnzip werden Istwert und Sollwert der Regelgrösse an der Brücke abgenommen und periodisch miteinander verglichen. Bei Abweichungen des Messwertes vom Sollwert wird die Quecksilberschaltröhre betätigt, und diese löst Steuervorgänge an den Schaltschützen des Antriebsmotors 7 aus.
Der Antrieb des Schaltwerks dieses Reglers erfolgt durch einen selbstlaufenden Synchronmotor, und dieser bewegt über eine Kurvenscheibe einen Tasthebel, der die Zeigerstellung periodisch abtastet. Verwendbar sind auch andere bekannte Regler, die die Messwerte der Brücke in Regelimpulse für die Schaltschützen umwandeln. Die Schaltschützensteuerung als solche ist in an sich bekannter Weise derart beschaffen, dass sie bei einer Anzeige des Grenzwertreglers 48 unterhalb des Sollwertes den Motor in eine Drehrichtung und bei Überschreitung des Sollwertes in eine andere Drehrichtung schaltet. Um die Dauer eines Kommandos für den Motor 7 zu regeln, ist es vorteilhaft, in die Steuerleitung 49 zu den Schaltschützen eine Schaltuhr 50 einzufügen.
Das Abflussregelorgan Stauschild für das Gerinne kann als Regulierschütz oder Regulierklappe, bei denen das Wasser unter der Unterkante durchströmt, als auch als Absenkschütz, bei dem das Wasser über die Oberkante strömt, ausgebildet werden.
Schützen und Klappen können mit verstellbaren Ab flussblenden sowohl am Schieber- bzw. Schützrahmen wie auf der Schützplatte für Ausfluss unter der Schützenunterkante versehen werden. Ausführungs beispiele dieser Abflussregelorgane zeigen die Fig.
7 und 8. Nach Fig. 7 sind am Rahmen des Abflussregelorgans 4 zwei einstellbare Schrägbleche 51 angebracht, so dass ein V-förmiger Durchflussquerschnitt entsteht, vor dem sich der Absenkschieber 52 bewegt. Die Abflussmenge ist so ziemlich fein regulierbar. Anstelle der zwei Schrägbleche kann auch eine über die ganze Gerinnbreite reichende Platte mit Dreieckausschnitt verwendet werden.
Nach Fig. 8 besitzt der Absenkschieber 53 die V-förmige Ausnehmung 54, die mittels zweier verstellbarer Blenden 55 verkleinert werden kann. Auch hier kann eine über die ganze Breite reichende Platte mit entsprechendem Ausschnitt verwendet werden. Das Regelorgan 4 für die Fliessgeschwindigkeit kann auf der Ablaufseite wie auf der Zulaufseite der Sandabscheiderinne 2 eingebaut werden. Zur Verringerung der Hübe der Kernstäbe in den induktiven Widerständen können Untersetzungen, beispielsweise Flaschenzugwellen oder dergleichen eingeschaltet werden.
Der Sandfang bzw. das Gerinne zur Abtrennung von Feststoffen wird in folgender Weise betrieben: Sobald das Gerinne 2 durchflossen und das Regelorgan 4 geöffnet wird, stellt sich, je nach den gegebenen Umständen, eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit ein. Sie wird mittels des Regelorganes 4 möglichst auf die Sollgeschwindigkeit eingestellt.
Der Steuerkörper 8 würde mit der Fliessgeschwindigkeit abgetrieben werden, wenn er nicht über das Seil 9 und das Hebelsystem 18 nach Fig. 1 bzw. den Gewichtsausgleich nach Fig. 2 festgehalten würde. Die der Strömungskraft entgegengesetzten Kräfte am Hebelsystem 18 werden so eingestellt, dass der Schwimmer bei der Sollgeschwindigkeit praktisch stillsteht und der Eisenkern 10 in der Selbstinduktionsspule einen angemessenen Brückenstrom fliesen lässt, der durch das Messwerk des Grenzwertreglers angezeigt wird. Auf diesen Sollwert wird der Sollwertanzeiger des Grenzwertreglers eingestellt. Wenn die Fliessgeschwindigkeit im Gerinne zu gross wird, z. B. bei Sand den Wert von 0,3 m/sec. überschreitet, dann bewegt sich der Steuerkörper 8 in Fliessrichtung und der Kern 10 in der Induktionsspule 11 nach abwärts.
Bei zu geringer Fliessgeschwindigkeit von etwa 0,25 m/sec. wird der Steuerkörper 8 durch das Hebelsystem 18 in entgegengesetzter Richtung gezogen und damit der Kern 10 nach oben verstellt. Es ändert sich damit der Strom in der Diagonale der Messbrücke und damit der Strom in der Diagonale der Messbrücke und damit die Anzeige des Messwertes des Grenzwertreglers vom eingestellten Sollwert. Bei dem periodischen Vergleich vom Istwert und Sollwert steuert nun der Grenzwertregler mittels der Quecksilberschaltröhre die Schaltschütze, und diese schalten den Motor 7 ein und aus. Wenn die Fliessgeschwindigkeit im Gerinne zu gross ist, dann wird das Ablaufregelorgan 4 so weit gedrosselt, dass die Sollfliessgeschwindigkeit im Gerinne wieder erreicht wird. Bei zu kleiner Fliessgeschwindigkeit im Abscheidegerinne erfolgt die Steuerung in umgekehrter Weise.
Unter Umständen wird infolge der Länge der Kommandos, die dem Motor 7 vom Grenzwertregler direkt gegeben werden, die Fliessgeschwindigkeit um den Sollwert erheblich pendeln. Zweckmässig ist es daher, durch zusätzliche Zeitregler 50 die Dauer eines Kommandos, das die Betätigung des Ablaufregelorganes 4 veranlasst, so festzulegen, dass die Schwankungen der Regelgrösse in tragbaren Grenzen gehalten werden. Der Zeitregler 50 steuert ohne Inanspruchnahme der Endschalter am Regulierschild die Laufzeiten der Schildbewegungen. Je nach den örtlichen Verhältnissen können kurze oder lange Laufzeiten eingestellt werden. Die Endschalter übernehmen dabei nur die am Ende des Gesamtweges (Hubes) erforderlichen Sicherungen.
Auf dem Boden 1 des Abscheidegerinnes scheiden sich die bei der vorgeschriebenen Sollgeschwindigkeit abzuscheidenden Feststoffe ab. Um sie in den Sandsammelraum 3 zu schieben, wird der Sollwert vorübergehend auf eine grosse Fllestsgeschwindigkeit, z. B. 0,8 - 1 m/sec., eingestellt. Die hohe Fliessgeschwindigkeit schiebt nun den abgeschiedenen Feststoff in die Mulde 3, und von hier kann er mittels geeigneter Fördereinrichtung - Druckluftheber, Greifer 0. dgl. - hochgefördert werden. Nach Beendigung des Transportvorganges nach dem Sandsumpf wird der Grenzwertregler wieder auf die Sollgeschwindigkeit zur Abscheidung zurückgestellt.
Sollte der abgeschiedene Feststoff noch verschmutzt sein, so kann man ihn aus der Fördereinrichtung in eine Sandwaschrinne fördern und hier nochmals auswaschen. Man kann, nachdem die jeweiligen Verhältnisse genau bekannt sind, auch den Grenzwertregler auf eine Fliessgeschwindigkeit einstellen, die den Sand allmählich zum Boden sinken lässt und gleichzeitig zum Sandsumpf mitführt; dies ist in den meisten Fällen bei einer Fliessgeschwindigkeit von etwa 0,4 - 0,5 m/sec. möglich. Hierbei scheidet sich der Sand unerwünschter Korngrössen, welche den Faulraum, die Schlammpumpen und dergleichen gefährden, ab, sinkt bis zum Rinnenende zum Boden, und wird in den Sandsumpf mitgerissen, während die organischen Beimengungen, besonders Feinschlamm, Fäkalien und dergleichen, zu den Kläranlagen weiterfliessen.
Die Fig. 9 - 13 zeigen eine ganze Sandfanganlage mit einem Stau- bzw. Rückhaltebecken. Fig. 9 zeigt einen Längsschnitt durch die Anlage, Fig. 10 eine Draufsicht, Fig. 11 einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 10, Fig. 12 einen Schnitt nach der Linie B-B und Fig. 13 einen Schnitt nach der Linie C-C.
D m e gentl chen S-ldabscheidegerinne 2 mit den in den Fig. 1-5 gezeigten Teilen ; wie Schwimmkör- per 8, Ablaufregler 4, Selbstinduktionsspule 11 usw., ist das Rückhaltebecken 56 vorgeschaltet, dessen Auslass zum Gerinne 2 mittels desl Schiebers 57 regelbar ist. Das Rückhaltebecken ist durch eine Querwand 58 in zwei Teile unterteilt, deren Verbindung mittels einstellbarer Schwenkschieber 59 regelbar ist. Der Zulauf erfolgt durch den mittels des Schiebers 60 absperrbaren Kanal 61. Die Rinne, in der sich das Schlammsandgemisch abscheidet und deren Fortsetzung der Sandfang ist, ist mit 62 bezeichnet.
In Fig. 14 ist schliesslich noch eine Sandfanganlage mit Stau- und Rückhaltebecken 63 und einem Regenwasserüberlauf 64 dargestellt. Die Trockenwettermenge wird bei dieser Anlage durch den Kanal 66 unmittelbar dem Sandfanggerinne 2 zugeleitet.
Ein Mehrfaches der Trockenwettermenge geht über eine tJberlaufschwelle 67 durch den Kanal 68 zum Rückhaltebecken 63. Regenmengen, die auch die zuletztgenannten Mengen überschreiten, je nach Vorschrift und Vorfluter sind es die 1 + 3-fache oder 1 + 6-fache Trockenwettermenge, werden über die Überlaufkante 69 und den Kanal 70 unmittelbar in den Vorfluter abgeleitet. Das Rückhaltebecken 63 entspricht im Prinzip dem Rückhaltebecken 56 nach den Fig. 9-13. Auch hier ist eine Trennwand 58 mit Regulierklappen 59 und ein Abschlusschieber 57 vorgesehen.
Die Fig. 15 und 16 zeigen weitere Ausführungsbeispiele. Nach Fig. 15 ist über dem Gerinne 2 ein Fahrgestell 71 angeordnet und um die Drehachse 89 drehbar ein zweiarmiger Hebel 72 vorgesehen. An dem einen Hebelarm sitzt als Steuerkörper ein Hohl- körper 73, der anstelle einer Linearbewegung eine Pendelbewegung ausführt, und an dem zweiten der Eisenkern 74 und ein Belastungsgewicht 75. Die am Fahrgestell 71 befestigte Selbstinduktionsspule 76 ist hier dem Radius des Hebels entsprechend gekrümmt.
Die Selbstinduktionsspule 76 ist dann entsprechend dem Schema der Fig. 6 in die Brückenschaltung eingebaut. Genau wie beim Anordnungsprtnzip nach Fig. 1 führt eine Messleitung 22 zur Steuereinrichtung 21 und von dieser eine Stromleitung 23 zum Motor 7 mit dem Getriebe 6, der das Stauschild 4 betätigt. Die Verfahrbarkeit des Fahrgestelles 71, das auch bei den eingangs beschriebenen Ausführungsformen angewendet werden kann, dient dazu, die für die Regulierung zweckentsprechenden Stellen im Gerinne 2 auswählen zu können.
Bei sonst vollkommen gleichförmiger Anordnung kann an Stelle der Selbstinduktionsspule 76 und des Eisenkernes 74 ein Drehwiderstand so angeordnet werden, dass die Drehachse 89 in ihrer Verlängerung die Achse des in einer Gleichstrommessbrücke angeordneten Drehwiderstandes bildet. Die Messwerte dieser Gleichstrommessbrücke werden auf einen Regler gegeben, der seinerseits impulsweise Schütze steuert, die ihrerseits den Antriebsmotor 7 der Stauschilde 4 im öffnenden bzw. schliessenden Sinne unter Strom setzen.
Nach Fig. 16 ist die Selbstinduktionsspule 77 horizontal an der Wand 78 eines Gestelles 79 gelagert. Der Steuerkörper 80 besitzt einen Vertikalstab 81, der durch die Öffnung 82 einer Stange hindurchgeht, die mit dem Eisenkern 83 verbunden ist.
An diesem Eisenkern 83 ist das Seil 84 befestigt.
Es ist über eine Rolle 85 geleitet und am freien Ende ist das Gewicht 86 angehängt. Zur Führung der Stange 81 dient der Schlitz 87 in der Abdeckplatte 88. Die Einschaltung der Selbstinduktionsspule in die Widerstandsbrücke erfolgt nach dem Schema der Fig.
6. Auch hier führt die Messleitung zur Steuereinrichtung 21 und von dieser eine Stromleitung 23 zum Motor 7 zur Betätigung des Stauschildes 4.