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Vorrichtung zur Umwälzung von Schlamm in einer Kläranlage Der in jedem
Faulraum einer Kläranlage auftretende Schwimmschlamm bedeutet insofern einen Mißstand,
als er sich in einer immer dicker werdenden Schicht ansammelt, die unter Umständen
so fest wird, daß die aufsteigenden Gasblasen nicht mehr entweichen können. Schließlich
füllt der Schwimmschlamm den ganzen dafür vorgesehenen Speicherraum aus, so daß
die weiterhin hochsteigenden Schwimmschlammanteile durch die Schlammschlitze in
den Absetzraum übertreten und die Wirkung der Kläranlage beeinträchtigen. In einem
Faulraum unterscheidet man die oben befindliche Schwimmschlammzone von der mittleren
Faulwasserzone und der entenliegenden Sinkschlammzone.
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Man war daher stets bemüht, der übermäßigen Schwimmschlammanhäufung
entgegenzuwirken. Hierfür bekannte Mittel sind vor allem: Umrühren der Schwimmschicht
von Hand oder mittels motorisch angetriebener Rührwerke oder Umwälzen des Schwirnmschlamtnes
mittels einer l\Totorpumpe, welche den Schwimmschlamm absaugt und in den Sinkschlammraum
hineindrückt oder den Sinkschlamm auf den Sch-,vimmschlamm aufpumpt. Diese bekannten
Maßnahmen führen nur teilweise zum Erfolge, weil der notwendige Zwanglauf der Umwälzung
nicht vollkommen erreicht wird. Das Umrühren von Hand ist mühselig und kostspielig
und vermag nur einen kleinen Teil des Schlammes durch Freimachen der Gasblasen zum
Absinken zu bringen, während die Hauptmenge des Schlammes schwimmend verbleibt.
Auch motorisch angetriebene Rührwerke können aus dem gleichen Grunde den Mißstand
nicht vollkommen beseitigen. Das Umwälzen des Schlammes durch eine motorisch angetriebene
Pumpe ist ebenfalls nur beschränkt wirksam, weil erfahrungsgemäß nur der in unmittelbarer
Umgebung der Saugöffnung der Pumpenleiteng befindliche Schwimmschlamm erfaßt wird.
Abgesehen von den hohen Anlage- und Betriebskosten
bereitet der
Pumpvorgang selbst Betriebsschwierigkeiten, weil unhomogenes, zähes und faseriges
Fördergut gepumpt werden muß.
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Die vorliegende Erfindung betrifft die zwangsläufige Umwälzung des
gesamten Schwimmschlammes ohne äußere Arbeitszufuhr, und zwar wird zur Durchführung
der Schlammbewegung erfindungsgemäß die Volumenergie verwendet, die in jedem Faulraum
von selbst entsteht beim Zerfall organischer Verbindungen durch die Tätigkeit von
Mikroorganismen unter Entwicklung von Faulgas. Das zu etwa 75% aus Methan und etwa
25% aus Kohlensäure bestehende Gas steigt im Schlamm nach oben und wird in dem oberen
Teil des durch eine Gasfanghaube geschlossenen Faulraumes gesammelt. Der bei unaufhaltsam
fortschreitender Gasentwicklung entstehende Überdruck wird erfindungsgemäß für die
Umwälzung des Schlammes verwendet. Im Gegensatz zu der bekannten Vervvertung des
Gases durch Verbrennung in einer Kraftmaschine und Antrieb einer Umwälzpumpe durch
diese Kraftmaschine wird also bei vorliegender Erfindung nur die Volumenergie der
Gasentwicklung benutzt, die sich als Verdrängung einer Flüssigkeits- bzw. Schlammenge
auswirkt.
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Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, claß man durch periodisches
Schließen und Öffnen des Gasauslaßhahnes ein wechselweises Absinken und Aufsteigen
des Flüssigkeitsspiegels im Gasfangraum bewirkt und dabei gleichzeitig den sich
ansammelnden Schwimmschlamm von dem anwachsenden Gasvolumen durch einen Trichter,
dessen Fallrohr in den unteren Teil des Faulraums hinabreicht, nach unten verdrängen
läßt.
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Die Zeichnungen zeigen zwei beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung.
Fig. i ist der senkrechte Schnitt durch einen zweistöckigen Klärbrunnen; Fig. 2
ist der Grundriß dieses Klärbrunnens, wobei der Deckel der Faulraumglocke, die Gasabzugsleitung
und der Schwimmer fortgelassen sind.
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Zur Veranschaulichung von Bau- und Wirkungsweise der dargestellten
Anlage sei folgendes erklärt. Das Abwasser fließt aus der Kanalisation durch das
Rohr a in den Absetzraum b, der die Faulraumglocke c kreisringförmig umgibt. Beim
Durchfließen des Absetzraumes sinken die Schlammteile nach unten und rutschen durch
den Schlammschlitz d in den Faulraum e, während das geklärte Wasser durch das Rohr
f abfließt. In dem Faulraum e bilden sich von selbst eine untere Zone mit dem Sinkschlamm,
eine mittlere Zone mit Faulwasser und eine obere Zone mit Schwimmschlamm. Damit
der aufsteigende Schwimmschlamm und das Faulgas nicht in den Absetzraum b gelangen
können, wird die Unterkante der Faulraumglocke c überschneidend angeordnet.
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Am Deckel der Faulraumglocke c befindet sich die mit dem Absperrorgan
h versehene Gasabzugsleitung g, die zu einem (nicht dargestellten) Gassammelbehälter
führt. Im oberen Teil der Faulraumglocke c ist innerhalb der Schwimmschlammzone,
d. h. unterhalb des Gasfangraumes, ein Trichter i eingebaut. Derselbe ist mit seiner
Oberkante in einer solchen Höhe angeordnet, daß der in den taschenförmigen Räumen
e1 neben dem Trichter aufsteigende Schwimmschlamm in den Trichter hineinfließen
kann. An den Trichter schließt sich eine Rohrleitung k an, die bis zu einer beliebigen
anderen Stelle des Faulraumes herabgeführt und zweckmäßig mit einer Rückschlagklappe
k' o. dgl. versehen ist.
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Wenn das Gasabsperrorgan 1a geschlossen ist, sammelt sich das Faulgas
in dem oberen Teil der Faulraumglocke c (Gasfangraum) und drückt den im Trichter
i angesammelten Schwimmschlamm durch das Rohr k in die Faulwasserzone. Das Rohr
k kann auch bis in die Sinkschlammzone verlängert sein. Der vom anwachsenden Gasvolumen
verdrängte Schwimmschlamm verdrängt seinerseits die gleiche Menge von schlammfreiem
Faulwasser durch den Schlammschlitz d in den Absetzraum b
und somit
in den Ablauf f. Auf diese Weise wird der Schwimmschlamm in eine Faulraumzone gebracht,
wo er durch den schon gut faulenden Sinkschlamm oder durch das Faulwasser gründlich
geimpft und gleichzeitig entgast wird. ' Wenn nun, nachdem ein bestimmtes Gasvolumen
gebildet und der Flüssigkeitsspiegel unter der Gasfanghaube entsprechend tief herabgedrückt
wurde, die Gasabzugsleitung geöffnet wird, dann kann das Gas, zweckmäßig in einen
Gasbehälter, entweichen und der Wasserspiegel im Faulraum wieder ansteigen. Eine
«eitere Menge Schwimmschlamm sxeigt dann über den Rand des Trichters, füllt diesen
erneut und wird nach Schließung des Gasauslaßhahnes vom nächsten Arbeitsgang erfaßt,
d. h. durch neugebildetes Gas verdrängt und umgewälzt.
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Durch den Ausgleich des Wasserspiegels beim Ablassen des gesammelten
Gases strömt eine entsprechende Menge frischen Abwassers in den Faulraum hinein
und bewirkt so eine mäßige, aber regelmäßige Erneuerung des Faulwassers mit dem
Ziel der Beseitigung der Abbauprodukte.
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Das periodische Offnen und Schließen der Gasabzugsleitung kann auch
automatisch in Abhängigkeit vom Wasserspiegel bewirkt werden, beispielsweise durch
den innerhalb der Faulraumglocke c angeordneten Schwimmer 1, dessen gasdicht nach
außen geführtes Gestänge an den zweckmäßig mit einem Sprungwerk ausgerüsteten Gasauslaßliahn
h. angelenkt ist.
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Der ausgefaulte Sinkschlamm kann, wie üblich, von Zeit zu Zeit durch
die Rohrleitung m abgelassen werden.
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In einer neuen Kläranlage beginnt die Bildung des Schwimmschlammes
im allgemeinen erst dann, wenn die Faulung und somit die Gasentwicklung bereits
angefangen haben, so daß schon die erste Schwimmschlammschicht durch das anwachsende
Gasvolumen nach unten verdrängt und umgewälzt werden kann. Sollte jedoch die Schwimmschlammbildung
einsetzen, bevor eine ausreichende Gasentwicklung stattfindet, so kann man für die
erste Betriebszeit die Umwälzung hilfsweise dadurch bewirken, daß man an die Gasabzugsleitung
ein
kleines motorisch angetrit-1:Anes Gebläse amschliel@t und durch
Druckluft oder zurückgedrücktes Gas die Absenkung des Wasserspiegels im Faulraum
bewirkt. Das Gebläse w kann wieder abgeschaltet werden, sobald die Gasentwicklung
zur Umwälzung ausreicht.
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Die durch die Vorrichtung nach der Erfindung umzuwälzende Schlammenge
ist beträchtlich, wie durch Berechnung leicht festzustellen ist, weil die übliche
Größe des Faulraumes und der Gasanfall lineare Funktionen der angeschlossenen Einwohnerzahl
sind. Beispielsweise hat für ro ooo Einwohner der Faulraum gewöhnlich einen Inhalt
von 500 m3, während der Gasanfall 150 m3 pro Tag beträgt. Unter Berücksichtigung
der Volumenverkleinerung von höchstens 20% infolge Kompression des Gases ist mit
Sicherheit eine Schwimmschla_ mmumwälzung von 150 X 0,8 = 120 m3 pro Tag
zu erzielen.
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Ein wesentlicher neuartiger klärtechnischer Effekt der Erfindung besteht
darin, daß durch die ohne Hand- oder Maschinenarbeit erfolgende zwangsläufige Umwälzung
des Schwimmschlammes im ganzen Faulraum auch der übrige Schlamm fortgesetzt durchmischt
und ausge«-aschen wird. Die Mikroorganismen der Fäulnis finden also stets neue Nahrungsquellen
und günstige Lebensbedingungen, während die für den Fäulnisfortgang schädlichen
gelösten Abbauprodukte mit dem Faulwasser abgeleitet werden. Hieraus folgt eine
zeitliche Abkürzung des Faulungsvorganges, so daß mit einer geringeren Größe des
Faulraumes auszukommen ist und Baukosten gespart werden. Ferner wird ein völlig
ausgefaulter, homogener und geruchloser Schlamm gewonnen, da durch die zwangsläufige
Umwälzung ein jedes Schlammteilchen von der Faulung erfaßt wird. Die Kosten für
Herstellung und Einbau der Vorrichtung nach der I?rfinduiig sind gering, da nur
ein Schwimmschlammtrichter und einige Rohrteile und Absperrorgane benötigt werden.
Die Vorrichtung ist einfach und ':einer wesentlichen Abnutzung oder Korrosion ausgesetzt.
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Das für die Umwälzung verwendete Gas erfährt durch den Arbeitsvorgang
keine Einbuße an seinem Heizwert oder seiner Menge, so daß es noch für anderweitige
Zwecke ohne weiteres verwendet werden kann.
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Die Erfindung ist sowohl für Faulräume in zweistöckigen Kläranlagen,
wie beim vorstellenden ersten Ausführungsbeispiel, als auch für selbständige Faulräume
anwendbar.
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Als weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt Fig.3 einen senkrechten
Schnitt durch einen aus zwei Kammern I und 1I bestehenden selbständigen Faulraum.
Fig. 4 bis 6 zeigen verschiedene Stellungen des Dreiwegehahnkükens des Gashahnes
da. Die an die beiden Schwimmschlainintrichter il und i2 anschließenden Verdrängungsrohre
k1 und k., sind aus den Kammern I und 1I herausgeführt an ein mit diversen Absperrorganen
ausgerüstetes Verteilungsrohr y. Von diesem führen Rohrleitungen p1 und p2 wieder
in die Kammern I und 1I zurück. DieseEinrichtung ermöglicht es. den Schwimmschlamm
der ersten Kammer in die Sinksclilanimizone der zweiten Kammer zu drücken oder uimgel:elirt,
so daß eine innige 'Mischung des Schwicninschlammes mit dem gut faulenden Schlamm
einer anderen Kammer bewirkt wird.
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Der Firschschlamm wird durch das Rohr n in die Kammer I gepumpt, während
der endgültig ausgefaulte Schlamm gewöhnlich aus der Kammer Il durch das Rohr o
abgelassen wird. Die Fäulnis und somit auch die Gasentwicklung und Schwimmschlamml>ildung
beginnen zunächst in der Kammer I, in deren oberem Teil sich das Gas sammelt und
auf die Schwimmschlammschicht drückt. Wenn dieselbe ':einen anderen Ausweg hat,
als durch die Rohre k1 und p, in den Sinkschlammraum der Kammer 1I zu entweichen,
hebt sich deren Wasserspiegel entsprechend. Die Absperrschieber q und
r
sind bei diesem Vorgang geöffnet, während alle anderen Schieber geschlossen
sind. Gleichzeitig ist das Gasabsperrorgan li gemäß Fig. 3 so eingestellt, daß das
Gas wohl aus der Kammer II, nicht aber aus der Kammer I entweichen kann. Wird nun
das Absperrorgan 1i gemäß Fig. 5 derart umgestellt, daß die Gasabzugsleitungen ä
der beiden Kammern I und 1I miteinander verbunden werden, dann können sich die Wasserspiegel
wieder auf gleicher Höhe einstellen. In diesem Augenblick der Umschaltung ist also
in der Kammer 1I ein Wasserüberdruck vorhanden, der dazu benutzt werden kann, bei
entsprechender Einstellung der Schieber q, r, s, t Sinkschlaniin oder Schwimmschlamm
nach Kammer I zu befördern. Durch den Anschluß zweier weiterer Rohre x, und x.,
an die Faulwasserzonen beider Kammern kann man Schlamm oder Faulwasser aus jeder
Zone der einen Kammer in jede Zone der anderen Kammer drücken oder beim Wasserspiegelausgleich
zurückfließen lassen. In ebenso einfacher \\'eise kaum inan aus dein Rohr o Proben
aus jeder Zone der beiden Kammern ausfließen lassen oder Teile des Inhaltes zur
Beseitigung ablassen.
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je nach den biologischen Eigenschaften und dein klärtechnischen Verhalten
des Materials ist es durch zweckmäßige Betätigung des Gashahnes h und der Flüssigkeitsschieber
q, r, s, t ohne weiteres möglich, die günstigste Anordnung und Reihenfolge
der Arbeitsakte und Stofftransporte herbeizuführen.
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Die Überlaufrohre v dienen zur Sicherung gegen übersteigerten Gasdruck
bei unachtsamer Bedie- i mang. Zur Einleitung der Umwälzung bis zur ausreichenden
Gasentwicklung kann, ebenso wie beim ersten Ausführungsbeispiel, an die Gasabzugsleitung
; ein motorisch aiigetriehenes Gebläse w angeschlossen werden, das später nicht
mehr benötigt wird.