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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen eines Bodens, insbesondere eines Bodens eines Beckenbauwerkes, von Ablagerungen. Dabei findet die Erfindung vorteilhafterweise in Kläranlagen zur biologischen Behandlung von kommunalen oder auch von industriell geprägten Abwässern ihre Anwendung, da Vorstufen wie Rechenanlage, Sandfanganlage und ggf. Vorklärbeckenanlage nicht durchgängig in der Lage sind, sämtliche potenziell sedimentierbare und zur Rückstandbildung neigenden Abwasserinhaltsstoffe vollständig zurückzuhalten. Weiterhin können ggf. auch die im Wege der biologischen Prozesse gebildeten Kulturen, die als Sedimente ablagern können, prozessstörend wirken; sie sind deshalb zu beseitigen.
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Bei den meisten verfahrenstechnischen Prozessen, beispielsweise in Kläranlagen zur Reinigung von Abwasser, bleiben Rückstände und Verunreinigungen als Sedimente bzw. Ablagerungen zurück und lagern sich dort störend vorwiegend auf dem Boden der verfahrenstechnischen Einbauten, beispielsweise Klärbecken, ab, insbesondere bei kontinuierlichen Prozessführungen. Durch die Sedimentbildung und ggf. durch unkontrollierte Mobilisierung dieser Sedimente werden die verfahrenstechnischen Einbauten in ihrer Wirkweise bzw. im Wirkungsgrad verschlechtert bis hin zum unzureichenden Betriebsablauf oder gar zum Erliegen der Verfahrenstechnik.
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Ggf. wird auch der Reaktionszeitraum durch die abgelagerten Sedimente derart verkleinert, dass die volumenbezogene Kapazität für den Prozesserfolg nicht mehr gegeben ist. Die Folge ist eine unumgängliche Prozessunterbrechung über mehrere Tage oder Wochen, die immer nachteilige Prozessergebnisse verursacht.
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Es ist also anzustreben, sowohl den Reaktionsraum als auch die verfahrenstechnischen Einrichtungen (Becken) regelmäßig von störenden Sedimenten und Verfahrensrückständen zu reinigen, um möglichst optimale Voraussetzungen für die Prozessführung bereitstellen zu können. Dazu gehört auch die möglichst zeitnahe und schnelle Beseitigung von Ablagerungen, um die Verfügbarkeit der Verfahrenstechnik möglichst hoch zu halten.
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Derzeit werden insbesondere die Belebungsbecken in Kläranlagen durch den Einsatz von Spritz- und Pumpvorrichtungen sowie manuellem Personaleinsatz unter Verwendung von Betriebswasser sauber gespritzt. Da keine anwendungsbezogenen, maschinellen Vorrichtungen als praktikable Lösungen für diesen Einsatz bestehen, kommen nur manuell einsetzbare Geräte sowie aus der Kanalreinigung herrührende Spülfahrzeuge hilfsweise zum Einsatz. Dabei werden die Ablagerungen mit scharfen Wasserstrahlen gezielt zu einem Sammelpunkt, z. B. einem Pumpensumpf, schubweise im Pilgerschrittverfahren verfrachtet, um von dort mit einer Pumpe aufgenommen und zum Bestimmungsort gefördert zu werden. Bei unvorteilhafter Platzierung und Ausführung des Pumpensumpfs sowie nur sehr geringer Anzahl von Pumpensümpfen können Schubwege der Sedimente von > 100 m entstehen.
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Der personelle Einsatz ist entsprechend hoch und die Dauer der erforderlichen Außerbetriebnahme des Beckens kann sich in Abhängigkeit von der Beckengröße und den Sedimentmassen über Wochen erstrecken. Die Kosten sind entsprechend hoch.
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Ist die Anlagenauslastung an der Kapazitätsgrenze, besteht die Gefahr, dass es im Falle einer Außerbetriebnahme des Beckens im Extremfall zur Überschreitung von Grenzwerten bei dem zu reinigenden Abwasser und damit zu unerlaubten Gewässerverschmutzungen kommt. Der Betreiber ist also nicht nur aufgrund der Kostensituation an einer möglichst schnellen Wiederverfügbarkeit der kompletten Verfahrenstechnik und damit an der max. Kapazität interessiert, sondern auch wegen der gesetzlichen Anforderungen an die Ablaufqualität des Abwassers.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine bekannte Vorrichtung und ein bekanntes Verfahren zum Reinigen von Böden dahingehend weiterzubilden und zu verwenden, dass die Reinigung von Böden, insbesondere in Klärbecken effizienter gestaltet wird.
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Diese Aufgabe wird vorrichtungstechnisch durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Der Begriff „Ablagerungen“ im Sinne der vorliegenden Beschreibung ist breit auszulegen und mein grundsätzlich alle Gegenstände, die sich auf einem Boden ablagern können. Insbesondere schließt dieser Begriff alle Arten von Sedimenten und einzelne körperliche Gegenstände bzw. Grobstoffe mit ein.
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Der Begriff „Überdruck“ meint im Rahmen der vorliegenden Beschreibung jeden Druck größer als der Atmosphärendruck.
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Die beanspruchten Düsen der Vorrichtung, welche ausgebildet sind, Wasser mit Überdruck auf den Boden und die Ablagerungen zu spritzen, ermöglichen ein einfaches Lösen der Ablagerungen vom Boden und damit deren Abtransport als Suspension in Spritzrichtung des Wassers. Durch dieses maschinelle Lösen der Ablagerungen von dem Boden und deren Absaugung mit Hilfe der Saugpumpe ist das Reinigen von Böden, insbesondere von hartnäckig an dem Boden anhaftenden Ablagerungen wesentlich effizienter möglich als im Stand der Technik.
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Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel beträgt die Saugleistung der Saugpumpe 10 - 100 m3 pro Stunde. Insbesondere bei großen zu reinigenden Bodenflächen und großen Mengen an zu entfernenden Ablagerungen trägt diese große Saugleistung wesentlich zur Effizienz der Vorrichtung bei.
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Die Vorrichtung und insbesondere die Saugpumpe sind vorteilhafterweise ausgebildet, auch Grobstoffe mit einem Durchmesser von bis zu 10 cm anzusaugen und weiterzufördern. Dies ist insbesondere bei Kläranlagen wichtig, denn die einleitend erwähnten Vorstufen zur Wasserreinigung können zum Teil nur größere Grobstoffe zurückhalten.
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Der Düsenstock mit den Düsen und der Saugbalken mit der mindestens einen Ansaugöffnung sind in Gegenüberstellung zueinander angeordnet. Die Gegenüberstellung bedeutet insbesondere, dass zumindest eine Komponente der Spritzrichtung, in welche die Düsen das Wasser spritzen, vorzugsweise auf die Ansaugöffnung, zumindest jedoch auf den Saugbalken oder zumindest auf Leitplanken, die seitlich an dem Saugbalken angeordnet sein können, gerichtet sind.
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Zur konstruktiven Realisierung dieser Gegenüberstellung ist entweder der Düsenbalken oder der Saugbalken an einem Ausleger angeordnet, wobei der Ausleger selber an dem Rahmen der Vorrichtung abgestützt ist. Wenn der Ausleger zum Tragen des Saugbalkens dient, ist der Ausleger vorteilhafterweise als Sammelrohr ausgebildet zum Verbinden der Ansaugöffnung mit der Saugpumpe. Wenn alternativ der Ausleger zum Tragen des Düsenstocks mit den Düsen dient, ist der Ausleger entweder selber vorteilhafterweise als Wasserleitung ausgebildet oder es ist in oder an dem Ausleger eine Wasserleitung geführt zum Bereitstellen des Wassers für die mindestens eine Düse.
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Die oben genannte Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch die beanspruchten Verwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, nämlich zum Entfernen von Ablagerungen auf dem Boden eines Klärbeckens in einer Kläranlage gelöst. Die mindestens eine Düse wird dabei verwendet zum Aufspritzen von Wasser unter einem spitzen Winkel mit Überdruck auf die Ablagerungen, um diese zu lösen und aufzuschlämmen. Die Saugpumpe wird dann verwendet zum Aufsaugen der aufgeschlämmten Ablagerungen als breiige Suspension und zum Pumpen der breiigen Suspension in ein Sammelbehältnis.
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Zur Erklärung: Die Ablagerungen auf dem Boden eines Klärbeckens sind in getrocknetem Zustand oftmals fest und können nicht ohne Weiteres entfernt werden. Erst durch das Bespritzen mit Wasser unter spitzem Winkel und mit Überdruck werden die Ablagerungen aufgeweicht und aufgeschlämmt. Erst in diesem Zustand können sie abgesaugt werden. Insofern bietet die beanspruchte Verwendung der besagten Vorrichtung eine große Erleichterung für die Bedienperson und ein wesentlich effizienteres Vorgehen zur Reinigung von Klärbecken für den Kläranlagenbetreiber.
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Schließlich wird die oben genannte Aufgabe der Erfindung auch durch das in Anspruch 21 beanspruchte Verfahren gelöst. Die Vorteile dieses Verfahrens entsprechen den oben mit Bezug auf die Vorrichtung und die Verwendung genannten Vorteilen.
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Der Beschreibung sind drei Figuren beigefügt, wobei
- 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Querschnittsansicht;
- 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Draufsicht; und
- 3 das Pilgerschrittverfahren
veranschau licht.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die genannten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. In allen Figuren sind gleiche technische Merkmale mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 100. Sie besteht im Wesentlichen aus einem räumlich strukturierten, vorzugsweise verwindungssteifen Rahmen 130 mit Streben in Horizontal-, Vertikal- und Querrichtung zur Aufnahme der Saugpumpe 120, beispielsweise auf einer Aufnahmeplatte 131. Die Saugpumpe 120 ist vorzugsweise als selbst ansaugende, verstopfungsunanfällige Kolbenpumpe, vorzugsweise als Drehkolbenpumpe in Kompaktbauweise oder als Exzenter-Schneckenpumpe ausgeführt. Ihre Saugleistung, insbesondere zur Reinigung von Klärbecken in Kläranlagen sollte ca. 10 m3/Stunde bis ca. 100 m3/Stunde betragen. Die Saugleistung der Saugpumpe 120 ist vorzugsweise über ein Stellglied, beispielweise einen Drehgriff, manuell von einer Bedienperson einstellbar und den im Einzelfall erforderlichen Saug-Verhältnissen anpassbar.
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Neben der Saugpumpe 120 selbst verfügt die Vorrichtung 100 über einen Saugbalken 121, in welchem mindestens eine Ansaugöffnung 122 ausgebildet ist. Die Ansaug-öffnung 121 ist über ein Sammelrohr 127 mit der Ansaugseite der Saugpumpe 120 fluidleitend verbunden. Der Saugbalken 121 ist an dem Rahmen 130 quer zur Arbeitsrichtung bzw. quer zu einer Hauptfahrrichtung R der Vorrichtung 100 montiert.
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Weiterhin weist die Vorrichtung 100 einen Düsenstock 110 mit mindestens einer Düse 112 auf zum Aufspritzen von Wasser mit Überdruck auf den Boden 200 bzw. die Ablagerungen. Der Düsenstock 110 wird über einen Ausleger 125 in Gegenüberstellung zu dem Saugbalken 121 gehalten, wobei sich der Ausleger 125 an dem Rahmen 130 abstützt bzw. an diesem montiert ist. Zur Versorgung der Düsen 112 mit Wasser, vorzugsweise Brauchwasser, ist der Ausleger 125 als Wasserleitung ausgebildet oder es ist eine Wasserleitung in oder an dem Ausleger 125 geführt. Durch den gerichteten Einsatz von einem scharfen, d. h. unter Überdruck stehendem Wasserstrahl aus den Düsen 112 werden die Ablagerungen aufgeschlämmt, so dass eine pumpfähige, breiige bis wässrige Suspension entsteht. Zum Aufschlämmen der Ablagerungen sind die Düsen vorzugsweise derart geneigt, dass sie das Wasser unter einem spitzen Winkel auf die Ablagerungen spritzen. Bei der vorteilhaften Ausbildung der Düsen als Flachstrahldüsen sind diese weiterhin so geneigt bzw. ausgerichtet, dass die aufgeschlämmte Suspension kontinuierlich zur Eingangsseite der Ansaugöffnung 122, beispielsweise in Form eines Saugschlitzes gefördert wird.
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Über das vorzugsweise trichterförmige Sammelrohr 127, welches die rückwärtige Ausgangsseite des Saugbalkens mit der Ansaugseite der Saugpumpe 120 verbindet, wird die angesaugte Suspension, bestehend aus Wasser und den Ablagerungen sowie evtl. Grobstoffen, weitgehend kontinuierlich angesaugt und auf der Pumpendruckseite der Saugpumpe 120 über einen Schlauch oder Rohrleitungsanschluss 123 mit einer Auslassöffnung 124 in ein Sammelbehältnis (hier nicht gezeigt) abgeleitet.
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Damit an dem Saugschlitz 122 ein Unterdruck zum Ansaugen der Suspension entstehen kann, ist der Saugschlitz 122 zu dem Düsenstock 110 bzw. den Düsen 112 hin frei einstellbar bzw. ausrichtbar und möglichst nahe am Boden angeordnet. Die Unterseite des Saugbalkens 121 schließt möglichst saugdicht mit dem Boden 200 ab. Um dies zu gewährleisten, wird der Saugbalken bzw. eine an der Unterseite des Saugbalkens 121 angebrachte Dichtlippe 128 gegen den Boden 200 angedrückt. Das Andrücken kann mit Hilfe von Unterdruck oder mit Hilfe einer Federvorspannung erfolgen.
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Für eine mobile Positionierung der Vorrichtung 100 weist diese ein Fahrgestell 160 mit Rädern 162 auf. Das Fahrgestell weist z. B. zwei vorne seitlich angeordnete Räder und ein hinteres, vorzugsweise zentral angeordnetes Schwerlastrad 162 auf, wobei die Räder 162 vorzugsweise jeweils allseitig um 360° rotierbar ausgebildet sind. Aufgrund dieser Ausbildung des Fahrgestells ist die Vorrichtung 100 sehr flexibel manövrierfähig, insbesondere ist ein punktgenaues Positionieren bzw. eine Rotation auf der Stelle möglich. Die Vorrichtung kann eine vorzugsweise explosionsgeschützte Schaltschrankeinheit (nicht gezeigt) aufweisen, welche die Versorgung der Saugpumpe 120 sowie einer Druckpumpe 140 zum Pumpen des Wassers für die Düse 112 mit elektrischer Energie sicherstellt. Außerdem ermöglicht die Schaltschrankeinheit die Steuerung der Leistungen der beiden Pumpen 120, 140, insbesondere durch eine Bedienperson.
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An dem Rahmen 130, beispielsweise an dessen dem Saugbalken 121 abgewandten Ende, kann ein (Maschinen-)Führerstand angebracht sein, von welchem aus die Bedienperson die Bedienung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens steuern kann. Insbesondere hat sie von dort aus die Möglichkeit, einzelne Düsen zu aktivieren bzw. zu deaktivieren und den Wasserdruck sowie die Leistungen der Saug- und Druckpumpe je nach Bedarf geeignet einzustellen. Der Bedarf richtet sich insbesondere nach der Art und der Konsistenz der Ablagerungen. Diese müssen geeignet mobilisiert werden, um das Reinigungsergebnis zu optimieren. Die Bedienperson kann die gewünschte Konsistenz der Suspension, insbesondere durch die Betätigung von Ventilen in der Zuführung bzw. dem Ausleger 125 sowie eines weiteren Auslegers 170, d. h. durch die Bereitstellung von mehr oder weniger Wasser mit mehr oder weniger Druck in weiten Bereichen geeignet einstellen, vorzugsweise vom Führerstand aus. Damit ist die Bedienperson, d. h. der Maschinenführer von seinem Führerstand aus autonom in der Lage, die Zuführung der aufgeschlämmten Suspension zu der Ansaugöffnung in Qualität und Quantität selbst zu bestimmen und damit den Fortschritt der Arbeitsergebnisse selbst zu optimieren. Vorteilhafterweise bietet der besagte Führerstand einen guten Schutz der Bedienperson vor einem gesundheitsschädlichen Kontakt mit den Ablagerungen.
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Optional weist die Vorrichtung 100 einen weiteren Ausleger 170 mit mindestens einer weiteren Düse 172 an seinem freien Ende auf. An dem der weiteren Düse 172 gegenüberliegenden Ende des Auslegers kann ein Ausgleichsgewicht 174 angebracht sein. Der Ausleger 170 ist vorzugsweise über eine Dreheinrichtung 176 an dem Rahmen 130 schwenkbar gelagert. Die Schwenkbewegung erfolgt um eine vertikale Drehachse D. Weiterhin ist der weitere Ausleger 170 vorzugsweise teleskopierbar ausgebildet und/oder die weitere Düse 172 ist an dem weiteren Ausleger verfahrbar gelagert.
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Aufgrund dieser Ausgestaltung des weiteren Auslegers ist es möglich, den Aktionsradius der Vorrichtung 100 wesentlich zu vergrößern, auch wenn die Vorrichtung während ihres Betriebs nicht verfahren wird. Der Betrieb erfolgt vorzugsweise gemäß dem nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 beschriebenen Pilgerschrittverfahren.
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Dabei wird die weitere Düse 172 zunächst von einer Ruhe-Position P1 vor dem Düsenbalken 110 aus in eine Position P 2, welche sich in einem Abstand d2 mit d2 größer d1 von der Saugpumpe entfernt befindet, und wieder zurück bewegt. Zumindest auf ihrem Rückweg spritzt die weitere Düse 172 Wasser mit hohem Druck und unter spitzem Winkel auf die Ablagerung auf dem Boden, um diesen aufzuschlämmen. Währenddessen wird die weitere Düse 172 vorzugsweise mit Hilfe des weiteren Auslegers 170 von einer Seite zur anderen hin und her geschwenkt. Dabei wird die weitere Düse 172 vorzugsweise jeweils so ausgerichtet, dass sie immer in Richtung Saugbalken 120, besser noch in Richtung Ansaugöffnung 122 spritzt. Die Schwenkbewegung wird von der Bedienperson aufgrund der Inaugenscheinnahme des Aufschlämmverhaltens der Ablagerungen gesteuert. Im Ergebnis wird so ein sektorartiger Teilbereich B2 des Bodens zwischen den Abständen d2 und d1 von den Ablagerungen zumindest in einer ersten/obersten Schicht gereinigt. Dabei werden diese Ablagerungen aus dem Bereich B2 in den Bereich B1 gespült werden, wo sie von den Düsen 112 an dem Düsenstock 110 zu der Saugöffnung hin gespült werden, siehe 3 Mitte.
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Diese Vorgehensweise wird dann wiederholt, indem die weitere Düse 172 wieder von der Position 1 vor dem Düsenstock 110 über den Abstand d2 hinaus in einen dritten Abstand d3 mit d3 > d2 verfahren wird, um von dort aus einen dritten sektorartigen Bereich B3 zwischen den Abständen d3 und d2 zu reinigen. Dabei werden die Ablagerungen aus dem Bereich B3 über den Bereich B2 hinweg in den Bereich B1 gespült, wo sie von den Düsen 112 an dem Düsenstock 110 zu der Saugöffnung 122 hin gespült werden, siehe 3 rechts.
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So entsteht ein pilgerschrittartiger, flächiger Reinigungsablauf des Beckenbodens, wobei der Aktionsradius des weiteren Auslegers 172 vorzugsweise jeweils ausgeschöpft wird. Die Vorrichtung 100 kann während der Durchführung des beschriebenen Verfahrens an einer Position in dem zu reinigenden Becken verbleiben.
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Für den weiteren Betrieb wird dann die Saugvorrichtung um einen beliebigen Drehwinkel, beispielsweise 180° um eine vertikale Drehachse M geschwenkt und ein anderer Sektor des Beckenbodens bearbeitet. Kann eine Strecke von rd. 10 - 20 m in der zuvor beschriebenen Weise gereinigt werden, so ist von einem Standort aus eine Beckenstrecke von 2 x 10 - 20 m abzureinigen möglich.
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Danach wird der Standort der Vorrichtung 100 um die 2 x 10 - 20 m auf dem Beckenboden geändert und der Arbeitszyklus kann erneut ablaufen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Vorrichtung
- 110
- Düsenstock
- 112
- Düse
- 120
- Saugpumpe
- 121
- Saugbalken
- 122
- Ansaugöffnung
- 124
- Auslassöffnung
- 125
- Ausleger zum Halten des Düsenstocks
- 127
- Sammelrohr bzw. Ausleger für Saugbalken
- 128
- Dichtlippe
- 129
- Leitplanke
- 130
- Rahmen
- 131
- Aufnahmeplatte
- 140
- Druckpumpe
- 160
- Fahrgestell
- 162
- Räder
- 170
- weiterer Ausleger
- 172
- weitere Düse
- 174
- Ausgleichsgewicht
- 176
- Dreheinrichtung
- 200
- Boden
- B1
- erster Teilbereich
- B2
- zweiter Teilbereich
- B3
- dritter Teilbereich
- d1
- erster Abstand
- d2
- zweiter Abstand
- R
- Hauptfahrrichtung
- D
- vertikale Drehachse des weiteren Auslegers
- M
- vertikale Drehachse der Vorrichtung
