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Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von Stickstoff-
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verbindungen aus biologisch geklärten Abwässern Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Entfernung von Stickstoffverbindungen aus biologisch geklärten
Abwässern, bei dem nach der Umsetzung der organischen Verbindungen der Schlamm vom
Wasser abgetrennt und dann in die Umsetzung zurückgeführt wird, sowie Vorrichtungen
zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Zur biologischen Klärung von Abwässern ist es bekannt, in einem Oxydationsbecken,
in welchem Sauerstoff in das Abwasser eingeführt wird, die im Abwasser enthaltenen
organischen Substanzen mit Hilfe von Belebtschlamm abzubauen, in einem nachfolgenden
Nachklärbecken Belebtschlamm und Wasser voneinander zu trennen, den Belebtschlamm
in das Oxydationsbecken zurückzuführen und das Wasser abzuleiten. Weil bei diesem
Verfahren der Belebtschlamm sich ständig vermehrt, wird in gewissen Zeitabständen
ein Teil des Belebtschlammes abgezogen und in Faulbecken, Faultürmen udgl.
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abgelagert, in denen der Belebtschlamm mineralisiert.
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Bekannt ist auch, zur biologischen Klärung von Abwässern in einem
Oxydatinnsbecken, in dem Sauerstoff in das Wasser eingeführt wird, mit Hilfe von
Tauchkörpern, die in das Abwasser ein- und auftauchen und auf denen sich ein biologischer
Rasen bildet, die im Abwasser enthaltenen organischen Verbindungen abzubauen. Nachfolgend
wird das Abwasser in einem Nachklärbecken vom Schlamm getrennt. Das
Wasser
wird dann abgelassen und der Schlamm in Faulbecken, Faultürmen udgl. gelagert, in
denen er mineralisiert. Dabei ist es möglich, den Schlamm aus dem Nachklärbecken,
der im wesentlichen aus Belebtschlamm besteht, wieder in das Oxydationsbecken zurückzuführen,
sodaß neben dem Abbau der im Abwasser enthaltenen organischen Verbindungen durch
den biologischen Rasen auch noch ein Abbau durch den Belebtschlamm erfolgt. In diesem
Falle wird immer nur in gewissen Zeitabständen ein Teil des Belebtschlammes aus
dem Nachklärbecken abgezogen und in Faulbecken, Faultürmen udgl. gelagert, in denen
die Mineralisation erfolgt.
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Im Oxydationsbecken werden durch den Belebtschlamm bzw. durch den
biologischen Rasen die im Abwasser enthaltenen organischen Verbindungen abgebaut
und dabei die organischen Stickstoffverbindungen im wesentlichen in Nitrite bzw.
Nitrate überführt. Die Konzentration an Nitriten und Nitraten in dem aus dem Nachklärbecken
auslaufenden Wasser ist dabei vielfach so hoch, daß das aus dem Nachklärbecken ablaufende
WasseM3rauchzwecken, z.B. als IndusAriewasser, nicht zugeführt werden kann. Das
aus dem Nachklärbecken auslaufende Wasser wird daher im allgemeinen in die natürlichen
Gewässer abgelassen. Die Gewässer werden eutrophiert, was zu einem verstärktem Wachstum
der Wasserpflanzen führt, wodurch wiederum den Gewässern Sauerstoff entzogen wird.
Durch diesen starken Sauerstoffentzug durch die im Wasser lebenden Pflanzen kann
der Fall eintreten, daß in dem Gewässer an Sauerstoff gebundenes tierisches und
pflanzliches Leben nicht mehr möglich ist. Das Gewässer kippt um.
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Um diese Gefahr zu beseitigen, werden Abwässer, insbesondere solche
mit einer zu hohen Stickstoffkonzentration,nach der Nachklärung in einer weiteren
Klärstufe mit chemischen Fällungsmitteln behandelt und so die Stickstoffverbindungen
soweit als möglich ausgefällt und dann als mineralischer Schlamm vom Boden dieser
weiteren Klärstufe, dem Fällungsbecken, abgezogen. Der Aufwand für diese weitere
Klärstufe und die chemischen Fällungsmittel ist erheblich.
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+ auch nach eventueller Filtration
Aus der Fischzucht
(OS 24 41 788) ist es bekannt, bei einem Verfahren zur Zucht, Haltung usw. von Wassertieren
mit im Kreislauf geführtem Wasser unter Verwendungeiner biologischen Belebtschlammklärung
im im Kreislauf gefahrenen Wasser in einer oder mehreren zusätzlichen Reinigungsstufen
den Gehalt an Nitriten und Nitraten auf einem Wert zu halten, der unter dem höchstzulässigen
liegt.
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Nach einer besonderen Ausfünrungsform wird dabei zur Senkung des Nitrit-
und Nitratgehaltes des Wassers das Wasser in einer zusätzlichen, unbelüfteten Denitrifizierungsstufe
bei einem sehr geringen Sauerstoffgehalt oder anae-rob behandelt. Zur Entfernung
der Nitrite und Nitrate aus dem Wasser sind auch bei diesem Verfahren zusätzliche
Behandlungsstufen erforderlich, die den entsprechenden Aufwand verursachen.
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Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Verfahren zur Entfernung
von Stickstoffverbindungen aus biologisch geklärten Abwässern, bei dem nach der
Umsetzung der organischen Stickstoffverbindungen der Schlamm vom Wasser abgetrennt
wird, zu schaffen, bei dem zur Entfernung der Nitrite und Nitrate keine zusätzlichen
Behandlungsstufen erforderlich sind.
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Diese Aufgabe wird im wesentlichen dadurch gelöst, daß nach der Oxydation
der organischen Verbindungen im Abwasser bei der Trennung des Wassers vom Schlamm
der Schlammabzug abhängig von der Konzentration der Stickstoffverbindungen im biologisch
geklärten Abwasser periodisch für einen wiederum von der Konzentration an Stickstoffverbindungen
im Abwasser abhängigen Zeitraum unterbrochen wird.
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Bei der Nachklärung und Trennung von Schlamm und Abwasser bleibt das
Abwasser in relativer Ruhe, damit die Schlammbestandteile des Wassers sich absetzen
können. Auch wird während der Nachklärung kein Sauerstoff in das Wasser eingeführt.
Wird jetzt das Abziehen des Schlammes unterbrochen, verbrauchen die im Schlamm enthaltenen
Aeroben in relativ kurzer Zeit, im allgemeinen in etwa zwei Stunden, den im Wasser
enthaltenen Sauerstoff. Anschließend werden die Anaeroben wirksam, die den Sauerstoff
aus den vorhandenen
Verbindungen entnehmen und dabei die Nitrite
und Nitrate in gasförmige Stickstoffverbindungen umwandeln, die aus dem Wasser entweichen.
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Wird das Abziehen des Schlammes in ausreichend kurzen Zeiträumen für
einen ausreichend langen Zeitraum jeweils unterbrochen, kann also sichergestellt
werden, daß das aus der Nachklärung abfließende Wasser insgesamt keine Konzentration
an Stickstoffverbindungen, insbesondere Nitriten und Nitraten erreicht, die zur
Eutrophierung der Gewässer führen kann.
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Bei Verfahren, bei denen der vom Wasser abgetrennte Schlamm in die
Oxydation zurückgeführt wird, wird diese Rückführung in ausreichend kurzen Perioden
für jeweils einen ausreichend langen Zeitraum unterbrochen.
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Zur Durchführung des Verfahrens dient vorzugsweise eine Vorrichtung,
bei der in Fließrichtung des Wassers hinter dem Umsetzungsbecken für die Oxydaffi
n ein Absetzbecken zur Trennung von Wasser und Schlamm angeordnet ist, welches mit
dem Umsetzungsbecken durch einen Ablauf verbunden ist, unten einen Abzug für den
Schlamm aufweist, in dem ein Absperrelement angeordnet ist, und oben einen Abruf
für das vom Schlamm getrennte Wasser. Vorteilhaft ist es dabei, den Ablauf vom Umsetzungsbecken
etwa mittig in der Höhe des Absetzbecke kei ren zu lassen. Das vom Umsetzungsbecken
kommende, Schlamm-haltige Wasser trennt sich beim Einlauf in das Absetzbecken langsam
in Wasser und Schlamm, wobei der Schlamm nach unten auf den Boden sinkt und das
Wasser nach oben treibt und durch den Ablauf abläuft. Abhängig von der Konzentration
des vom Umsetzungsbecken kommenden Wassers an Nitriten und Nitraten wird das Absperrelement
im Abzug für den Schlamm in gewissen Zeitabständen für jeweils einen gewissen Zeitraum
geschlossen. Sofort nach dem Schließen des Absperrelementes kommt das Wasser im
unteren Teil des Absetzbeckens völlig zur Ruhe. Nach einer gewissen Zeit werden
die Anaeroben wirksam und bauen die Nitrite und Nitrate zu gasförmigen Stickstoffverbindungen
ab, die gasförmig nach oben entweichen.
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Wird der auf dem Boden des Absetzbeckens sich absetzende Schlamm ganz
oder teilweise in das Umsetzungsbecken zurückgeführt, ist zwischen dem Abzug des
Absetzbeckens und dem Umsetzungsbecken eine Verbindungsleitung vorgesehen. Das Schließen
und öffnen des Absperrelementes erfolgt auch in diesem Falle abhängig von der Konzentration
des in das Absetzbecken einlaufenden Wassers an Nitriten und Nitraten. Nach dem
öffnen des Absperrelementes ist der dann in das Umsetzungsbecken zurückgeführte
Schlamm praktisch frei von Nitriten und Nitraten, sodaß bereits im Umsetzungsbecken
eine Verdünnung erfolgt und das in das Absetzbecken einlaufende und damit auch das
aus diesem ablaufende Wasser eine entsprechend geringe Konzentration an Nitriten
und Nitraten aufweist. Dabei ist es möglich, im Absetzbecken oben einen Meßfühler
anzuordnen, der die Nitrit- und Nitratkonzentration in dem aus dem Absetzbecken
ablaufenden Wasser mißt und abhängig von dieser Konzentration über eine Steuerleitung
einen Antrieb für das Absperrelement im Abzug für den Schlamm derart steuert, daß
der Antrieb bei Erreichen der höchstzulässigen Konzentration an Nitriten und Nitraten
im aus dem Absetzbeken auslaufenden Wasser das Absperrelement für einen gewollten
Zeitraum schließt.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind in der Beschreibung der Fic3uren
und in den Unteransprüchen dargestellt, wobei bemerkt wird, daß alle Einzelmerkmale
und alle Kombinationen von Einzelmerkmalen erfindungswesentlich sind.
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In den Figuren 1 bis 5 ist die Erfindung an Ausführungsformen beispielsweise
dargestellt, ohne auf diese Ausführungsformen beschränkt zu sein.
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Fig. 1 zeigt eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Fig. 2 einen senkrechten Schnitt
durch ein Absetzbecken mit einem seitlichen Schlammabzug Fig. 3 einen senkrechten
Schnitt durch ein Absetzbeckerl mit einem zentralen Schlammabzug Fig. 4 einen senkrechten
Schnitt senkrecht zur Längsachse durch einen Käumflügel urlel
Fig.
5 einen senkrechten Schnitt durch ein Absetzbecken mit einer zentralen Wassereinführung.
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Nach den Fig. 1 bis 4 werden in dem schematisch dargestellten Umsetzungsbecken
1 die im Wasser enthaltenen organischen Bestandteile auf biologischem Wege, z.B.
mittels Belebtschlamm, geklärt. In Fließrichtung des Wassers ist hinter dem Umsetzungsbecken
1 noch ein Absetzbecken 12 angeordnet, in dem sich die Schweb- und Feststoffe, die
im Wasser aus dem Umsetzungsbecken 1 vorhanden sind, absetzen. Der Ablauf 3 aus
dem Umsetzungsbecken 1 ist in dieses Absetzbecken 12 geleitet. Zweckmäßig ist es
dabei, den Ablauf 3, der kurz unterhalb der Wasseroberfläche 10 aus dem Umsetzungsbecken
1 #usmündet, als Rohr 15 zu gestalten, welches in etwa 1/2 bis 2/3 der Höhe ganz
durch das Absetzbecken 12 geführt und am dem Umsetzungsbecken 1 abgekehrten Ende
verschlossen ist. Auf der dem Umsetzungsbecken 1 zugekehrten Seite wird das Rohr
15 zweckmäßig durch die Seitenwand 20 des Absetzbeckens 12 geführt. Innerhalb des
Absetzbeckens 12 besitzt das Rohr 15 eine Vielzahl von Durchbrechungen 16, durch
die das Wasser in das Absetzbecken 12 eingeführt und durch die Anordnung der Durchbrechungen
16 bedingt verteilt wird. Dabei ist es sinnvoll, im Rohr 15 Durchbrechungen 16 nur
in der nach unten gerichteten Halbschale 15 a vorzusehen. Das durch die Durchbrechungen
16 austretende Wasser drückt dann nach unten, wodurch das Absetzen der Fest- und
Schwebstoffe erleichtert wird. Das im Absetzbecken 12 von den Fest- und Schwebstoffen
befreite Wasser wird oben aus dem Absetzbecken 12 entnommen.
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Dabei ist es sinnvoll, den oberen Rand des Absetzbeckens 12 als Uberlauf
13 zu gestalten, aus dem das Wasser dann abgezogen wird oder abläuft. Der Boden
17 des Absetzbeckens 12 weist einen Schlammabzug 18 auf, in dem ein Absperrelement
46 angeordnet ist.
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Durch den Abzug 18 kann der Schlamm fortlaufend oder periodisch abgezogen
werden. Hat das ablaufende Wasser einen zu hohen Gehalt an Nitriten und/oder Nitraten,
die sich durch den Abbau der organischen Substanzen im Umsetzungsbecken 1 bildeten,
wird, abhängig von der Konzentration an Nitriten und Nitraten, das Absperrelement
46 in bestimmten Zeitabständen für jeweils einen bestimmten Zeitraum geschlossen.
Der Schlamm setzt sich auf dem Boden 17 des Absetzbeckens 12 ab, wobei die Schlammschicht
ständig
höher wird. Die im Schlamm enthaltenen Aeroben verbrauchen
in relativ kurzer Zeit den im Wasser und im Schlamm enthaltenen Sauerstoff. Nach
Verbrauch des Sauerstoffes werden die Anaeroben wirksam und verbrauchen den Sauerstoff,
der in den Fest- und Schwebstoffen enthalten ist, unter anderem den Sauerstoff aus
den Nitriten und Nitraten und setzen dabei diese in gasförmige Stickstoffverbindungen
um, die gasförmig aus dem Absetzbecken entweichen. Wird also das Absperrelement
46 in entsprechenden Zeitabständen für entsprechende Zeiträume geschlossen, wird
erreicht, daß das insgesamt aus dem Absetzbecken 12 ablaufende Wasser nur eine Konzentration
an Nitraten und Nitriten aufweist, die für die freien Gewässer zuträglich ist bzw.
die unter der Nitrat-und/oder Nitritkonzentration liegt, die für Brauchwasser, z.B.
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Industriewasser, zulässig ist. Sinnvoll ist es dabei, im Absetzbecken
12 oben einen Meßfühler 49 anzuordnen, der abhängig von der Konzentration an Nitriten
und Nitraten über eine Steuerleitung 50 in bestimmten Zeitabständen und für bestimmte
Zeiträume den vorzugsweise elektrischen Antrieb 51 des Absperrelementes 46 betätigt
und das Absperrelement 46 schließt bzw. öffnet. Bei der biologischen Klärung von
Abwässern wird im allgemeinen der sich im Absetzbecken 12 absetzende Schlamm ganz
oder teilweise in das Umsetzungsbecken 1 zurückgeführt. Dieserhalb ist zwischen
dem Abzug 18 und dem Umsetzungsbecken 1 eine Verbindungsleitung 22 vorgesehen, die
im Umsetzungsbecken 1 zweckmäßig kurz oberhalb der Wasseroberfläche 10 endet. Bei
geöffnetem Absperrelement 46 strömt dann der Schlamm durch die Verbindungsleitung
22 in das Umsetzungsbecken 1 zurück. Da bei der biologischen Abwasserklärung, bei
der Schlamm im Kreislauf gefahren wird, diese Schlammenge ständig steigt, ist das
Absperrelement 46 derart gestaltet,z.B. als Zwei-Wege-Ventil, daß einmal der Schlamm
durch die Verbindungsleitung 22 in das Umsetzungsbecken 1 zurückgeführt werden kann
oder durch die Abführung 58 aus dem Kreislauf entfernbar ist. Zweckmäßig ist es
dabei, in der Verbindungsleitung 22 noch eine Fördervorrichtung 23, zweckmäßig einen
Preßluftinjektor, vorzusehen, dem die Preßluft durch die Leitung 52 zugeführt wird.
Ist bei dieser Ausführungsform
die Nitrit- und/oder Nitratkonzentration
im aus dem Absetzbecken 12 ablaufenden Wasser zu hoch, wird über den Meßfühler 49,
die Steuerleitung 50 und den Antrieb 51 das Absperrelement 46 für einen ausreichend
langen Zeitraum geschlossen.
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Sobald die Aeroben den Sauerstoff im Wasser und im Schlamm unterhalb
des Rohres 15 verbraucht haben, werden die Anaeroben wirksam und zersetzen auch
die Nitrite und Nitrate. Die dabei sich bildenden gasförmigen Stickstoffverbindungen
entweichen.
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Sind die Nitrite und Nitrate zumindest unterhalb des Rohres 15 abgebaut
und wird dann das Absperrelement 46 geöffnet, wird praktisch stickstoffreier Schlamm
in das Umsetzungsbecken 1 zurückgefördert und vermischt sich hier mit dem Wasser.
Die Stickstoffkonzentration im durch den Ablauf 3 in das Absetzbecken 12 strömenden
Wasser verringert sich dabei entsprechend bis unter die höchst zulässige Stickstoffkonzentration
im aus dem Absetzbecken 12 ablaufenden Wasser, sodaß dies wieder den freien Gewässern
und gegebenenfalls Brauchzwecken zugeführt werden kann. Um zu vermeiden, daß durch
die Gasbildung im Schlamm dieser in größeren Placken auftreibt, ist es sinnvoll,
im Absetzbecken 12 eine Bodenräumvorrichtung 14 vorzusehen. Diese Bodenräumvorrichtung
hält den Schlamm in Bewegung, sodaß die sich bildenden Gase entweichen können und
sich keine zusammenhängenden Placken aus Schlamm bilden. Bei der Ausführungsform
nach Fig. 2 besteht die Bodenräumvorrichtung 14 aus einem angetriebenen Räumflügel
21, der von der Mitte des Absetzbeckens 12 bis an die Wand 20 reicht und in Räumrichtung
von der Mitte zur Seitenwand 20 nach hinten gekrümmt ist. Das Absetzbecken 12 ist
rund. Zum Abzug des Schlammes ist bei dieser Ausfullrangsform unten in der Seitenwand
20 direkt oberhalb des Bodens 17 eine nach außen gerichtete Ausbuchtung als Schlammfänger
19 vorgesehen, in die der Räumflügel den vom Boden 17 abgeräumten Schlamm schiebt.
Sinnvoll ist es dabei, die Ausbuchtung derart zu gestalten, daß der Schlammfänger
19 noch bis unter den Boden 17 reicht. Unten im Schiammfänger 19 ist der absperrbare
Abzug 18 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist der Boden 17 des Absetzbeckens
12 eben. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist der Boden 17 des Absetzbeckens
12 zur Mitte geneigt
und ist der Schlammabzug 18 mittig im Boden
17 angeordnet. Der Räumflügel 21 besitzt Schlitze 47. Hinter diesen Schlitzen 47
sind in der durch den Pfeil 57 angezeigten Räumrichtung Leitbleche 48 angeordnet,
die schräg nach unten und vom Räumflügel 21 weg gerichtet sind. Bei dieser Gestaltung
des Räumflügels 21 wird der sich absetzende Schlamm ständig umgewälzt, ohne daß
er zu hoch aufgewirbelt wird. Der durch die Schlitze 47 des Räumflügels 21 dringende
Schlamm wird von den Leitblechen 48 wieder auf den Boden 17 gedrückt. Durch dieses
ständige Umwälzen wird aber sichergestellt, daß sich keine zusammenhängenden Schlammplacken
auf dem Boden 17 bilden, die dann wegen der sich in ihnen bildenden Gase auftreiben.
Die sich bildenden Gasbläschen steigen vielmehr im Wasser auf, ohne Schlamm mitzureißen.
Der Antrieb des Räumflügels 21 erfolgt am einfachsten von oben. Dieserhalb ist oben
im Absetzbecken 12 eine Konsole 36 vorgesehen, durch die die Welle 37, die unten
den Räumflügel 21 trägt, senkrecht geführt ist. Das untere Ende der Welle 37 ist
bei der Ausführungsform nach Fig. 2 im Boden 17 in der Mitte gelagert. Bei der Ausführungsform
nach Fig. 3 ist die Welle 37 frei hängend.
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Oben trägt die Welle 37 ein Kegelrad 38, in as ein Kegelrad 39 eingreift,
welches auf dem einen Ende der Abtriebswelle 40 des Antriebes 54 befestigt ist.
Dieser Antrieb 54, zweckmäßig ein Elektromotor, ist auf der Konsole 53 seitlich
am Absetzbecken 12 angeordnet. Getragen wird die Abtriebswelle 40 etwa in der Mitte
oder auch kurz vor dem Kegelrad 39 vom Ständer 44, der auf der Konsole 36 angeordnet
ist. Unten weist der Räumflügel 21 eine Bodenlippe 55 auf, die am Boden 17 anliegt,
und auf der der Welle 37 abgekehrten Seite eine Seitenlippe 56, die an der Seitenwand
20 anliegt. Soll das aus dem Absetzbecken 12 abfließende Wasser Brauchzwecken zugeführt
werden, ist es erforderlich, das ablaufende Wasser auch von den restlichen Schweb-
und Feststoffen zu befreien. Dieserhalb ist es möglich, oben im Absetzbecken 12
einen Siebboden 24 vorzusehen, auf dem eine Filterschicht 25 angeordnet ist.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist der Ablauf 3 des Umsetzungsbeckens
1 als oben offene Rinne gestaltet. Die Wasseroberfläche 10 im Umsetzungsbecken 1
liegt unterhalb der Oberkante der beiden Schenkel des Ablaufes 3. Der Ablauf 3 führt
durch den senkrechten Schenkel des Überlaufes 13 des Umsetzungsbeckens 12 hindurch
und mündet hier in einem die Welle 37 umgebenden offenen Rohr 59, welches oben und
unten offen ist. Das Rohr 59 wird von der Konsole 60 getragen, die an den oberen
Kanten der senkrechten Schenkel des Uberlaufes 13 befestigt ist. Die Welle 37 für
den Räumflügel 21 ist in der Konsole 60 gelagert. Zweckmäßig ist es dabei, das Rohr
59 teleskopförmig auszubilden mit einem das obere Teil 59 a umgreifenden unteren
Teil 59 b. Das untere Teil 59 b soll dabei auf dem oberen Teil 59 a verschiebbar
sein. Zur Höhenverstellung des unteren Teiles 59 b dient zweckmäßig ein Seilzug
61 od. dgl., der mittels eines auf der Konsole 60 angeordneten Antriebes 62 betätigt
wird. Der Antrieb kann dabei manuell aber auch motorisch geschehen. Dadurch ist
es möglich, die Eintauchtiefe der unteren Kante 63 des Teiles 59 b des Rohres 59
in gewünschter Weise einzustellen und damit die Tiefe, bis zu der das Wasser aus
dem Umsetzungsbecken 1 durch die Rinne 3 und das Rohr 59 im Absetzbecken 12 absinken
muß, bevor es außerhalb des Rohres 59 aufsteigen und durch den Uberlauf 13 abfließen
kann.
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Zweckmäßig ist es dabei, das untere Ende 63 des Rohres 59 trichterförmig
nach unten sich erweiternd zu gestalten. Das Rohr 59 endet im Absetzbecken 12 oberhalb
des Räumflügels 21. Die hier nicht genannten Bezugzeichen in der Fig. 5 entsprechen
den Bezugzeichen in den vorhergehenden Figuren.
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L e e r s e i t e