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Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von Rohwasser
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Aufbereitung von Rohwasser, beispielsweise Oberflächenwasser, Abwasser und dergleichen.
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Durch die Aufbereitung sollen die in dem Rohwasser vorhandenen Trübstoffe
entfernt werden, um ein Klarwasser zu gewinnen. Dies geschieht dadurch, daß dem
Rohwasser ein Flockungsmittel zugegeben wird, um die Trübstoffe zu Flocken auszubilden,
die im Wege der Sedimentation abgeschieden werden. Zu diesem Zwecke wird das mit
dem Flockungsmittel versetzte Rohwasser durch Sedimentationsbehälter gegeben, in
denen die Flockenbildung erfolgt, und in denen die gebildeten Flocken durch Absinken
sich absetzen gelassen werden, während das flockenfreie Rohwasser bei Durchströmung
des Sedimentatiorsbehälters nach oben steigt und von der Wasseroberfläche als Klarwasser
abgezogen wird.
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Bei dem Durchströmen des Sedimentationsbehälters muß das mit dem Flockungsmittel
versetzte Rohwasser eine ausreichende Zeit in dem Behälter verweilen, um die Flockenbildung
zu ermöglichen, andererseits muß in dem Sedimentationsbehälter eine vertikale aufwärtsgerichtete
Strömung
herrschen, die jedoch kleiner sein muß als die Sinkgeschwindigkeit der zu sedimentierenden
Flocken, damit diese sich am Boden des Behälters als Schlamm absetzen können und
das Klarwasser von dem Wasserspiegel des Behälters abgezogen werden kann. Die Formen
und die Ausbildung der Sedimentationsbehälter werden von diesen Forderungen bestimmt.
Es sind Sedimentationsbehälter verschiedener Ausführungsformen bekannt. Bei einem
derartigen rechteckigen Behälter wird das mit dem Flockungsmittel versetzte Rohwasser
auf der einen Schmalseite im unteren Behälterbereich zugeführt und nach Durchströmung
des Behälters wird an der entgegengesetzten Schmalseite von der Wasseroberfläche
das Klarwasser abgeführt, während der durch die abgesetzten Flocken am Behälterboden
befindliche Schlamm intermittierend durch Räumung entfernt wird. Andererseits sind
zylindrische Sedimentationsbehälter bekannt, bei denen das Rohwasser von unten her
einer mittig in dem Behälter angeordneten Kammer zugeführt wird, die mit Rührflügeln
versehen ist. Das Rohwasser wird unterhalb des Wasserspiegels aus der Kammer nach
unten in den Behälter geführt, indem die Flockenbildung und
-ablagerung
erfolgt, während das aufsteigende Klarwasser über einen die Wasseroberfläche schneidenden
Überlauf gesammelt und abgeführt wird. Um eine optimale Arbeitsweise der Sedimentationsbehälter
zu gewährleisten, muß dafür Sorge getragen werden, daß eine gleichmäßige, den gesamten
Querschnitt des Behälters erfassende Durchströmung erreicht wird, bei der nur geringe
vertikale Strömungen sich ergeben, die das Absinken der Flocken gestatten. Wenn
auch nur an einer Stelle eine erhöhte Aufwärtsbewegung erfolgt, wir-d die Belastbarkeit
und damit die Wirkungsweise des gesamten Sedimentationsbehälters herabgesetzt. Das
gleiche erfolgt, wenn innerhalb des Behälters Gebiete auftreten, die von der Durchströmung
nicht erfaßt werden, so daß nicht das gesamte zur Verfügung stehende Volumen für
die Sedimentation ausgenutzt werden kann. Um diesen Forderungen zu genügen, sind
bei sämtlichen bekannten Sedimentationsbehältern aufwendige der Führung des zugeführten
Wassers dienende Einbauten erforderlich, ohne daß mit absoluter Zuverlässigkeit
sich einerseits die erforderliche über den gesamten Behälterquerschnitt gleichmäßige
Durchströmung und andererseits ine gleichmäßige aufwärtsgerichtete Strömung mit
der erforderlichen geringen
Geschwindigkeit erreichen läßt, so daß
trotz des erforderlichen Aufwandes die bekannten Sedimentationsbehälter in ihrem
Fassungsvermögen immer größer aufgrund der sich ergebenden Unregelmäßigkeiten ausgelegt
werden mußten, als es bei einwandfreien Strömungsverhältnissen erforderlich wäre.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zu schaffen, die optimale Bedingungen hinsichtlich der Strömungsverhältnisse bei
einem geringstmöglichen Aufwand gewährleisten.
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Diese Aufgabe wird bei einem einen zylindrischen Sedimentaitonsbehältr
verwendeten Verfahren dadurch gelöst, daß das mit dem Flockungsmittel versetzte
Wasser tangential in den Behälter an seinem unteren Umfangsbereicheingeleitet wird,
daß die Umfangsgeschwindigkeit des einströmenden Wassers durch Abbremsung so weit
verrindert wird, daß das Auftreten von aufwärtsgerichteten Sekundärströmungen unterbunden
wird, und daß das flockenfreie Klarwasser durch die Behältermitte nach unten abgeführt
wird.
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Bei azimultalem Einströmen einer Flüssigkeit in einen zylindrischen
Behälter treten zwangsläufig
Sekundärströmungen auf , die zu einer
vertikalen Aufwärtsströmung der Flüssigkeit in der Behältermitte führen, was als
sogenannter Teetassen-Effekt bezeichnet wird. Das Auftreten dieser Sekundärströmung
in der Behältermitte, die in ihrer Aufwärtsrichtung erheblich größer ist als die
Sinkgeschwindigkeit der Flocken, hat es bisher verhindert, bei der Sedimentation
von Rohwasser mit einem tangential in einem zylin drischen Behälter eingeführten
Rohwasserstrom zu arbeiten, trotzdem durch die tangentiale Einführung in den Behälter
eine gleichmäßige Durchströmung des Behälters radial zur Mitte hin unter Ausnutzung
des gesamten Behältervolumens sich ergibt. Es bedurfte erst der erfinderischen Erkenntnis
der Anmelderin, daß sich die Eintrittsumfangsgeschwindigkeit des Rohwassers so weit
abbremsen läßt, daß die zu dem Teetassen-Effekt führenden, am Umfang abwärts- und
in der Mitte des Behälters aufwärtsgerichteten Sekundärströmungen unterbunden werden,
so daß in der Behältermitte die gebildeten Flocken sich auf dem Behälterboden absetzen
und das Klarwasser durch die Behältermitte nach unten abgeführt werden kann.
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Die ir Durchführung des Verfahrens dienende Vorrichtung
ist
dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter wenigstens einen tangential zu seiner zylindrischen
Wcnd gerichteten Zuflußstutzen aufweist, daß in dem Behälter eine mit seiner zylindrischen
Umfangwand einen Ringspalt bildende, den Behälter bis in die Nähe des Bodens durchgreifende,
mit auf ihrem Umfang verteilten Durchbrechungen versehene Zwischenwand angeordnet
ist, und daß in der Behältermitte eine axiale, den Behälterboden durchgreifende
Rohrleitung vorgesehen ist, die an ihrem oberen offenen Ende eine zentrische, unterhalb
des Wasserspiegels des Behälters liegende kreisförmige Überlaufscheibe trägt.
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Ein weiteres Merkmal der Vorrichtung besteht darin, daß die Zwischenwand
aus einer Mehrzahl von zu einem Zylinder aneinandergefügten mit Lochungen versehenen
Blechen rechteckigen Querschnittes besteht, und daß die Zahl und die Größe der Lochungen
den unterschiedlichen, an den einzelnen Lochblechen herrschenden Betriebszuständen
angepaßt sind.
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Eine abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung kennzeichnet sich
dadurch, daß die Zwischenwand aus
einem oberen und einem unteren
Ring besteht, zwischen denen an den Ringinnenflächen befestigte, über den Umfang
verteilte, Durchtrittsspalte bildende Leitflächenangeordnet sind. Hierbei ist vorteilhaft,
daß die Leitflächender Richtung des in den Behälter einströmenden Rohwassers entgegengesetzt
gerichtete Neigungen aufweisen.
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Schließlich ist noch von Bedeutung, daß zwischen dem Boden und dem
Ende der Zwischenwand ein der Aufnahme eines Räumers dienender Spalt vorgesehen
ist.
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In Abhängigkeit von dem erforderlichen Durchsatz und der dadurch bestimmten
Größe des Behälters können an der zylindrischen Behälterwand ein oder mehrere tangential
gerichtete Zulaufstutzen angeordnet sein, wobei es bei Anordnung mehrerer Zulaufstutzen
zweckmäßig ist, die Stutzen gleichmäßig über den Umfang der zylindrischen Behälterwand
zu verteilgen. Beim Austritt aus dem bzw.
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den Zulaufstutzen tritt das einströmende Rohwasser mit der gelochten
Zwischenwand in Kontakt, wodurch eine Abbremsung der Umfangsgeschwindigkeit erfolgt
wegen der durch die Zwischenwand erzielten Reibung an der
Oberfläche
und an den der Strömungsrichtung entgegengerichteten Stirnkanten der Lochungen,
wobei das Rohwasser zum Durchtritt durch die Lochungen gezwungen wird.
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Diese durch die gelochte Zwischenwand bedingte Abbremsung der Umfangsgeschwindigkeit
des zugeführten Rohwassers bewirkt, daß in der Mitte des Behälters der bekannte
Teetassen-Effekt nicht mehr auftritt, sondern daß unter Wirkung des vorzugsweise
dem unteren Umfangsbereich des Behälters tangential ausströmenden Wassers eine Aufwärtsströmung
im Mittelbereich des Behälters erfolgt, deren Geschwindigkeit geringer ist als die
Sinkgeschwindigkeit der Flocken, so daß die gebildeten Flocken sich auf dem Behälterboden
absetzen können, von dem sie in an sich bekannter Weise abgeräumt werden. Eine Abbremsung
der Umfangsgeschwindigkeit des zugeführten Rohwassers und eine Aufwärtsströmung
im Mittelbereich des Behälters mit einer unterhalb der Sinkgeschwindigkeit liegenden
Geschwindigkeit lassen sich auch erreichen, wenn statt der aus Lochblechen gebildeten
Zwischenwand eine solche aus Leitblechen vorgesehen ist, wobei die Leitfläche in
Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsverhältnissen unterschied-liche Längen und
unterschiedliche Neigungen und ebenso auch unterschiedliche gegenseitige Abstände~
besitzen
können.
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Das in der Behältermitte aufsteigende Klarwasser wird über einen auf
dem offenen Ende eines den Behälter nach unten durchgreifenden Rohres befestigten
kreisförmigen Teller in das Rohr eingeführt. Dieser Teller ist unterhalb des Wasserspiegels
des Behälters angeordnet; die Anordnung einer den Wasserspiegel schneidenden Überlaufkante
ist nicht erforderlich. Die Anordnung des Tellers hat den Vorteil, daß die Sedimentaion
auch bei niedrigen Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes in einwandfreier Weise
erfolgen kann, was bei einer bisher erforderlichen, die Wasseroberfläche schneidenden
übelaufkante wegen der hierbei gegebenen Vereisungsgefahr nicht möglich ist.
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Es ist klar, daß zur Erzielung einer gleichmäßigen abgebremsten Strömungsgeschwindigkeit
in dem Sedimentkionsbehälter der Durchmesser und die Zahl der Lochungen und damit
die für den Wasserdurchtritt gegebene Siebfläche der Lochwand nicht auf dem gesamten
Umfang gleichmäßig sein können, sondern von bestimmten Faktoren abhängig sind, so
muß beispielsweise die Lochblechwand bei Anwendung eines Zulaufstutzens anders ausgebildet
sein als bei Verwendung von zwei Zulaufstutzen, und wieder anders ausgebildet sein
bei Verwendung von drei und mehr Zulaufstutzen.
Außerdem wird in
der Höhe der Zwischenwand gesehen der Durchmesser und die Zahl der Lochungen ebenfalls
nicht gleichmäßig sein können in Abhängigkeit von der Höhenlage, in der das Rohwasser
in den Behälter gegeben wird. Die Größe der Lochungen und ihre Zahl ist auf die
jeweiligen Betriebsverhältnisse abzustimmen.
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Hierbei ist es vorteilhaft, die Zwischenwand aus einzelnen rechteckigen
Lochblechen zu bilden, die entsprechend ihrer Anordnung im Behälter, beispielsweise
hinsichtlich ihres Abstandes von einer Einströmschnelle auf die dort herrschenden
Betriebsbedinungen abgestellt weren können; durch Zusammenfügung entsprechend abgestimmter
Lochbleche läßt sich eine Zwischenwand erreichen, die genau auf die jeweiligen Betriebsverhältnisse
abgestimmt ist, so daß Unregelmäßigkeiten in der Strömung vermieden werden. Die
Anordnung besonderer Leitorgane zur Führung des Wasserstromes ist nicht erforderlich,
da zufolge der erfil;dungsgemäß angeordneten gelochten Zwischenwand sich eine gleichmäßige
radiale, durch einen Drall überlagerte Strömung zur Behältermitte ergibt, in der
eine aufwärtsgerichtete Strömung herrscht, die kleiner ist als die Sinkgeschwindigkeit
der Flocken. Bei Verwendung einer aus Leitblechen gebildeten Zwischenwand müssen
selbstverständlich sowohl
der Abstand der Leitfläche als auch ihre
Neigung auf die jeweiligen Verhältnisse abgestimmt werden, wobei sowohl die Abstände
als auch die Neigungen über den Umfang unterschiedlich sein können. Durch entsprechende
Einstellung der Neigungen der einzelnen Leitbleche wird der ursprüngliche Drall
der einströmenden Flüssigkeit bis auf einen Restdrall abgebaut, der so bemessen
ist, daß die Geschwindigkeit des in der Behältermitte aufsteigenden Wassers geringer
ist als die Sinkgeschwindigkeit der Flocken. Mit den erfindungsgemäß angeordneten
Leitblechen läßt sich im Behälterinneren sogar ein Drall erreichen, der entgegengesetzt
zum Drall des einströmenden Rohwassers ist. Durch die Leitbleche ist eine bessere
und schnellere Anpassung an unterschiedliche Betriebsver-Mltnisse möglich, wenn
man, was ohne Schwierigkeiten erreichbar ist, die Leitfläche in ihren Neigungen
verstellbar an den beiden ringförmigen Bändern anordnet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die seiner Durchführung dienende
Vorrichtung sind gegenüber den bekannten Verfahren und Vorrichtungen insoweit vorteilhaft,
als ein außerordentlich geringer Bauaufwand erforderlich ist, eine volle Ausnutzung
des Behältervolumens als Sedimentationsgebiet
gewährleistet ist
, eine genaue Einregulierung der Behälterdurchströmung durch entsprechende Ausbildung
der Lochblechzwischenwand gewährleistet ist, keinerlei schräge Flächen, an denen
Flocken sich absetzen könnten, vorhahden sind und schließlich eine volle Ausnutzung
der mit dem Behälter gebauten Fläche gegeben ist.
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Die beiliegende Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung die der
Durchführung des Verfahrens dienende Vorrichtung, und es bedeutet: Abb. 1 Aufsicht
auf die Vorrichtung in schematischer Darstellung; Abb. 2 Querschnitt gemäß Abb.
1; Abb. 3 Darstellung gemäß Abb. 1 einer abgewandelten Ausführungsform der Vorrichtung;.
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Abb. 4 Teilaufsicht gemäß Abb. 3 in vergrößerter Darstellung.
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Wie die Abbildungen 1 und 2 zeigen, ist ein mit einem Boden 2 ausgestatteter
zylindrischer Behälter 1 vorgesehen. In dem zylindrischen Behälter ist unten Bildung
eines Ringspaltes 4 eine zylindrische Zwischenwand 3 angeordnet, die aus gelochten
Blechen zusammengesetzt ist.
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Die Zwischenwand 3 durchgreift den Behälter 1 unter Bildung eines
Abstandes 8 am Boden 2, der zur Anordnung eines nicht dargestellten auf dem Boden
2 befindlichen drehbaren Räumers dient, durch den die auf dem Boden 2 abgesetzten
Flocken ausgetragen werden. In der Mitte des Behälters 1 ist ein axial zum Behälter
liegendes Rohr 7 vorgesehen, das oberseitig offen ist und den Boden 2 des Behälters
1 durchgreift. An dem oberen Ende des Rohres 7 ist eine als Flansch dienende ringförmige
Scheibe 6 angeordnet, die unterhalb des im Behälter 1 befindlichen Wasserspiegels
liegt. Das zu sedimentierende Rohwasser wird dem Behälter 1 tangential über einen
Einlaufstutzen 5 zugeführt. Das durch den Zulaufstutzen 5 einströmende Wasser wird
in seiner Umfangsgeschwindigkeit durch die vorgesehene Zwischenwand 3 so ab#ebremst,
daß vom gesamten Umfang her eine radiale nach innen gerichtete, durch einen durch
die Zwischenwand 3 verbleibenden Restdrall überlagerte Strömung sich ergibt, die
im Breich der Behältermitte
in eine senkrecht aufwärtsgerichtete
Strömung übergeht, deren Geschwindigkeit finger ist als die Sinkgeschwindigkeit
der Flocken, die beim Durchströmen des von der Zwischenwand 3 umschlossenen Raumes
abgesunken sind und sich auf dem Behälterboden 2 abgesetzt haben. Der erfindungsgemäße
Sedimentationsbehälter ist auch betriebsbereit bei niedrigen Temperaturen, da auch
bei einer Eisbildung die Sedimentation aufrechterhalten werden kann, sogar dann,
wenn die Oberfläche des Behälters von einer Eisschicht bedeckt ist, da der Teller
6 unterhalb des Spiegels und damit unterhalb der gebildeten Eisfläche liegt, so
daß eine einwandfreie Abführung des Klarwassers auch bei winterlichen Temperaturen
gewährleistet ist.
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Die Abbildungen 3 und 4 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform.
Anstelle der aus Lochblechen gebildeten Zwischenwand 3 gemäß Abb. 1 besteht die
Zwischenwand aus Leitblechen 8, die zwischen einem oberen und einem unteren Ringkörper
9 angeordnet und über den inneren Umfang verteilt befestigt sind. Zwischen je zwei
benachbarten Leitflächen 8 wird ein senkrechter Durchtrittspalt
1o
für das Rohwasser gebildet. Die Leitflächen 8 sind entgegengesetzt der durch Pfeilell
angegebenen Richtungen des in den Behälter 1 einströmenden Rohwassersgerichtet,
so daß der durch die Pfeile 11 bezeichnete Drall in seiner Richtung umgekehrt wird,
wie die Pfeile 12 zeigen, so daß im Inneren des Behälters 1 ein Gegendrall herrscht,
der durch entsprechende Einstellung der Neigungen der Leitflächen 8 so bemessen
werden kann, daß einwandfreies Absinken der Flocken gewährleistet ist.