DE68913120T2 - Separator. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Separator, der bei Betrieb mit geringem Energieaufwand aus einem Flüssigkeitsgemisch die Feststoffbestandteile abtrennt. Sie betrifft insbesondere Verbesserungen, durch die der Reinwasserauslaß des Separators im normalen Rundlauf einer darin zirkulierenden Flüssigkeitsmischung angeordnet werden kann.
• Die GB-PS 2 082 941 offenbart einen Separator, der sich, angeordnet in Regenwasserüberläufen, besonders gut zum Scheiden von z.B. Klärabfall und anderen festen Bestandteilen aus Wasser eignet. Der Separator ist ein zylindrischer Behälter, der einen tangential liegenden Einlaß aufweist. Der Einlaß erzeugt im Behälter eine Kreisströmung. Die Kreisströmung ist außen relativ schnell und innen vergleichsweise langsam. Die Scherzone zwischen diesen beiden Bereichen wird von einer ringförmigen Tauchplatte stabilisiert. Sie steht vom oberen Behälterende nach unten vor. Der Behälter besitzt ein strömungsänderndes Teil, das den Entsatz der Feststoffe, die sich am Behälterboden ansammeln, zum Auslaß in der Mitte begünstigt. Das gereinigte Wasser wird am Behälter oben abgezogen. Bei den Ausführungsforinen der GB-PS 2 082 941 ist der Behälter oben mit einem Deckel verschlossen. Die Behälter-Flüssigkeit wird dazu gezwungen, zwischen einer horizontalen Ablenkplatte und dem Behälterdeckel oberhalb durchzufließen. In dem ringförmigen Spalt zwischen dem Behälterdeckel und der Ablenkplatte befinden sich Platten, die die Strömung des Reinwassers im Auslaß stören. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß im Behälter bei der Aufhebung der Rundströmung der Flüssigkeit Energie frei wird. Dies ist aber erforderlich, will man die saubere Flüssigkeit vor dem Auslaß in einer zentralen Kammer sammeln.
• Die GB-PS 2 152 401 betrifft eine Klärvorrichtung zum Abscheiden von teilchenförmigen Stoffen aus einer Flüssigkeit.
• Der Behälter hat ein zylindrisches Teil, das durch ein schräges Dach zu dem Behälter vorsteht. Das zylindrische Teil ergibt oben einen Überlauf, über den die gereinigte Flüssigkeit zum Auslaß gelangt.
• Erfindungsgemäß wird ein Separator bereitgestellt, der bei Betrieb mit geringem Energieaufwand aus einem Flüssigkeitsgemisch die Feststoffbestandteile abscheidet, umfassend einen Behälter (1) mit einer zylindrischen Außenwand (2) und einem Boden (3) an einem Ende, wobei der Behälter (1) versehen ist mit (a) einem Körper (4), der mit dem Boden (3) eine ringförmige Öffnung (5) ergibt, die von der Außenwand (2) beabstandet ist; (b) einem Einlaß (6), durch den die Flüssigkeit mit den Feststoffteilen in den Behälter (1) gelangt; (c) Einrichtungen (6), die in dein Behälter (1) eine Drehbewegung der Flüssigkeit und der suspendierten Feststoffe fördern; sowie (d) einer Auslaßleitung (7), durch die die Flüssigkeit, von der die Feststoffe abgeschieden wurden, aus einem mittigen Bereich des Behälters (1) entsetzt wird, wobei die Auslaßleitung (7) in einem oberen Bereich des Behälters (1) angeordnet ist und vom mittigen Bereich des Behälters (1) bis zur Außenwand (2) und durch sie hindurch über den normalen, unmittelbaren Kreisweg der zirkulierenden Flüssigkeit im Behälter (1) hinweggeht, wobei eine strömungsbeeinflussende Einrichtung (14) in der Nähe der Auslaßleitung (7) vorgesehen ist, so daß die im Behälter (1) zirkulierende Flüssigkeit gezwungen wird, um die Leitung (7) herumzufließen und zwar abseits ihrer normalen Kreisbahn, so daß die Wirbelbildung vermindert ist.
• Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich besonders für Separatoren, die keinen Deckel für die Flüssigkeit in dem Behälter haben.
• Der Auslaß kann von einem zentralen zylindrischen Abschnitt des Behälters weggehen. Er wird innen von einer ringförmigen Tauchplatte begrenzt, die selbst innenseitig der Separatoraußenwand unter Abstand angeordnet ist. Der Auslaß kann ein umschlossenes Rohr sein oder auch ein offener Gully - in Form einer Auslaufrinne, die von einem Schlitz in der Tauchplatte abgeht.
• Der Auslaß kann horizontal angeordnet sein, und er sollte nicht radial, sondern allgemein tangential verlaufen, damit die kinetische Energie der im Behälter kreisenden Flüssigkeit beim Ablaufen über den Auslaß nicht verloren geht. Der Auslaß kann zwei Wände aufweisen: Eine Wand geht von der Tauchplatte in eine Richtung ah, die eine tatsächliche Tangente zur Tauchplatte darstellt.
• Die strömungsändernde Einrichtung kann eine Ablenkplatte umfassen, die von der Außenseite der ringförmigen Tauchplatte zur Innenseite der Behälteraußenwand radial verläuft. Diese Ablenkplatte lenkt die im oberen Behälterabschnitt kreisende Flüssigkeit, ohne Turbulenzen zu erzeugen, herab. Da der Auslaß senkrecht zum normalen Umlauf des Flüssigkeitsgemisches im Behälter steht, lenkt die gekrümmte Ablenkplatte die Flüssigkeit, die sonst direkt auf eine Seitenwand des Ablaufs fließen würde, vorzugsweise auf das unterste Niveau der Auslaßleitung, oder unmittelbar darunter. Dies kann durch eine gekrümmte glatte Fläche, z. B. wie in einer Ausführungsform, in Gestalt einer Venturidüsenhälfte erfolgen. So eine Formgebung hält die Turbulenzen möglichst klein.
• Die Einrichtung zur Förderung der Kreisbewegung der Flüssigkeit und der suspendierten Feststoffe innerhalb des Behälters kann durch den Behältereinlauf, über den das Flüssigkeitsgemisch in das Gefäß eingebracht wird, verkörpert sein. In diesem Fall ist der Einlauf tangential angebracht, und die kinetische Energie der in das Gefäß einströmenden Flüssigkeitsmischung genügt, daß im Behälter eine Kreisbewegung eingeleitet und aufrechterhalten wird. Anders oder zusätzlich kann ein weiterer Einlauf vorgesehen sein, durch den eine anregende Flüssigkeit ins Gefäß eingeführt und der Wirbel verstärkt wird (vgl. unsere GB-PS 2 158 741).
• Es liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung, daß der Auslaß so ausgeführt ist, daß er die strömungsändernde Einrichtung umfaßt.
• Es liegt weiter im Rahmen der vorliegenden Erfindung, eine strömungsändernde Einrichtung stromab des Auslaßrohrs vorzusehen, welche die Flüssigkeitsströmung im Behälter sanft und ohne Erzeugen von unerwünschten Wirbeln auf deren Normalniveau bringt.
• Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und zur Darstellung, wie sie in die Praxis umzusetzen ist, wird nun beispielhaft auf die nachfolgenden Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigt:
• Fig.1 eine allgemeine Perspektivansicht von einem erfindungsgemäßen Separator, wobei ein Teil der Außenwand weggelassen ist, um dessen "Innenleben" freizulegen;
• Fig.2 eine schematische Draufsicht auf den Separator gemäß Fig.1; und
• Fig.3 einen Schnitt entlang der Kreislinie A-A in Fig.2.
• Der in den Figuren 1 und 2 gezeigte Separator umfaßt ein Gefäß 1 mit einer zylindrischen Außenwand 2 und einem schräg abfallenden konischen Boden 3. Der Separator kann in der Erde eingegraben sein, wobei dann das Gefäß 1 mit einem Deckel 16, der üblich oben mit der Bodenfläche abschließt, verschlossen ist. Der Deckel 16 kann Zugangsöffnungen aufweisen (nicht gezeigt), die einen Einblick in die Funktion des Separators gewähren. Das Gefäß 1 weist ein kegelförmiges strömungsänderndes Element 4 auf, das mit dem Boden 3 eine ringförmige Öffnung begrenzt, die selbst von der Behälteraußenwand 2 beabstandet ist. Es ist ein tangentialer, durch die Außenwand 2 führender Einlauf 6 (mit gestrichelten Linien dargestellt) in das Gefäß 1 vorgesehen, durch den eine feststoffhaltige Flüssigkeit in das Gefäß 1 eingebracht werden kann. Weiterhin vorgesehen sind eine tangentiale Auslaßrinne 7 und eine ringförmige Tauchplatte 8, die konzentrisch zur Außenwand 2 läuft und zu ihr durch einen kreisförmigen Spalt 9 beabstandet ist. Die Tauchplatte 8 wird von horizontalen Trägern (nicht gezeigt) gehalten. Die Auslaßrinne 7 ist als Ausgußrinne in der Tauchplatte 8 ausgebildet. Die Auslaßrinne 7 weist Seitenwände 10a und 10b sowie einen Boden 11 auf, wobei diese sich durch die Außenwand 2 des Gefäß 1 in einem oberen Abschnitt desselben fortsetzt. Die oberen Kanten 10a, 10b der Seitenwände 10a und 10b der Auslaßrinne 7 befinden sich auf dem selben Niveau wie die Oberkante der Tauchplatte 8, während der Boden 11 der Auslaßrinne 7 sich in einer Ebene befindet, die etwa zwei Drittel der Gesamthöhe der Tauchplatte 8 entspricht. Die Tauchplatte 8 weist eine von den Seitenwänden 10a, 10b der Auslaßrinne 7 durchbrochene Oberkante 12 sowie eine untere durchgängige ringförmige Kante 13 auf.
• In dem ringförmigen Spalt 9 zwischen der Außenwand 2 und der Tauchplatte 8 ist eine gekrümmte, die Strömung ändernde Platte 14 vorgesehen, die sich radial quer zum ringförmigen Spalt erstreckt und von einer sich in etwa auf dem Niveau der Oberkante 12 der Tauchplatte 8 befindlichen Ebene zu einer sich in etwa auf dem Niveau des Bodens 11 der Auslaßrinne 7 erstreckenden Ebene führt. Die gekrümmte Platte 14 erreicht das Niveau des Bodens 11 der Auslaßrinne 7 etwas oberstromig von der Auslaßrinne 7. Auf dem kurzen Abschnitt zwischen der Auslaßrinne 7 und der Stelle, an der die gekrümmte Platte 14 endet, ist eine flache Platte 15 vorgesehen, die sich in etwa in der selben Ebene wie der Boden 11 der Auslaßrinne 7 befindet.
• Die Fig.2 und 3 zeigen detaillierter die Anordnung der die Strömung modifizierenden Platte 14 im Behälter 1, wobei die Betriebsweise des Separators nachfolgend anhand dieser Figuren als auch unter Bezug auf Fig.1 näher erläutert wird.
• Unter regulären Betriebsbedingungen wird Sammelwasser, beispielsweise Regenwasser aus Straßenablaufwasser, über den Einlauf 6 in das Gefäß 1 eingebracht. Normalerweise liegt die Zuflußrate der Flüssigkeit zum Behälter 1 relativ niedrig, wobei der Separator beinahe ausschließlich als Klärkessel fungiert, bei dem Material mit einer größeren Dichte als Wasser auf den Boden 3 des Behälters 1 sinkt, während das gereinigte Wasser langsam in die Auslaßrinne 7 überläuft und ausgetragen wird. Die Flüssigkeit im Behälter 1 wird hierbei nur sehr langsam, wenn überhaupt zirkulieren.
• Bei einem Sturm, bei dem eine große Menge Sediment, Gesteinsschutt und andere Feststoffe mit dem Auslaßwasser mitgerissen werden, fließt jedoch die über den tangentialen Einlauf 6 in das Gefäß 1 einströmende Flüssigkeit aufgrund des hohen Staudrucks der in der Kanalisation gestauten Flüssigkeit, mit einer viel höheren Geschwindigkeit. Unter diesen Bedingungen füllt sich das Gefäß 1 rasch, wobei die über den Einlauf 6 tangential in das Gefäß 1 einströmende Flüssigkeitsmischung in demselben in die mit Pfeilen (Fig.1) gekennzeichnete Richtung zu zirkulieren beginnt. Wie in unserer GB-PS 2 082 941 dargestellt, reicht diese kreisende Strömung im Behälter 1 aus, um einen nach innen gerichteten Spüleffekt zur ringförmigen Öffnung 5 hin bei den sedimentierten Feststoffen, die sich am Boden des Behälters 1 angesammelt haben, zu erzeugen. Jedoch ist die Energie der kreisenden Flüssigkeit nicht so hoch, daß Zentrifugalkräfte einen wesentlichen Einfluß auf die im Behälter 1 umlaufenden Feststoffteilchen auszuüben vermögen. Die am Boden angesammelte Masse kann über einen zentralen (nicht dargestellten) Auslaß entfernt werden. Das strömungsändernde Element 4 unterstützt die Ausbildung einer zweiten kreisringförmigen Strömung im Gefäß 1, während die ringförmige Tauchplatte 8 eine Scherzone zwischen der äußeren relativ langsamen und der inneren relativ schnellen Flüssigkeitsströmung im Gefäß 1 stabilisiert.
• Bei einem Sturm liegt das obere Niveau der Flüssigkeit im Behälter 1 nahe an der Oberkante der ringförmigen Tauchplatte 8, wahrscheinlich in etwa auf dem in Fig.3 durch die Linie 20 gekennzeichneten Niveau.
• Wie ersichtlich, ist die Kreisströmung der Flüssigkeit im Behälter 1 von entscheidender Bedeutung für die Trenneigenschaften des Separators, wobei jegliche unerwünschte Turbulenz die Wirksamkeit des Separators beeinträchtigen kann. Hierbei ist die Auslaßrinne 7 des Separators insofern problematisch, als sie bei den in den Fig.1 bis 3 dargestellten Separatorkonstruktionen im normalen umlaufenden Strömungspfad des Flüssigkeitsgemisches im Behälter 1 liegt. Demgemäß sieht die vorliegende Erfindung eine strömungsändernde Platte 14 vor, die die in das Gefäß einströmende Flüssigkeit sanft um die Auslaßrinne 7 herumlenkt. Der Radius der Krümmung der Platte 14 nimmt stetig bis zu einem Maximum ungefähr in der Mitte der Plattenlänge zu und sinkt anschließend auf Null an der Stelle, wo die Platte 14 auf die flache Platte 15 trifft. Die strömungsändernde Platte 14 ist als halbes Venturirohr geformt, wobei diese Form mathematisch bedingt zu einem Turbulenzminimum in einer strömenden Flüssigkeit führt. Aufgrund der ringförmigen Ausgestaltung des Spalts 9 ist es unabdingbar, das im Behälter 1 kreisende Wasser auf ein Niveau zu bringen, das auf der gleichen Ebene bzw. darunter wie der Boden 11 des Ablaufs 7 etwas oberstromig von der Seitenwand 10a der Auslaßrinne 7 liegt. Wie aus Fig.2 ersichtlich, endet demgemäß die gekrümmte strömungsändernde Platte 14 an der gestrichelten Linie 21, wo diese mit der mit dem Boden 11 der Auslaßrinne 7 koplanaren flachen Platte 15 zusammenstößt.
• Es versteht sich, daß sich jede Gestaltung der strömungsändernden Platte 14 eignet, die in der Lage ist, die im Behälter 1 kreisende Flüssigkeit auf das Niveau des Bodens 11 der Auslaßrinne 7 bzw. auf ein darunter liegendes Niveau ohne Erzeugung einer übermäßigen Turbulenz zu bringen. Hierfür sind scharfe Kanten zu vermeiden. Demzufolge sind die Auslaßrinne 7 und die strömungsändernden Einrichtungen 14, 15 mit abgerundeten Kanten versehen, um die Strömung im Behälter 1 zu beruhigen.
• Weiterhin kann zwecks weiterer Reduzierung der Turbulenz eine strömungsändernde Platte stromabwärts von der Auslaßrinne 7 vorgesehen werden, wodurch die im Behälter 1 strömende Flüssigkeit sanft auf das reguläre Flüssigkeitsniveau des Behälters 1 gebracht werden kann. Die strömungsändernde Platte stromab der Auslaßrinne 7 kann eine Gestalt aufweisen, die spiegelbildlich zu derjenigen der strömungsändernden Platte 14 bzw. der Platte 15 im oberstromigen Abschnitt der Rinne 7 ist.
• Der erfindungsgemäße Separator kann übereinstimmend mit dem in unserer GB-PS 2 158 741 dargestellten, ausgeführt sein, bei dem ein weiterer Einlauf vorgesehen ist, durch den eine "energieliefernde Flüssigkeit" dergestalt in das Gefäß 1 eingebracht werden kann, daß eine Kreisbewegung der Flüssigkeit im Behälter 1 hervorgerufen bzw. verstärkt werden kann.
• Das in Fig.1 dargestellte Gefäß weist einen Bodenabschnitt entsprechend unserer GB-PS 2 189 413 auf, jedoch kann dieser auch gemäß den Zeichnungen unserer GB-PS 2 082 941 ausgeführt sein.
• Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich insbesondere für Separatoren, bei denen das obere Niveau der Flüssigkeit im Behälter 1 nicht vom Deckel begrenzt wird.

Claims (13)

1. Separator, der bei Betrieb mit geringem Energieaufwand, hauptsächlich durch Schwerkraft, aus einem Feststoff- Flüssigkeitsgemisch die Feststoffbestandteile abtrennt, umfassend einen Behälter mit einer zylindrischen Außenwand und einem Boden an einem Ende, wobei der Behälter versehen ist mit (a) einem Körper, der mit dem Boden eine ringförmige Öffnung ergibt, die von der Außenwand beabstandet ist; (b) einem Einlaß, durch den die Flüssigkeit mit den Feststoffbestandteilen in den Behälter gelangt; (c) Einrichtungen, die in dem Behälter eine Drehbewegung der Flüssigkeit und der suspendierten Feststoffe fördern; sowie (d) einer Auslaßleitung, durch die die Flüssigkeit, von der die Feststoffe abgetrennt worden sind, aus einem mittigen Bereich des Behälters entsetzt wird, wobei die Auslaßleitung in einem oberen Bereich des Behälters angeordnet ist und vom mittigen Bereich des Behälters bis zur Außenwand und durch sie hindurch über den normalen, unmittelbaren Kreisweg der zirkulierenden Flüssigkeit im Behälter hinweggeht, wobei eine strömungsbeeinflussende Einrichtung in der Nähe der Auslaßleitung vorgesehen ist, so daß die im Behälter zirkulierende Flüssigkeit gezwungen wird, um die Leitung herumzufließen und zwar abseits ihrer normalen Kreisbahn, wobei die Wirbelbildung vermindert ist.

2. Niederenergetischer Separator nach Anspruch 1, wobei der Behälter offen ist.

3. Niederenergetischer Separator nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Auslaß von einem zylindrischen Zentralabschnitt des Behälters weggeht und innen von einer ringförmigen Tauchplatte begrenzt wird, die selbst wieder mit Abstand innerhalb der Außenwand des Behälters angeordnet ist.

4. Niederenergetischer Separator nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Auslaß ein umschlossenes Rohr ist.

5. Niederenergetischer Separator nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei der Auslaß ein offener Gully ist und zwar eine Auslaßrinne, die von einem Spalt in der Tauchplatte weggeht.

6. Niederenergetischer Separator nach Anspruch 3, 4 oder 5, wenn abhängig von Anspruch 3, wobei die strömungsändernde Einrichtung eine Ablenkplatte umfaßt, die von der Außenfläche der ringförmigen Tauchplatte radial zur Innenseite von der Außenwand des Behälters verläuft, so daß die im oberen Abschnitt des Behälters kreisende Flüssigkeit unter möglichst kleiner Wirbelbildung auf ein niedrigeres Behälterniveau gebracht wird.

7. Niederenergetischer Separator nach Anspruch 6, wobei die Ablenkplatte eine gekrümmte glatte Fläche aufweist.

8. Niederenergetischer Separator nach Anspruch 7, wobei die gekrümmte glatte Fläche als Venturirohrhälfte ausgeführt ist.

9. Niederenergetischer Separator nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei der Auslaß so ausgeführt ist, daß er die strömungsändernde Einrichtung beinhaltet.

10. Niederenergetischer Separator nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei eine strömungsändernde Einrichtung stromab des Auslaufs vorgesehen ist, so daß die Flüssigkeitsströmung im Behälter sanft und ohne Erzeugung unnötiger Wirbel auf ein normales Niveau gebracht wird.

11. Niederenergetischer Separator nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei die Einrichtung zur Erzeugung einer Kreisbewegung bei der Flüssigkeit und den suspendierten Feststoffen im Behälter aus dem Einlaß in den Behälter besteht und daß über den das Flüssigkeitsgemisch in den Behälter eingebracht wird.

12. Niederenergetischer Separator nach Anspruch 11, wobei der Einlaß tangential angebracht ist.

13. Verfahren zum Abscheiden von Feststoffen aus einem Flüssigkeitsgemisch mit einem Separator gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend:

das Einbringen einer feststoffhaltigen Flüssigkeit über den Einlaß in den Behälter und

das Erzeugen einer Kreisbewegung der Flüssigkeit und der suspendierten Feststoffe innerhalb des Behälters, wobei die im Behälter erzeugte Kreisbewegung ausreicht, um Feststoffe, die sich am Boden des Behälters angesammelt haben, nach innen zu einer ringförmigen Öffnung zu spülen oder die Spülwirkung zu verstärken, wobei diese Bewegung aber so wenig Energie enthält, daß das Abscheiden der Feststoffe aus der Flüssigkeit im Behälter hauptsächlich durch Schwerkraft erfolgt.