DE69401914T2

DE69401914T2 - Verteil- und reguliereinheit

Info

Publication number: DE69401914T2
Application number: DE69401914T
Authority: DE
Inventors: Joergen Mosbaek Johannessen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-01-11
Filing date: 1994-01-10
Publication date: 1997-10-02
Anticipated expiration: 2014-01-11
Also published as: DK0678136T3; EP0678136A1; ATE149604T1; DE69401914D1; EP0678136B1; WO1994016159A1; US5543038A; DK2393D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Verteil- und Reguliereinheit umfaßend ein Zuleitungsrohr mit Einlaß in eine Kammer mit einem oder mehreren Unterläufen und Überläufen.
In gemeinsamen Ablaufsystemen, worin Abwasser und Regenwasser in dieselbe Kloake zusammengeleitet werden, benutzt man Konzentratoren, um hydraulische Überlastung der Kläranlage bei starkem Niederschlag und damit großen Wassermengen in der Kloake zu vermeiden. Der enfachste, aber auch am wenigsten leistungsfähige Konzentrator ist eine Überfallkonstruktion. Eine solche Konstruktion umfaßt ein Sammelbecken mit einem Auslaß, einem Überfallrand und einem Zuleitungsrohr, normalerweise mit einem verhältnismäßig großen Querschnitt, weil er zur Spitzenbelastung angemessen werden muß. Deshalb wird die Strömungsgeschwindigkeit im Zuleitungsrohr verhältnismäßig klein, und suspendierter Stoff wird nach dem Boden des Zuleitungsrohrs sinken. Unmittelbar vor der Überfallkonstruktion wird die Konzentration suspendierten Stoffes deshalb höher am Boden als an oben sein. Diese Wirkung nimmt mit ansteigender Strömungsgeschwindigkeit und wegen Turbulenz ab. Heute werden keine Ansprüche an die Überfallkonstruktionen betreffend die Zuleitungsweise gestellt, und es ist ein Problem, daß die Turbulenz des Überfallrandes derart kräftig werden kann, daß die Wassermenge, die über den Überfallrand fließt, fast genau so verunreinigt wie die Wassermenge sein kann, die durch den abschneidenden Auslaß zur Kläranlage abgeleitet wird.
US-A-4 056 477 beschreibt einen Separierenapparat umfassend einen Separator von Einsatztyp, der in einem Tank angeordnet ist und eine Reihe von senkrecht erstreckenden und waagerecht in Abständen verteilten Schirmen aufweist, die bewirken, daß stillstehende Kanäle stromabwärts von den Schirmen vorhanden sind. Reihen von senkrecht mit Abständen verteilten Flügeln sind in den Abständen zwischen den Schirmen mit den Flügeln in abwechselnd Reihen angeordnet, die nach unten in entgegengesetzten Richtungen neigen. Wasser, das zum Separator fließt, ist bei den Schirmen zu den Flügeln abgeleitet und, als das Wasser zwischen die Flügel fließt, kommen fliessende und ausfällende Stoffe mit den Flügeln in Kontakt und werden in die stillstehenden Kanäle geleitet, um vom Separator entweder zu fließen oder zu senken.
Dieser Apparat wertet aber nicht den Vorteil aus, daß die Konzentration suspendierter Stoffe über den Querschnitt eines Zuleiteitungsrohres variieren kann.
Unter Fachleute ist es allgemein anerkannt, daß es keinen Zweck hat, größere Beckenrauminhalte in gemein- samen Kanalisationssystemen auszustalten, um die Menge von dem Rezipienten zugeleitenen Verunreinigungen zu begrenzen. Messungen haben so ergeben, daß die suspendierte Stoffmenge im an den Rezipienten zugeführten Wasser im großen ganzen dieselbe ist, ob es via Überlauf oder durch eine langzeitüberlastete Kläranlage zugeführt wird, weil eine Kläranlage mit einer langzeitigen oder momentanen Überlastung ihre Wirkung wegen Wegspülung des aktiven Schlammes verliert.
Der Zweck der Erfindung ist deshalb eine Verteil- und Reguliereinheit zu verschaffen, die im Verhältnis zu ihrer Wirkung billig ist, und die sichert, daß größtmögliche Menge von suspendierten Stoffen mit der kleinstmöglichen Wassermenge an die Kläranlage geleitet wird, sodaß die Variation der Menge von Verunreinigungen und in besonders der Menge von Wasser so klein wie möglich wird.
Dieser Zweck wird gemäß der Erfindung mittels einer Verteil- und Reguliereinheit erfüllt, worin in einer Enlaßkammer, mindestens eine Scheidewand für die Aufteilung des Einlaßes in zumindest zwei Schichten und für eine entsprechende Aufteilung der Kammer in zumindest zwei separaten Ebenen vorgesehen ist, wovon die untere mit dem Unterlauf und die obere mit dem Überfallrand verbunden sind. Hierdurch wird erreicht, daß das Abwasser im Einlaß in mindestens einen Unterteil mit höher Konzentration von suspendierten Stoffen und einen Oberteil mit niedriger Konzentration von suspendierten Stoffen aufgeteilt ist, und diese Aufteilung wird auf einer Stelle stattfinden, die nur in geringem Ausmaß, wenn überhaupt, bei der Mischungswirkung der Turbulenz vom Überfallrand angelangt.
Die Konzentration von suspendierten Stoffen im Zuleitungsrohr wird typischerweise über den Querschnitt derart variieren, daß die Konzentrationen mitten im Querschnitt auf einer vorbestimmten Ebene höher als an den Seiten sind, oder mit anderen Worten, die Konzen- trationsebene weist ein Konkavprofil auf, das in der Mitte höchst ist. Es kann deshalb vorteilhaft sein, die Aufteilungswand oder -wände derart auszustalten, daß der den Einlaß aufteilende Rand nach unten biegt und in der Mitte höchst ist, um dem Profil auf der Konzentrationsebene zu entsprechen.
Die Verteil- und Reguliereinheit, oder kurz die Reguliereinheit kann nach der Erfindung Einläße von einem Zufluß in der Form eines Zuleitungsrohres, eventuell in Übergröße, oder als Alternative in der Form eines Kanals oder eines Beckens aufweisen. Die Einlaßöffnung zur untersten Ebene der Kammer kann derart ausgestaltet sein, daß sie der Kapazität des Auslaßes entspricht. Der Auslaß ist vorzugsweise mit einer hydraulischen Bremse vorgesehen, z.B. einer Wirbelbremse, um Überlastung des nachfolgenden Teils des Kanalsystems zu vermeiden.
Wenn die Regulierenheit in Betrieb ist, d.h. wenn so große Wassermengen zugeleitet werden, daß ein Überfall stattfindet, wird die Konzentration suspendierten Stoffe entlang dem Bodenlauf im Zuleitungsrohr, Kanal oder Becken sichern, daß dieser Stoff durch den Unterlauf zur Kläranlage abgeleitet wird. Bei besonders großen Wassermengen, wird die Wirkung dieser Konzentration wegen der Turbulenz infolge der Strömungsgeschwindigkeit aber reduziert, und um diesem abzuhelfen, sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung angeordnet.
Gemäß einer solchen Ausführungsform ist von der zweitobersten Ebene der Kammer eine Verbindung zu einem Überlauf mit einem Überlaufrand z.B. auf derselben Höhe wie dem Überfallrand vorgesehen, und der Überlauf kann mit dem Auslaß stromabwärts von einer eventuellen Wirbelbremse verbunden sein. Als Alternative ableitet der Überfall in ein Becken, wovon er völlig oder teilwese durch eine Rückschlagklappe zurückkehren kann, die mit der ersten Kammer unter den ersten Ebene verbunden ist. Hierduch erreicht man, daß das über den Überfallrand fließende Wasser in einem Becken gespeichert wird, um zu einem späteren Zeitpunkt, wenn die Lastung weniger ist, an die Kläranlage geleitet zu werden, oder bei höherem Füllungsgrad in den Rezipient teilweise abgeleitet zu werden. Der Überlauf kann innerhalb der ersten Kammer angeordnet sein, oder ein Rohr kann von der betreffenden Ebene der ersten Kammer an den Überlauf leiten, der dann außerhalb der ersten Kammer angeordnet ist.
In einer Ausführungsform, worin die Zuleitung zur Überfallkonstruktion durch ein Zuleitungsrohr stattfindet, erstreckt sich der Querschnitt dieses Zuleitungsrohrs am Einlaß bis über den Querschnitt des Einlaßes. Hierdurch erreicht man, daß auf dem Wasser fliessende Verunreinigungen zurückgehalten werden, statt zum Überfallrand zu laufen.
In noch einer anderen Ausführungsform ist eine Hebervorrichtung am Überfallrand vorgesehen, wobei die obere Ebene der Kammer zumindst teilweise entleert wird, nachdem der Überfall in Funktion gewesen ist. Die Ablaufseite der Hebervorrichtung kann mit einem Auslaß verbunden sein, und in diesem Fall können die Einläße der Hebervorrichtung am oberen Teil des Zuleitungsrohrs am Einlaß zur ersten Kammer vorgesehen sein. Die Hebervorrichtung wird dann die leichten, oben des Einlaßes fliessenden Verunreinigungen auffangen.
Die letzterwähnte Anwendung einer Hebervorrichtung kann, in besonders in Verbindung mit großen Anlagen, vorzugsweise in Verbindung mit einer Ausführungsform benutzt werden, nach welcher eine Schwimmsperre am Einlaß vorgesehen ist, wobei erwähnte Sperre sich quer im Verhältnis zur Breite des Einlaßes erstreckt und derart ausgestaltet ist, daß sie den Wasserstand im Einlaß folgt, sowie ein Stopp, der die untere Kante der Schwimmsperre daran hindert, zur oberen Kante des Einlaßes gehoben zu werden. Hierdurch erreicht man, daß leichte Verunreinigungen wie Öl separat aufgesammelt werden, statt zum Auslaß geleitet zu sein.
Die Hebervorrichtung kann mehrere Einzelheber auf verschiedenen Ebenen und mit begrenzten Kapazitäten umfassen. Die Wirkung des Zuleitungsrohres als Konzentrator steigt mit zunehmendem Rückstau in der Kammer und damit rückwärts im Einlaß. Es kann deshalb vorteilhaft sein, mittels der Hebervorrichtung steigende Mengen von ganz oder teilweise reinem Wasser von der Kammer allmählich wegzuleiten, bevor der Überfall selbst in Funktion tritt, entweder zum Rezipienten oder zu einem Becken.
In einer weiteren Ausführungsform, ist eine zweite Scheidewand für die Aufteilung des unteren Teils des Einlaßes in zwei Schichten vorgesehen, wovon die untere mit dem Unterlauf und die obere mit dem Überlauf oder einem Becken verbunden sind.
Die Erfindung wird nachfolgend mittels Ausführungsformen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert, wo
Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Überfallkonstruktion mit einer erfindungsmäßigen Reguliereinheit,
Fig. 2 eine Sicht der Anlage nach Fig. 1 von oben gesehen,
Fig. 3 eine Anlage mit einer zweiten Ausführungsform der Reguliereinheit in senkrechter Schnitt gesehen,
Fig. 4 die Anlage nach Fig. 3 von oben gesehen,
Fig. 5 eine Anlage mit einen dritten Ausführungsform der Reguliereinheit in senkrechter Schnitt gesehen,
Fig. 6 einen senkrechten Schnitt durch ein anderes Becken umfassend einen Überlauf von einer darunter liegenden Ebene der Kammer der Reguliereinheit,
Fig. 7 eine Anlage mit einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Reguliereinheit in einem senkrechten Schnitt,
Fig. 8 die Anlage nach Fig. 7 von oben gesehen, zeigt,
Fig. 9-12 eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Reguliereinheit in einer Längssicht, in einem Querschnitt, von oben gesehen und in einem waagerechten Schnitt zeigen,
Fig. 13 die fünfte Ausführungsform mit einer Schwimmsperre im Einlaß zeigt, und
Fig. 14-16 Details in der Schwimmsperre nach Fig. 13 in einem Aufriß von der Kammer der Reguliereinheit gesehen, in einem senkrechten Schnitt, und in einem waagerechten Schnitt zeigen.
Die Zeichnung zeigt ein Zuleitungsrohr 1 mit einem Einlaß 1a in eine Überfallanlage 2 mit einer Verteil- und Reguliereinheit 2a und einem Überlaufsrohr 3. In der Reguliereinheit 2a ist eine Kammer 4 angeordnet, wobei die Kammer mit dem Zuleitungsrohr 1 verbunden ist und einen Überfallrand 4a und eine Scheidewand 5 aufweist, die eine Überlaufskammer 6 und eine Unterlaufskammer 7 bildet. Von der Unterlaufskammer 7 führt ein Auslaß in der Form eines abschneidenden Rohres 8, das an seinem Einlaß mit einer hydraulischen Bremse oder einem Regler 9 versehen ist. Auf der Oberseite der Scheidewand 5 ist ein größeres Steigrohr 10 gemäß der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform vorgesehen, welches Rohr ein kleineres mit dem abschneidenden Rohr 8 verbundenen Unter-Überlaufrohr 11 umfaßt. Auf der Oberseite der Scheidewand 5 ist ein Gitter 13 montiert, und die Hinterwand der Kammer 4 ist nach unten verlängert, um einen Schaumschirm 14 am Einlaß 1a zu bilden.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 3 und 4 ist das Unter-Überlaufrohr 11 mit Ausläßen zu einem angrenzenden Becken 16 versehen, wovon angesammelte und verunreinige Gewässer durch ein Rückschlagventil 15 zum Unterlauf ganz oder teilweise zurückkehren können.
In der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform ist das Steigrohr 10 durch ein Unter-Überlaufrohr 23 ersetzt worden, das in das angrenzende Becken 16 Auslaß hat. Das Becken ist in Fig. 6 gezeigt und umfaßt eine Vorkammer 18 mit einem in der Höhe einstellbaren Überlaufrand 19 und einem Rückschlagventil 15, wodurch angesammelte und verunreinige Gewässer zum Unterlauf ganz oder teilweise zurückkehren können. In der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist auch eine Hebervorrichtung 17 vorhanden.
In Fig. 7 und 8 ist eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt, worin die Unterlaufskammer mittels einer weiteren Scheidewand 20 derart aufgeteilt ist, daß die Unterlaufskammer in einer eigentlichen Unterlaufskammer 7 und einer Unter-Überlaufskammer 21 aufgeteilt ist, wovon die Unter-Überlaufsleitung 23 sich erstreckt. In dieser Ausführungsform ist die Hebervorrichtung 17 weiter mit Ausläßen zu einer besonderen Kammer an der Reguliereinheit 2a vorgesehen, wovon ein Auslaß 22 sich erstreckt. In diesem Fall ist es möglich, die Zuleitungsseite der Hebervorrichtung 17 nach unten zum unteren Rand des Schaumschirms 14 zu verlängern, um diesen zu ersetzen. Auf diese Weise können Flüssigkeiten wie Öl und Fett dadurch gefangen werden, daß der Strom durch das Heberauslaßleitung 22 zu einem Öl- oder Fettseparator geleitet wird. In Fig. 8 ist die Scheidewand 5 mit einer konkaven Vorderkante 25 gezeigt. Hierdurch erreicht man, daß das Einströmen der Flüssigkeit mit einem konkaven, dem Konzentrationsprofil entsprechenden Profil aufgeteilt wird, wie in der Einleitung erklärt.
Die einzelnen Details können in verschiedener Weise nach aktuellem Bedarf kombiniert werden.
In allgemein funktioniert der Konzentrator auf folgende Weise:
Bei trockenem Wetter, das etwa 94-% der Zeit im Jahr ist, fließt der Trockenwetterstrom, der Abwasser-, Einsickern und vielleicht Dränwasser umfaßt, durch das System und direkt zur Kläranlage.
Bei Regen nimmt der Strom zu, und wenn die Zuleitung größer als der Auslaß wird, entsteht ein Rückstau in der Verteil- und Reguliereinheit 2a und oben durch das Zuleitungsrohr 1, das nach und nach angefüllt wird, bis das Wasser die Überfallkante 4a, die Hebervorrichtung 17 oder den Unter-Überlauf 11;19 angelangen ist.
Regen, das keinen Überlauf verursacht, ist in dieser Verbindung nicht interessant, weil die ganze Wassermenge durch die Kläranlage dennoch passiert.
Im Hinblick auf Regen, das Überlauf verursacht, kann der Überlauf in Kapazität und Startzeit derart angepaßt werden, daß er anfängt, wenn die Kapazität des Auslaßes und des Überlaufs zusammen die Kapazität des Zuleitungsrohres als Konzentrator übersteigt, sodaß die reduzierte Konzentratorwirkung durch einen erhöhten Unterlauf ausgeglichen wird.
Wenn die Reguliereinheit 2a mit einer Hebervorrichtung 17 vorgesehen ist, wo die Kapazität des Auslaßes und der Hebervorrichtung zusammen der Kapazität des Zuleitungsrohres als Konzentrator entspricht, kann der Unter-Überlauf in der Höhe derart angepaßt werden, sodaß er gleichzeitig mit dem Überlauf anfängt, wobei die reduzierte Konzentratorwirkung dadurch ausgeglichen wird.
Wenn das Zuleitungsrohr verhältnismäßig klein und mit einem verhältnismäßig großen Fall ist, sodaß das Volumen innerhalb einer akzeptabelen Verstauungshöhe begrenzt ist, kann der Unter-Überlauf auf Start eingestellt sein, bevor der Überlauf und die Hebervorrichtung in Funktion treten.
Fig. 9-12 zeigt eine Ausführungsform, worin die Kammer 4 rechteckig statt kreisförmig ist. Ein Unter- Überlauf ist hier als ein Mittelding zwischen den Unter-Überläufen in den Ausführungsformen gemäß Fig. 1- 2 bzw. Fig. 5-6 vorgesehen: ein senkrechtes Rohr 26 neben der Kammer 4 ist in zwei Kanälen zur Bildung eines Stiegrohres 10' bzw. eines Unter-Überlaufsrohres 11' aufgeteilt, wobei das Stiegrohr 10' mit der Kammer 4 durch ein kurzes Rohr 23' verbunden ist, und das Unter-Überlaufsrohr 11' in das abschneidende Rohr 8 ausmündet.
Fig. 13 zeigt die Ausführungsform gemäß Fig. 9-12, worin ein beweglicher Schaumschirm in der Form einer Schwimmsperre 27 am Einlaß 1a vorgesehen ist, um auf alle Fälle leichte Verunreinigungen zurückzuhalten. Der Einlaß 1a weißt in diesem Fall einen rechteckigen Querschnitt auf, um die Konstruktion der Schwimmsperre 27 so einfach wie möglich zu machen. Wie aus Fig. 10- 12 ersichtlich, umfaßt die Schwimmsperre einen im wesentlichen kassenförmigen Körper 28, dessen Oberteil und Seiten mit zusammenhängenden Finnen 29, 30 für Abdichtung versehen sind. Die Finnen 30 der Seiten sind in Führungsbahnen 31 geleitet und sind mittels Lippendichtungen 32 aus ölresistentem Gummi oder ähnlichem dagegen abgedicht. Auf der oberen Seite des Einlaßes ist ein Stopp in der Form eines nach unten öffnenden Kanals 33 zum Empfang der oberen Finne 29 vorgesehen. Wenn der Wasserstand am Einlaß 1a niedrig ist, fließt die Schwimmsperre 27 auf dem Wasser, indem sie bei den Führungsbahnen 31 geleitet wird, und sie wird die oberen Wasserschichten und damit leichten auf dem Wasser fliessenden Unreinigkeiten zurückhalten. Die Lippendichtungen 32 werden die oberen Wasserschichten an Strömung um die Schwimmsperre 27 herum hindern. Wenn der Querschnitt des Einlaßes 1a mit Wasser gefüllt ist, wird die Schwimmsperre zur in Fig. 13-16 gezeigten Stellung gehoben. Die obere Finne 29 ist im Kanal 33 empfangen, und eine Lufttasche 34 wird gebildet, die als ein Pfropf dient und die die oberen Wasserschichten im Zuleitungsrohr 1 an der Strömung über die Schwimmsperre 27 hindert, wenn das Wasser in der Kammer 4 gegen den Überfallrand 4a steigt. Die Lufttasche 34 braucht nur eine zureichende Höhe H um zu hindern, daß Luft beim Druckabfall in der Strömung wegen der Schwimmsperre 27 ausgepreßt wird.

Claims

1. Verteil- und Reguliereinheit umfaßend eine Kammer (4) mit einem Einlaß (1a), einem Unterlauf (8) und einem Überfallrand (4a), dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (4) wenigstens eine Scheidewand (5) für die Aufteilung des Einlaßes (1a) in zumindest zwei Schichten und für eine entsprechende Aufteilung der Kammer (4) in zumindst zwei separaten Ebenen (6, 7) vorgesehen ist, wovon die untere mit dem Unterlauf (8) und die obere mit dem Überfallrand (4a) verbunden sind.

2. Verteil- und Reguliereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der zweitobersten Ebene (7; 21) der Kammer (4) eine Verbindung zu einem Überlauf (11; 18) mit einem Überlaufrand (19) auf derselben Höhe wie oder niedriger als dem Überfallrand (4a) vorgesehen ist, und dadurch daß der Überlauf mit dem Unterlauf (8) verbunden ist.

3. Verteil- und Reguliereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Überfallrands (4a) und/oder des Überlaufrands (19) einstellbar ist.

4. Verteil- und Reguliereinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Überlauf (18) mit einem Becken (16) verbunden ist, das einen mit der Kammer (4) unter der oberen Ebene (5) durch ein Rückschlagventil (17) verbundenen Auslaß umfaßt.

5. Verteil- und Reguliereinheit nach den Ansprüchen 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung (23) von einer Ebene (7; 21) der Kammer (4) führt und mit dem außer der Kammer angeordneten Überlauf (18) verbunden ist.

6. Verteil- und Reguliereinheit nach den Ansprüchen 1-5 und umfaßend ein Zuleitungsrohr (1), dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Zuleitungsrohrs sich am Einlaß (1a) bis über den Querschnitt des Einlaßes erstreckt.

7. Verteil- und Reguliereinheit nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hebervorrichtung (17) am Überfallrand (4a) vorgesehen ist, wobei die obere Ebene (5) der Kammer (4) zumindst teilweise entleert wird, nachdem der Überfall in Funktion gewesen ist.

8. Verteil- und Reguliereinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufseite der Hebervorrichtung (17) mit einem Auslaß (22) verbunden ist.

9. Verteil- und Reguliereinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebervor- richtung mit Einlaß am oberen Teil des Zuleitungsrohrs (1) am Einlaß (1a) zur ersten Kammer (4) vorgesehen ist.

10. Verteil- und Reguliereinheit nach den Ansprüchen 2-9, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine zweite Scheidewand (20) für die Aufteilung des unteren Teils des Einlaß (1a) vom Zuleitungsrohr (1) in zwei Schichten umfaßt, wovon die untere mit dem Unterlauf (8) und die obere durch einen Auslaß (23) mit dem Überlauf (18) verbunden sind.

11. Verteil- und Reguliereinheit nach den Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwimmsperre (27) am Einlaß (1a) vorgesehen ist, wobei erwähnte Sperre sich quer im Verhältnis zur Breite des Einlaßes (1) erstreckt und derart ausgestaltet ist, daß sie den Wasserstand im Einlaß (1a) folgt, sowie ein Stopp (33), der die untere Kante der Schwimmsperre (27) daran hindert, zur oberen Kante des Einlaßes (1a) gehoben zu werden.