DE1642871B1

DE1642871B1 - Schraegklaerer zum abscheiden von schlamm aus fluessigkeiten

Info

Publication number: DE1642871B1
Application number: DE1968R0048212
Authority: DE
Inventors: Hedstroem Bengt Olof Arvid; Hjort Jan Otto
Original assignee: Rederi Nordstjernan AB
Current assignee: Rederi Nordstjernan AB
Priority date: 1967-03-13
Filing date: 1968-03-12
Publication date: 1973-03-08
Also published as: ES351556A1; DE1642871C2; GB1219982A; DK133417B; FI48677C; JPS5211065B1; BE712118A; FI48677B; NO122007B; SE334341B; NL6803576A; DK133417C; US3494475A; RO63978A; FR1557298A

Description

Die Erfindung betrifft einen Schrägklärer zum Abscheiden von Schlamm aus Flüssigkeiten mit in der Fließrichtung geneigten Platten.

Durch die schweizerische Patentschrift 252 745, die deutschen Patentschriften 515 105 und 969 293 sowie die USA.-Patentschrift 3 272 341 sind Schrägklärer der obengenannten Art bekannt, bei denen der Schlamm in einer Richtung und die geklärte Flüssigkeit in unmittelbarer Berührung mit der Schlammschicht in entgegengesetzter Richtung strömen. Um hierbei ein Verstopfen der Sedimentationskammern durch den Schlamm zu vermeiden, müssen die Platten gegenüber der Horizontalen um mindestens 55° geneigt werden. Dieser große Neigungswinkel führt außerdem zu geringen Separierungseffekten und zu einer ungünstig hohen Bauweise und einem hohen Bauvolumen, wie das im folgenden noch im einzelnen dargelegt wird.

Bei einem weiteren durch die deutsche Patentschrift 407 374 bekannten Schrägklärer der eingangs genannten Art strömt der Schlamm quer zur Strömungsrichtung der geklärten Flüssigkeit ab. Auch hier wirken die sich kreuzenden Strömungen der geklärten Flüssigkeit und des Schlammes in ähnlicher Weise wie bei den oben beschriebenen nach dem Gegenstromprinzip arbeitenden Schrägklärern in behindernder Weise aufeinander, so daß die Platten stark geneigt werden müssen, was wiederum den Separierungseffekt beeinträchtigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schrägklärer zum Abscheiden von Schlamm aus Flüssigkeiten zu schaffen, der einen hohen Separierungseffekt ermöglicht, einfach und billig ist und ein geringes Bauvolumen erfordert.

Die Aufgabe ist bei einem Schrägklärer der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Abfluß für den Schlamm neben dem Abfluß für die geklärte Flüssigkeit an dem dem Zufluß J gegenüberliegenden Ende angeordnet ist und daß beide ^ Abflüsse einer jeden von je zwei Platten begrenzten Sedimentationskammern durch eine an sich bekannte, zu den geneigten Platten parallele Trennplatte, welche sich nur über deren Abfluß-Randbereich erstreckt, voneinander getrennt sind.

Der Schrägklärer gemäß der Erfindung arbeitet nach dem Gleichstromprinzip, bei dem die Zuführung der zu klärenden Flüssigkeit am einen Ende der Sedimentationskammer erfolgt, wobei der sich abscheidende Schlamm und die geklärte Flüssigkeit parallel zueinander in gleicher Richtung ihren jeweils zugeordneten, neben- oder übereinanderliegenden Abflüssen zuströmen. Die Platten sind im wesentlichen eben oder gewellt oder aus Festigkeitsgründen leicht gebogen.

Durch den Schrägklärer gemäß der Erfindung wird erreicht, daß bei einer zwischen den Platten nach unten gerichteten Strömung sich der Schlamm auf der oberen Fläche der unteren Platte einer Sedimentationskammer absetzt, so daß es möglich ist, in Rich- g tung vom Zufluß zu den Abflüssen der Sedimentations- f kammer hin eine schrittweise klarer werdende Trennfläche zwischen den Strömungen zu unterscheiden, nämlich eine geklärte Flüssigkeitsströmung und darunter eine Strömung des sich absetzenden Schlammes, der auf der oberen Fläche einer jeden unteren Platte gleitet.

Dadurch, daß die Strömungsrichtung der zugeführten zu klärenden Flüssigkeit und der abströmenden geklärten Flüssigkeit mit der Transport- und Strömungsrichtung des Schlammes übereinstimmen, wird erreicht, daß die zu klärende und insbesondere die geklärte Flüssigkeit zum Transport des sedimentierten Schlammes beitragen, wodurch ein hoher Separierungseffekt erzielt wird und die Gefahr der Verstopfung der Sedimentationskammern durch den Schlamm auch bei kleineren Neigungswinkeln der Platten gegenüber der Horizontalen nicht besteht.

Der Neigungswinkel kann also kleiner als 55° gewählt werden. Dieser Neigungswinkel der Platten beeinflußt bei der Berechnung der für die Sedimentation wirksamen Oberfläche nach der hierfür geltenden, im folgenden genannten Gleichung (1) diese Oberfläche so, daß sich bei großem Neigungswinkel eine kleine.

bei kleinem Neigungswinkel dagegen eine große wirksame Oberfläche ergibt. Dadurch, daß beim Schrägklärer gemäß der Erfindung dieser Neigungswinkel kleiner gewählt werden kann, kann die wirksame Oberfläche wesentlich vergrößert und damit der Separierungseffekt im Vergleich zum Gegenstromprinzip wesentlich gesteigert werden. Durch den möglichen kleineren Neigungswinkel werden auch der erforderliche Bauaufwand und das Bauvolumen günstig beeinflußt. Dadurch, daß der Abfluß für den Schlamm neben dem Abfluß für die geklärte Flüssigkeit an dem dem Zufluß gegenüberliegenden Ende angeordnet ist, wird erreicht, daß auch dadurch der Bauaufwand und das Bauvolumen des Schrägklärer verringert sind. Durch die Erfindung ist mithin ein Schrägklärer geschaffen, der einen hohen Separierungseffekt ermöglicht, ein geringes Bauvolumen aufweist und somit kompakt und im übrigen auch billig ist.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Schrägklärers gemäß der Erfindung kann die Neigung der Platten zur Horizontalebene zwischen 30 und 45° liegen. Gerade bei dieser Neigung der Platten wird eine außerordentlich gute Separierungskapazität des Schrägklärers erzielt.

Von Vorteil kann es sein, wenn im Abfluß-Randbereich an jeder Platte zum Abführen der geklärten Flüssigkeit eine Lochplatte vorgesehen ist. Dadurch wird erreicht, daß die geklärte Flüssigkeit über der gesamten Breite des Abflusses im wesentlichen gleichmäßig abgeführt wird.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Schrägklärers gemäß der Erfindung kann der Abfluß-Randbereich der Platten eine größere Neigung zur Horizontalebene aufweisen als die Platten selbst. Die obere Kante der Trennplatte kann im wesentlichen in einer Ebene enden, die in Verlängerung der den Schlamm führenden, benachbarten einen Platte liegt. Durch geeignete Steuerung des Abflusses vom Raum oberhalb bzw. unterhalb der Trennplatte in jeder Sedimentationskammer kann der Prozeß so gesteuert werden, daß der Schlamm durch den unteren Raum und die geklärte Flüssigkeit durch den oberen Raum abfließen.

Der Schrägklärer gemäß der Erfindung ist auch zum Klären von in Flüssigkeit suspendiertem Material geeignet, das eine geringere Dichte als die Flüssigkeit aufweist. Bei einer derartigen Anordnung liegen der Zufluß für die zu klärende Flüssigkeit am unteren Ende und die Abflüsse am oberen Ende der Sedimentationskammer.

Bei Separationsprozessen, in denen große Flüssigkeitsmengen behandelt werden müssen, wie z. B. bei öffentlichen Abwasserkläranlagen, muß das erstrebenswerte Ziel sein, den Schrägklärer so wirksam zu machen, daß die Separation mit vertretbarem Bauvolumen bewirkt werden kann.

Die Kapazität des Schrägklärers hängt natürlich von der gesamten Plattenoberfläche ab und kann somit durch Vergrößerung der Anzahl der Platten innerhalb des vorhandenen Bauvolumens vergrößert werden. In dieser Hinsicht ist jedoch eine Grenze dadurch gesetzt, daß ein bestimmter, senkrechter Abstand zwischen den Platten bestehen muß. Dieser Minimalabstand hängt von den Eigenschaften der suspendierten Partikeln ab. In der Praxis sollte der senkrechte Minimalabstand etwa zwischen 7 und 0,5 cm variieren.

Theoretisch kann jedoch hergeleitet werden, daß zur Sedimentation zwischen geneigten Platten z. B.

nicht die gesamte Oberfläche der Platten als wirksame Oberfläche in Frage kommt, sondern die auf die Horizontale projizierte Oberfläche der Platten, die um einen Faktor korrigiert ist, der die verschiedenen geometrischen Bedingungen an den Enden der Platten berücksichtigt.

Dieser Korrekturfaktor hängt von der Strömungsrichtung der Suspension, die zugeführt wird, ab. Mit L als Länge der Platten, B als der Breite, s als dem senkrechten Abstand, α als der Neigung zur Horizontalebene und η als der Zahl der Platten wird die für die Sedimentation wirksame Oberfläche A_s durch die folgende Gleichung bestimmt:

A. = η ■ L ■ B ■ cosa ±

nsB

sin a

In dieser Gleichung bezieht sich das Pluszeichen auf eine Strömungsrichtung der Suspension, die der Transportrichtung des Schlammes entgegengerichtet ist und das Minuszeichen auf eine mit dieser übereinstimmende Strömungsrichtung. Der in eckigen Klammern gesetzte Ausdruck ist im Vergleich zum ersten Ausdruck der Gleichung gewöhnlich gering.

Ein Maß für den geometrischen Wirkungsgrad (r_iG) ergibt sich, wenn man das Verhältnis von wirksamer Oberfläche für die Sedimentation und Oberfläche der Platten bildet.

Vg =

n-L'B

= COSa

smcr cosa

•(2)

Das Volumen (V) des Raumes zwischen den Platten zuzüglich des Volumens der Platten ergibt sich zu

V = η ■ L · B (s + i).

Darin ist t die Dicke der Platten.

Damit ergibt sich das notwendige Bauvolumen des Sedimentationsteiles pro Flächeneinheit der wirksamen Sedimentationsfläche zu

cosa

1 ± -=- sin a · cos a

Bei einer Bemessung mit Beton ist die notwendige Sedimentationsfläche nach der Flächenbelastungstheorie von H a ζ e η

Darin ist Q die Strömung und v_s die Sedimentationsgeschwindigkeit der am langsamsten sich absetzenden Partikeln, die 100%ig separiert werden sollen.

Die notwendige Plattenfläche A_L wird dadurch

Ig ' V/

· cos α

1 ±

Sin α · COSa

(6)

und das notwendige Bauvolumen des Sedimentationsteiles

V =

Q(s+ t) Vf · COSa

L sin α · cosa

(7)

Alle Ausdrücke in eckigen Klammern können vernachlässigt werden, ohne daß dadurch große Fehler entstehen.

Nach der Erfindung, die ebenfalls auf dieser Analyse begründet ist, ergibt sich deshalb, daß die Neigung der Platten zur Horizontalebene (α) und der senkrechte Abstand zwischen den Platten (s) gering sein sollen, um ein geringes Bauvolumen zu bewirken. Dies resultiert auch in einem hohen, geometrischen Wirkungsgrad der Platten.

Die Strömung zwischen den Platten muß laminar sein. Dazu ist notwendig, daß die Reynolds-Zahl Re, die mit dem hydraulischen Durchmesser D_h als kennzeichnender Länge definiert wird, geringer als etwa 2000 sein soll. Es ist

Re =

	D_h
U
25	• s

B + s

(8)

(9)

20

v_m steht für die mittlere Strömungsgeschwindigkeit der Suspension und u für die kinematische Zähigkeit.

Wenn die Suspension, die zugeführt wird, entlang den Platten nach oben strömt, wirkt dem Gleiten des Schlammes entlang den Platten nach unten die Strömungsrichtung der Suspension, die in entgegengesetzter Richtung fließt, entgegen. Aus diesem Grund wird gewöhnlich der senkrechte Abstand zwischen den Platten groß ausgeführt und die mittlere Strömungsgeschwindigkeit der Suspension klein gehalten, so daß man an der Grenzfläche zwischen dem Schlamm und der geklärten Flüssigkeit geringe Geschwindigkeitsgradienten (Scherkräfte) erhält. Um die Konstruktion kompakter zu machen, muß die Neigung der Platten zur Horizontalebene zur Verringerung des senkrechten Abstandes zwischen den Platten jedoch vergrößert werden. Dies bewirkt jedoch eine Verringerung des geometrischen Wirkungsgrades, wie oben gezeigt (Gleichung 2).

Es wird davon ausgegangen, daß die Strömung der Suspension, die zugeführt werden soll, nach unten gerichtet ist, d. h., die Strömung stimmt mit der Transportrichtung des Schlammes überein und trägt dadurch zum Transport des Schlammes bei und ermöglicht dadurch, daß die Platten mit einer geringeren Neigung zur Horizontalebene ausgeführt werden können.

Wenn bei einer nach unten gerichteten Strömung der Suspension, die zugeführt wird, der senkrechte Abstand zwischen den Platten verringert und die mittlere Strömungsgeschwindigkeit der Suspension vergrößert wird, dann nehmen der Geschwindigkeitsgradient und dadurch die Scherkräfte zwischen Flüssigkeit und Schlamm an der Grenzfläche zu. Dies trägt zusätzlich zu einem erleichterten Transport des Schlammes entlang den Platten nach unten bei. Dadurch kann die Neigung der Platten zur Horizontalebene noch weiter verringert werden.

Ein Partikel, das sich in einem Strömungsfeld befindet, wird von einer Kraft erfaßt, die in Richtung des Strömungsgradienten gerichtet ist (bei laminarer Strömung zwischen parallelen Platten gegen eine Ebene, die sich genau in der Mitte zwischen den Platten befindet). Die obere Grenze für eine Verbesserung des Gleittransportes des Schlammes ist die Stellung, in der die Kraft, die auf das einzelne Teilchen in der Suspension auf Grund des Geschwindigkeitsgradienten wirkt, so groß ist, daß die Separationsgeschwindigkeit der Teilchen entscheidend verringert wird.

Wenn Suspensionen sedimentiert werden, in denen die Partikeln, die sich darin befinden, die Eigenschaft aufweisen, daß sie sich zu Flocken zusammenballen, dann wird diese Zusammenballung dadurch verbessert, daß die Geschwindigkeitsgradienten in der Suspension bis zu einer bestimmten Grenze vergrößert werden. Bei noch größeren Geschwindigkeitsgradienten wird der Zusammenballung der Teilchen entgegengewirkt, weil die Flocken durch Abscheren zerbrochen werden.

Die Erfindung ist an Hand von in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispielen eines Schrägklärers näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen senkrechten Längsschnitt einer Sedimentationskammer,

F i g. 2 einen senkrechten Längsschnitt einer Sedimentationskammer, bei der die Neigung der Platten zur Horizontalebene über die Plattenlänge konstant ist,

F i g. 3 einen senkrechten Längsschnitt einer Sedimentationskammer, bei der die Neigung des Abfluß-Randbereiches der Platten zur Horizontalebene größer ist als der Platten selbst,

Fig.4 einen senkrechten Längsschnitt, und zwar lotrecht zu den Platten durch eine Sedimentationskammer, bei der die Abflußvorrichtung gemäß einer Alternativlösung 1 ausgeführt ist,

Fig.5a einen Schnitt nach der LinieA-A in den F i g. 2 und 3, der parallel zur und zwischen der Trennplatte und der unteren Platte in der Sedimentationskammer verläuft,

Fig.5b einen Schnitt nach der LineB-B in Fig.2 und 3, der parallel zur und zwischen der Trennplatte und der oberen Platte in der Sedimentationskammer verläuft,

F i g. 6 einen Schnitt durch einen Schrägklärer mit einer Gruppe von Sedimentationskammern, die in ein Ausführungsbeispiel eines Sedimentationstankes eingeordnet sind,

F i g. 7 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel, das die oben beschriebene, gleiche Technik zur Sedimentation anwendet, wie bei der Separation suspendierten Materials, das eine geringere Wichte als die es umgebende Flüssigkeit besitzt.

Die Vorrichtung nach diesen Ausführungsbeispielen weist zwei Hauptteile auf, nämlich einen Sedimentationstank und einen in diesem Tank angeordneten Schrägklärer.

Der Sedimentationstank besteht aus einem Behälter mit eingebautem Schrägklärer. Die Suspension, die zugeführt wird, wird in den oberen Bereich des Tanks eingegeben und der Schlamm wird in einer Schlammtasche im unteren Bereich des Tanks gesammelt. Die Schlammtasche wird kontinuierlich oder periodisch durch eine Pumpe geleert. Die Pumpe kann durch den Pegel des Schlamms in der Schlammtasche oder durch bestimmte Zeitintervalle gesteuert werden. Die geklärte Flüssigkeit wird durch eine oder mehrere Abflußöffnungen oder Abflußröhren, die unterhalb oder an der Seite des Sedimentationstanks angeordnet sein können, abgeführt.

Der Schrägklärer stellt eine Kombination einer beliebigen Zahl zusammengefaßter Sedimentationskammern dar.

Die Sedimentationskammern können ihrerseits in zwei Teile aufgeteilt werden, nämlich in einen Sedimentationsteil, in dem die eigentliche Sedimentation stattfindet, und in einen Abflußteil im Abfluß-Randbereich zur getrennten Ableitung der geklärten Flüssigkeit und des Schlammes.

Jeder Sedimentationsteil kann als Kasten mit einer im wesentlichen zweidimensionalen Ausdehnung betrachtet werden. Der Kasten wird durch zwei parallele Seiten (Platten), die zur Horizontalebene geneigt sind, und durch zwei vertikale Seiten definiert. Die vertikalen Seiten bilden die Seitenwände des Sedimentationstanks. Die Länge und die Breite der Platten ist gewöhnlich beträchtlich größer als der senkrechte Abstand zwischen den Platten. Das obere Ende des Kastens bildet den Zufluß zur Sedimentationskammer, während sein unteres, offenes Ende einen Übergang zum Abflußteil bildet.

Im Sedimentationsteil fließt die Suspension nach unten. Dadurch sedimentieren die in der Suspension enthaltenen Teilchen und setzen sich auf der Oberseite der unteren Platte als Schlamm ab, der entlang der Platte nach unten gleitet, und zwar durch sein eigenes Gewicht und mit Hilfe der Flüssigkeit, die in derselben Richtung strömt. Am unteren Ende des Sedimentationsteiles gleitet der Schlamm auf der Oberfläche der unteren Platte, während die geklärte Flüssigkeit in dem Raum zwischen dem gleitenden Schlamm und der oberen Platte fließt. Diese Strömungen, die in demselben Raum fließen, gelangen in den Abflußteil, in dem sie getrennt und abgeleitet werden.

Der Abflußteil hat den Vorteil, daß im Sedimentationsteil jede der beiden Strömungen ihrem jeweiligen Abfluß zugeleitet wird, so daß dieser Abflußteil als eine Verlängerung des kastenförmigen Sedimentationsteiles betrachtet werden kann. Aus diesem Grunde ist eine Trennplatte zwischen und parallel zu den Platten vorgesehen. Die geklärte Flüssigkeit strömt zwischen der unteren Fläche der oberen Platte und der Trennplatte, und der Schlamm gleitet in dem Raum zwischen der Trennplatte und der oberen FJäche der unteren Platte nach unten.

Die Neigung der Platten zur Horizontalebene kann im Abfluß-Randbereich vorteilhafterweise größer als bei den Platten selbst ausgeführt werden. Wenn die Neigung der Platten zur Horizontalebene im Abfluß-Randbereich und im Sedimentationsteil übereinstimmen, dann wird die für einen wirksamen Schlammtransport erforderliche Neigung im Abflußteil die Neigung der Platten zur Horizontalebene bestimmen. Im Schlammraum des Abflußteiles trägt der geklärte Flüssigkeitsstrom nicht erleichternd zum Schlammtransport bei. Sind die Platten derart geneigt, daß sie eine größere Neigung zur Horizontalebene im Abflußteil als im Sedimentationsteil aufweisen, dann kann der Sedimentationsteil mit dem größtmöglichen geometrischen Wirkungsgrad der Platten bemessen werden, und zwar zur selben Zeit, zu der der Transport der separierten Phase im Abflußteil sichergestellt ist.

Die Ströme der geklärten Flüssigkeit und des Schlammes, die von jedem Abflußteil in einer Sedimentationskammer kommen, sollten vorzugsweise mit entsprechenden Strömen der anderen Sedimentationskammern zu zwei Hauptabflüssen zusammengefaßt werden.

Im folgenden werden zwei verschiedene Ausführungsbeispiele der Abflußvorrichtung im Beispiel beschrieben.

Alternativlösung 1

Ableitung der geklärten Flüssigkeit an der Seite
einer Sedimentationskammer

In den Raum zwischen der Trennplatte und der oberen Platte ist im Ableitungsteil einer jeden Sedimentationskammer eine Röhre eingesetzt, die im ganzen Bereich perforiert ist, die sich in dem Raum befindet, durch den die geklärte Flüssigkeit abgeleitet wird. Die perforierte Röhre, die eine Verringerung des Strömungsquerschnittes .und damit sozusagen eine Drosselung der Flüssigkeitsströmung mit sich bringt, sollte im Abstand unterhalb der unteren Kante der Trennplatte angeordnet sein, um die Kontraktion für die Drosselung daran zu hindern, daß diese den Schlamm vom Sedimentationsteil wegführt. Die Drosseln müssen derart eingestellt werden, daß ein gleichmäßiger Abfluß auf der gesamten Breite der Sedimentationskammer erfolgt. Die Röhre ist durch die Seite des Sedimentationstanks durchgezogen. Danach kann die geklärte Flüssigkeit an einen offenen Durchlaß oder eine Röhre an der Seite des Sedimentationstanks weitergeleitet werden.

Der Schlamm, der sich im Raum zwischen der Trennplatte und der unteren Platte befindet, gleitet auf der oberen Fläche der unteren Platte im Abflußteil einer jeden Sedimentationskammer nach unten und gelangt in eine unter den Platten angeordnete Schlammtasche.

Die hier aufgezeigte Alternativlösung kann in der Praxis auch derart entworfen werden, daß der Raum, der zur Ableitung der geklärten Flüssigkeit vorgesehen ist und der zwischen der Trennplatte und dem Randbereich der oberen Platte in jeder Sedimentationskammer angeordnet ist, als Kasten mit festem Boden und öffnungen in einem oder beiden Endseiten für den Auslaß ausgebildet ist. Eine Längsseite des Kastens wird etwas höher als die andere Längsseite ausgeführt. Die Platten sind derart im Sedimentationstank angeordnet, daß deren untere Kante auf der höheren der beiden Längsseiten des Abflußkastens ruht. Die Längsseiten des Abflußkastens können vertikal oder zur Horizontalebene geneigt sein. Die niedere der Längsseiten des Abflußkastens dient als Trennplatte.

In den Abflußkästen ist mit einem gewissen Abstand von der oberen Kante eine metallische Lochplatte derart eingesetzt, daß eine Drosselung von geeignetem Ausmaß erhalten wird und daß ein gleichmäßiger Abfluß auf der ganzen Breite der Sedimentationskammer erfolgt. Die geklärte Flüssigkeit wird entweder von einer oder beiden Stirnseiten des Abflußkastens über ein Rohr zu einer Abflußpassage oder einer Abflußröhre, die allen Abflußkästen gemeinsam ist, abgeleitet. Der Schlamm, der auf der oberen Fläche der Platten separiert wurde, gleitet zwischen den Abflußkästen in eine Schlammtasche nach unten, die unterhalb der Kästen vorgesehen ist.

Alternativlösung 2

Ableitung der geklärten Flüssigkeit unterhalb
der Sedimentationskammer

Im Raum zwischen "der Trennplatte und der unteren Platte im Abflußteil einer Sedimentationskammer sind eine oder mehrere steg- oder streifenförmige Führungen derart angeordnet, daß die Gleitfläche der gleitenden, separierten Phase in der Breite abnimmt.

309510/440

Dies hat den Vorteil, daß der Schlamm, wenn er den Abflußteil verläßt, sich nach unten in eine Schlammtasche absetzt, die z. B. mittig unterhalb der Platten angeordnet ist.

In dem Raum zwischen der Trennplatte und der oberen Platte sind eine oder mehrere Führungen derart eingesetzt, daß die geklärte Flüssigkeit Auslaßpassagen zugeführt wird, die z. B. an der Seite der Schlammtasche angeordnet sind. In dem Raum zwischen der Trennplatte und der oberen Platte kann auch eine Drossel eingebaut sein, was den Vorteil hat, daß ein gleichmäßiger Abfluß von den einzelnen Sedimentationskämmern sichergestellt wird.

Die obengenannte Alternativlösung 1 kann als Einsatz einer horizontalen Führung in dem Raum zwisehen der Trennplatte und der obern Platte in der Sedimentationskammer verstanden werden.

In F i g. 1 ist der enge, geneigte Kasten dargestellt, der den Sedimentationsteil in einer Sedimentationskammer bildet. In dieser Figur sind dieselben Dirnen- sionsbezeichnungen benutzt, die in den theoretischen Berechnungen benutzt sind. In F i g. 2 ist eine Sedimentationskammer dargestellt, bei der die Neigung der Platten zur Horizontalebene im Sedimentationsteil und im Abfluß-Randbereich dieselbe ist, während F i g. 3 eine Sedimentationskammer zeigt, bei der die Neigung der Platten zur Horizontalebene im Abfluß-Randbereich größer ist als im Sedimentationsteil, d. h. bei den Platten selbst.

In den in den F i g. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen fließt die Suspension, die zugeführt wird, in Richtung des Pfeiles 1 zwischen den parallelen Platten 2 und 3. Dadurch sedimentieren die in der Suspension befindlichen Teilchen und setzen sich auf der oberen Fläche der unteren Platte 3 ab. Der Schlamm gleitet entlang der oberen Fläche der Platte 3 nach unten. Dieser Gleittransport wird durch die nach unten gerichtete Flüssigkeitsströmung erleichtert. Dabei werden im unteren Bereich des Sedimentationsteiles eine gleitende Phase von Schlamm und eine Phase geklärter Flüssigkeit erzielt. Diese Phasen müssen nun getrennt von der Sedimentationskammer abgeführt werden. Aus diesem Grund ist der untere Bereich der Sedimentationskammer als Abflußteil ausgebildet worden. Eine Trennplatte 4 ist im Abflußteil derart angeordnet, daß die geklärte Flüssigkeit 5 zwischen der Trennplatte 4 und der oberen Platte 2 abgeleitet wird und daß der Schlamm 6 im Raum zwischen der Trennplatte 4 und der unteren Platte 3 nach unten gleitet.

In Fig.4 ist die Ableitung geklärter Flüssigkeit durch Abflußkästen dargestellt. Der Sedimentationsteil der Sedimentationskammer wird durch die Platten 2 und 3 bestimmt. Die Platte 2 liegt mit der unteren Kante 17 auf der höheren Längsseite 15 des Abflußkastens 19 auf. Die niedere Längsseite 16 des Abflußkastens 19 ist auf derselben Seite der höheren Längsseite 15 wie die obere Kante 20 der Platte 2 angeordnet. Die untere Platte 3 der Sedimentationskammer ruht in derselben Weise auf der höheren Längsseite 22 des benachbarten Abflußkastens 21. Die niedere Längsseite 16 des Abflußkastens 19 muß annähernd so hoch sein, daß sie bis zu einer Hbene leicht, die eine Verlängerung der unteren Platte 3 in der Sedimentationtskammer bildet. Im Abtlußkasten ist in einem gewissen Abstand unterhalb der oberen Kante der niederen Längsseite 16 eine metallische I ochplatte 18 angeordnet, durch die die geklärte Flüssigkeit auf der gesamten Breite der Sedimentationskammer abgeführt wird. Auf einer oder beiden Stirnseiten des Abflußkastens 19 sind Auslaßrohre 32 vorgesehen, durch die die geklärte Flüssigkeit Auslaßpassagen oder Auslaßröhren zugeführt wird. Die Zahl und die Anordnung dieser Röhren beeinflußt die Konstruktion nicht.

Der Schlamm gleitet auf der oberen Fläche der unteren Platte 3 in der Sedimentationskammer und gelangt im Raum zwischen den Abflußkästen 19 und 21 nach unten. Die niedere Längsseite 16 des Abflußkastens 19 dient dabei als Trennplatte. Der Schlamm wird in einer Schlammtasche unterhalb des Sedimentationsteiles gesammelt.

In den Fig. 5a und 5b ist an einem Beispiel dargestellt, wie Führungen 7 für den Schlamm und die geklärte Flüssigkeit im Abflußteil angeordnet sein können. Aus Fig. 5a ist ersichtlich, wie man durch zwei Führungen 7 eine nach unten konisch zulaufende Gleitfläche für den Schlamm von der oberen Kante 8 der Trennplatte zu deren unterer Kante 9 im Abflußteil erzielen kann. Der Schlamm wird in einer Schlammtasche 10 unterhalb dieser konisch zulaufenden Gleitflächen in der Sedimentationskammer gesammelt.

Aus F i g. 5 b ist ersichtlich, wie in analoger Weise durch zwei Führungen 11 eine Ableitung der geklärten Flüssigkeit zu zwei Auslaßpassagen 12, in diesem Beispiel zu beiden Seiten der Schlammtasche 10 angeordnet, erzielt werden kann. An der mit 13 bezeichneten Stelle kann eine Drossel eingesetzt werden, um einen gleichmäßigen Abfluß auf der gesamten Breite der Sedimentationskammer sicherzustellen. Der Schlamm wird aus der Schlammtasche kontinuierlich oder periodisch abgepumpt. Der mit Führungen ausgebildete Schrägklärer kann in verschiedener Weise variiert werden. Für die Ableitung der geklärten Flüssigkeit kann eine oder mehrere Abflußpassagen vorgesehen sein.

In F i g. 6 ist eine Möglichkeit gezeigt, wie man einen Schrägklärer mit mehreren Sedimentationskammern in einen Sedimentationstank einordnen kann. Die Suspension, die zufließt, wird an der mit 23 bezeichneten Stelle in einen Einlaßkasten zugeführt. Von dort wird die Suspension gleichmäßig zwischen die Platten 24 verteilt, die an ihrem unteren Ende abgebogen sind. Die Trennplatten 4 separieren die geklärte Flüssigkeit von dem Schlamm. Der Schlamm gleitet nach unten, hier durch die gestrichelten Pfeile dargestellt, und wird in der unterhalb der Platten angeordneten Schlammtasche 10 gesammelt, während die geklärte Flüssigkeit in der Richtung der durchgehenden Pfeile durch die Auslaßpassagen 12 abgeführt wird,

Der Schlamm wird an der mit 14 bezeichneten Stelle abgepumpt. Die Führungen selbst sind in der Zeichnung nicht dargestellt. In dieser Figur beträgt die Neigung der Platten zur Horizontalebene im Sedimentationsteil 35° (Winkel α) und im Abflußteil, d. h. am dem Abfluß benachbarten Rand, 70° (Winkel ß). Die Neigung β zur Horizontalebene soll im Abflußteil gewöhnlich 45° übersteigen, während die Neigung « im Sedimentationsteil von der Reibung des Schlammes in be/ug auf die Platten, von der Dichte und von der Wirkung der Flüssigkeitsreibung abhängt

Der Schrägklärer nach der Erfindung kann derart konstruiert werden, daß er keine beweglichen Teile aufweist. Wenn jedoch erwünscht, kann der Schräg-

klärer durch Rütteleinheiten zur Erleichterung des Gleittransportes des Schlammes und zur Vermeidung von Verstopfungen vervollständigt werden. Diese Rütteleinheiten können entweder in oder an der Sedimentationskammer oder am Sedimentationstank angeordnet sein.

Die Sedimentationskammer kann im wesentlichen aus jedem Material hergestellt werden, das sich in der Flüssigkeit, die im Schrägklärer behandelt werden soll, nicht löst oder in höherem Maße korrodiert. Vorzugsweise wird die Sedimentationskammer aus Stahlplatten, Stahllegierungen, Kunststoffmaterial oder irgendeiner Kombination dieser Materialien hergestellt.

Die zur Horizontalebene geneigten Platten in der Sedimentationskammer können eben ausgebildet sein oder in Längsrichtung Riffelungen aufweisen. Die Riffelung hat theoretisch keinerlei positiven Einfluß auf die Sedimentation, aber sie verringert den hydraulischen Durchmesser D_h, der als Faktor in der Gleichung 8 enthalten ist. Den Platten kann auch eine Keilform gegeben werden, so daß man eine variable Strömung über den Querschnittsbereich in den Sedimentationskammern erhält. Der Keilwinkel muß jedoch gering sein. Aus Gründen der Festigkeit können die Platten auch leicht gebogen sein.

Der Sedimentationstank kann jede geeignete Konstruktion aufweisen. Er kann z. B. aus Holz, Beton, Stahlplatten, Stahllegierungen, Kunststoffmaterial oder irgendeiner Kombination dieser Materialien hergestellt sein.

Wenn der Schrägklärer in einem Prozeß mit großen Belastungsschwankungen benutzt werden soll, muß eine Konstruktion vorgezogen werden, bei der der Schrägklärer verschiedene Sedimentationskammera umfaßt. Diese Sedimentationskammern können von Hand oder durch ein Steuerverfahren, wie an sich bekannt, miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden.

Es ist bekannt, daß die Sedimentationseigenschaften von Teilchen in einer Suspension durch eine Vielzahl von Variablen beeinflußt werden. In vielen Fällen werden die Sedimentationseigenschaften radikal beeinflußt, wie z. B. durch den Zusatz bestimmter Chemikalien, die den Grad an Ausflockung der festen Teilchen vergrößern. Derartige Chemikalien, die eine Veränderung der Sedimentationseigenschaften in vorteilhafter Weise herbeiführen, sollten natürlich mit dem bestmöglichen, wirtschaftlichen Effekt zur Vergrößerung der Sedimentationskapazität auch bei einem Schrägklärer nach der Erfindung benutzt werden. Wo dieser chemische Zusatz gemacht werden soll, hängt von der Art der Suspension und von den Eigenschaften der in Frage kommenden Chemikalien ab.

Es ist bekannt, daß die Rückkehr von Schlamm von der Sedimentationsstufe zur Präzipitationsstufe in der Klärung von Frischwasser (zur Herstellung von reinem Wasser) durch Aluminium- oder Eisenhydroxydflocken den flockigen Niederschlag, den man in der Koagulationsstufe erhält, verbessern kann, und zwar zur selben Zeit, zu der der Verbrauch der Chemikalien reduziert wird. Durch Schrägklärer nach der Erfindung kann eine relativ kurze Aufenthaltsdauer des Schlammes darin erzielt werden, was in diesem Fall vorteilhaft ist. Bei aktiven Schlammprozessen wird dm Risiko gelinger sein, daß anaerobe Bedingungen in dem Schlamm verursacht werden, solange sich der Schlamm nur für kurze Zeit im Schrägklärer befindet.

Bei einem Schrägklärer, der mit Platten ausgerüstet ist, werden sich nach einer gewissen Arbeitszeit Niederschläge und biologische Vegetation auf der Oberfläche in den Sedimentationskammern entwickeln. Dadurch erhöht sich die Reibung zwischen dem gleitenden Schlamm und den Platten. Der Sedimentationsteil kann sehr leicht mit einer breiten Bürste, die* auf einem langen Stiel montiert ist, gereinigt werden. Die Bürste sollte an ihrer Ober- und ihrer Unterseite jeweils Borsten aufweisen. Ihre Breite sollte mit der Breite der Sedimentationskammer übereinstimmen und ihre Dicke sollte etwas größer sein als der senkrechte Abstand zwischen den Platten. Das Aussehen der Einrichtung zum Reinigen des Abflußteiles hängt von der Konstruktion der Abflußvorrichtung ab. Wenn die Neigung der Platten zur Horizontalebene im Sedimentationsteil und im Abflußteil übereinstimmen, dann kann der Abflußteil mit geraden Bürsten gereinigt werden. Wenn die Neigung der Platten zur Horizontalebene im Abflußteil größer ist als im Sedimentationsteil, dann kann ein gewisser Niederschlag auf den Oberflächen im Abflußteil zugelassen werden, ohne daß dadurch die Arbeitsweise des Schrägklärers beeinflußt würde. Die Reinigung kann mit biegsamen Bürsten erfolgen. Eine Reinigung mit Bürsten kann während des Betriebes des Schrägklärers durchgeführt werden. Der Schrägklärer kann auch durch Auswaschen mit festen oder verschiebbaren Düsen geleert und gereinigt werden. Er kann jedoch auch mit besonderen Reinigungstoren versehen sein.

Bei einem herkömmlichen Sedimentationsbecken mit einer mittleren Tiefe von 2,5 m beträgt das notwendige Bauvolumen 2,5 m³ je Quadratmeter wirksamer Sedimentationsfläche.

Für eine Sedimentation in Schrägklärern mit geneigten Platten kann das erforderliche Bauvolumen für den Sedimentationsteil nach Gleichung 4 errechnet werden. In diesem Bauvolumen sind die Zufluß- und Abflußeinrichtungen und die Schlammtasche nicht enthalten. Werden diese Volumina ebenfalls dazu gerechnet, dann muß das mit Hilfe der Gleichung 4 berechnete Bauvolumen mit dem Faktor der Größe 2 multipliziert werden.

Bei einer bekannten Testvorrichtung zur Sedimentation zwischen geneigten Platten, bei der die Strömung zwischen den Platten nach oben gerichtet ist, beträgt die Neigung der Platten zur Horitontalebene α = 55°. Der senkrechte Abstand zwischen den Platten ist 0,082 m. Die Platten haben 1,68 m Länge. Dies bewirkt einen geometrischen Wirkungsgrad der Platten von η_β — 0,636 und ein erforderliches Bauvolumen des Sedimentationsteiles BV — 0,132 m³ je Quadratmeter. Die Dicke der Platten wurde hierbei mit 0,002 m angenommen. Diese Vorrichtungsparameter beziehen sich auf eine Konstruktion, die in der Sedimentationsstufe, die nach einer chemischen Klärung von Frischwasser folgt, benutzt wird.

Praktische Sedimentationstests mit einem Schrägklärer nach der Erfindung mit einer Sedimentationskammer wurden mit städtischem Abwasser durchgeführt, das einen herkömmlichen Sandsir hon durchlaufen hatte. Durch diese Versuchsserie wurde gezeigt, daß bei einer Strömung, die zwischen den Platten nach unten gerichtet ist, der Schlammtransport auf den Platten bewirkt werden kann, wenn die Neigung der Platten zur Horizontalebene « — 35° oder weniger beträgt. Der senkrechte Abstand zwischen den Platten war 0,020 m und die Länge der Platten 2,0 m.

Bei α = 35°, L = 2,0 m und s = 0,020 m ergab sich ein geometrischer Wirkungsgrad der Platten von η_β = 0,802 und ein erforderliches Bauvolumen des Sedimentationsteils BV- 0,0274 m² je Quadratmeter. Bei diesen Berechnungen wurde die Dicke der Platten mit 0,002 m angenommen.

Dasselbe Arbeitsverfahren, das oben für die Sedimentation beschrieben wurde, kann bei der Schwimntfaufbereitung und Separation von Teilchen, die eine geringere Dichte als die sie umgebende Flüssigkeit aufweisen (Fig.7), angewandt werden. Wenn eine Suspension, die Teilchen mit geringerer Wichte enthält, zwischen parallelen, zur Horizontalebene geneigten Platten 26, 28 fließt, dann werden die in der Suspension befindlichen Teilchen an der unteren Fläche der oberen Platte 28 separiert. Der derart separierte Schlamm wird entlang den Platten nach oben gleiten und an deren oberen Enden gesammelt werden.

Die Flüssigkeitsströmung 25 muß in diesem Falle zur Erleichterung des Gleittransportes des Schlamms zwischen den Platten nach oben gerichtet sein. Die

Ableitung der geklärten Flüssigkeit von dem gleitenden Schlamm wird in derselben Weise wie bei Sedimentation mit einer Separationsplatte 29 durchgeführt. Die geklärte Flüssigkeit 30 wird von dem Raum zwisehen der Separationsplatte 29 und der unteren Platte 26 im Abflußteil in analoger Weise wie bei der Sedimentation einer Abflußpassage oder einer Abflußröhre zugeführt. Der separierte Schlamm 31 wird von dem Raum zwischen der Separationsplatte 29 und

ίο der oberen Platte 28 im Abflußteil dem Raum oberhalb des oberen Endes des Abflußteiles zugeleitet.

Dabei können Führungen zum Sammeln von Schlamm auf einem geringeren Bereich der Plattenbreite angewandt werden. Aus demselben Grund wie bei der Sedimentation kann die Neigung der Platten zur Horizontalebene im Abflußteil größer als im Schwimmaufbereitungsteil ausgeführt werden. In Prozessen mit Schwimmaufbereitung kann der Schrägklärer vorzugsweise an ein Vakuum angeschlossen werden, so daß größere Gasblasen entstehen, die die Flotationseigenschaften verbessern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche :

1. Schrägklärer zum Abscheiden von Schlamm aus Flüssigkeiten mit in der Fließrichtung geneigten Platten, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfluß für den Schlamm neben dem Abfluß für die geklärte Flüssigkeit an dem dem Zufluß gegenüberliegenden Ende angeordnet ist und daß beide Abflüsse einer jeden von je zwei Platten (2,3,24) begrenzten Sedimentationskammer durch eine an sich bekannte, zu den geneigten Platten (2, 3, 24) parallele Trennplatte (4), welche sich nur über deren Abfluß-Randbereich erstreckt, voneinander getrennt sind.

2. Schrägklärer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Platten (2, 3, 24) zur Horizontalebene zwischen 30 und 45° Hegt.

3. Schrägklärer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Abfluß-Randbereich an jeder Platte zum Abführen der geklärten Flüssigkeit eine Lochplatte (18) vorgesehen ist.

4. Schrägklärer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfluß-Randbereich der Platten (2,3,24) eine größere Neigung zur Horkontalebene aufweist als die Platten selbst.

5. Schrägklärer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Kante der Trennplatte (4) im wesentlichen in einer Ebene endet, die in Verlängerung der den Schlamm führenden, benachbarten einen Platte (3) liegt.

6. Schrägklärer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Auffangen der geklärten Flüssigkeit am Abflußende einer jeden Sedimentationskammer ein Abflußkasten (19) vorgesehen ist, dessen eine Längswand (15) den Abfluß-Randbereich der Platten (2, 3, 24) und dessen andere Längswand (16) die Trennplatte bilden.

7. Schrägklärer nach Ansprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochplatte (18) sich in einem Abstand von der Kante der die Trennplatte bildenden Längswand (16) zwischen beiden Längswänden (15 und 16) erstreckt und die Sedimentationskammern von einem mit Auslaßöffnungen (32) versehenen Teil des Abflußkastens (19) trennt.

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