DE2929139A1

DE2929139A1 - Verfahren und vorrichtung zum abtrennen von schwebstoffen aus einer schwebstoffbeladenen fluessigkeit

Info

Publication number: DE2929139A1
Application number: DE19792929139
Authority: DE
Inventors: Klaus Hieronymi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-07-19
Filing date: 1979-07-19
Publication date: 1981-01-29

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Abtrennen
von Schwebstoffen aus einer schwebstoffbeladenen Flüssigkeit Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen von Schwebstoffen aus einer schwebstoffbeladenen FlUssigkeit. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens, rramlich zum Abtrennen von Schwebstoffen aus einer schwebstoffbeladenen Flüsaigkeit mit Mitteln zur Beeinflussung der Str8mungsgeschwindigkeit der schwebstoffbeladenen Flüssigkeit.
Die vorliegende Erfindung steht im Zusammenhang mit dem Problem, aus geschiebeführenden und schwebstoffbeladenen Gewässern die mitgeführte Schwebfracht zu beseitigen. Dies ist deswegen erwünscht, weil die Gcschiebe- und Schwebfracht des Wassers, welches durch Einrichtungen wie Kraftwerke, Kläranlagen geleitet wird, innerhalb kurzer Zeit zu starken Verschleißerscheinungen führt. Daraus ergeben sich wesentliche Verschleohterungen des Wirkungsgrads und die Gefahr der Zerstörung von beispielsweise Turbinen. Während die Abtrennung der groberen Komponente, dem sogenannten Geschiebe, der Schiebe- und Schwebfracht mit verhältnismäßig geringem Aufwand mittels Rechen- oder Geschiebeschwellen durchgeführt werden kann, bereitet die Abtrennung der Kornfraktion mit einem Korndurchmesser von unter einem Millimeter größere Schwierigkeiten. Diese Kornfraktion stellt jedoch den größeren Anteil der in Fließgewässern transportierten Schwebfracht.
Zum Abtrennen der feineren Anteile der Schwebfracht aus einer schwebstoffbeladenen Flussigkeit ist ein Verfahren bekannt, dessen Prinzip darauf beruht, daß die Strömungsgeschwindigkeit des die Schwebstoffe transportierenden Wassers auf einen Wert unterhalb einer kritischen Geschwindigkeit herabgesetzt wird, und zwar annähernd gleichmABig über den Strömungsquerschnitt (Mosonyi, 1966, Band II, S. 39 ff). Die kritische Geschwindigkeit wird dabei nach der Beziehung errechnet, wobei v die kritische Geschwindigkeit, a eine Konstante und d der Korndurehmeßser ist. Bei einer nach dieser Beziehung dimensionierten Entsandung erfolgt die Sedimentation der Schwebfracht am Boden. - Dieses bekannte Verfahren und der nach diesem Verfahren wirkende Entsander eignen sich Jedoch verhältnismäßig schlecht zur Abtrennung der Schwebfracht mit einem Korndurchmesser von unter einem Millimeter. Um eine feinere Schwebfracht aus dem Wasser zu beseitigen und trotzdem einen genügend großen Durchfluß zu erreichen, müssen die Stramungsquerschnitte des Entßanders sehr groß sein, so daß dieser unrealistische und unwirtschaftliche Ausmaße erhält. Als Kompromiß hat man sich daher mit einem Wirkungsgrad begnügt, der um 5 , lag. Neben dem geringen Wirkungsgrad dieser bekannten Entsander erfordert die Entfernung der sedimentierten Schwebfracht, die auf dem Boden des Entsanders praktisch ruht, einen erheblichen konstruktiven Aufwand oder aber einen großen Arbeitsaufwand.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Abtrennen von Schwebstoffen aus einer schwebstoffgeladenen Flüssigkeit zu schaffen, das die Ausscheidung der Schwebstoffe auch kleineren Korndurchmessers mit gutem Wirkungsgrad auch bei hohen Flüssigkeitsdurchsätzen in dem Strömungsquerschnitt, d.h. bei hoher mittlerer Strömungsgeschwindigkeit ermöglicht Außerdem soll nach diesem Verfahren die von dem Gewässer abgetrennte Schwebfracht in einfacher Weise entfernt werden können. - Die nach diesem Verfahren arbeitende Vorrichtung - ein Entsander - soll sich durch ein geringes Bauvolumen und den Einsatz wenig aufwendiger technischer Mittel zum Entfernen der abgetrennten Schwebfracht auszeichnen.
Bei der vorliegenden Erfindung wird von einer an sich bekannten Erscheinung Gebrauch gemacht, daß sich Geschiebe in Krümmungen von Flief3gewässern entmischen (Mosonyi, Band I, 1966, Seite 248 ff). Bei dieser Entmischung werden grobe Körner bevorzugt an einer Strdmungsaußenseite transportiert, während sich die feineren Partikel der Schwebfracht an der Innenseite der Krümmung bewegen. - Diese Erscheinung ist Jedoch bisher noch nicht dafür herangezogen worden, Schwebfracht mit Partikeln kleinerer Korndurchmesser aus einer Flüssigkeit zu entfernen und abzuführen.
Die voranstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Verfahren zum Abtrennen von Schwebstoffen aus einer schwebstoffbeladenen Flüssigkeit dadurch gelöst, daß die Flüssigkeit in einer spiralförmigen Bahn von außen nach innen geleitet wird, so daß an der Innenseite der Bahn die Schwebfracht sedimentiert und daß die dabei von dem Flüssigkeitsstrom abgetrennte sedimentierte Schwebfracht durch den Flüssigkeitsstrom an der Innenseite der Bahn entlang bis zu mindestens einer Entnahmestelle transportiert wird, durch die sie abgeführt wird.
Nach diesem Verfahren werden die Schwebstoffe vorteilhaft dadurch sedimentiert, daß, bedingt durch die Zentrifugalkraft, der größte Teil der Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit an der Außenwand der spiralförmigen Bahn in Richtung der Entnahmestelle, die im Innern der Spirale liegt, entlangströmt, wobei sich an der Innenwand der Spiralwindung nur eine relativ geringe Strömungsgeschwindigkeit einstellt. Die Schwebstoffe sedimentieren infolge dieses Geschwindigkeltßprofila über dem Querschnitt der spiralförmigen Bahn an der Innenseite und werden nur noch im rollenden Transport in Richtung auf die Entnahme stelle weiterbewegt. Durch die in Wasserlaufkrümiungen auStretenden Flechtströmungen wird dabei wiederholt Flüssigkeit aus dem Außenbereich zur Innenseite der spiralförmigen Bahn gebracht und sedimentiert dort aufgrund der wesentlich geringeren Strömungsgeschwindigkeit die Schwebfracht.
Die Sedimente bewegen sich in Form einer 8andbank an der Innenseite der Spiralwindung fort. Durch eine oder mehrere Entnahme stellen an der Spiralinnenseite wird die Sandbank vom Wasserstrom abgetrennt und abgeftihrt. Der nunmehr schwebstoffreie Teil des Wassers bzw. der Flüssigkeit kann seiner Benutzung durch eine weitere in Strömungsrichtung folgende Entnahmestelle zugeführt werden.
Besonders vorteilhaft ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der hohe Wirkungsgrad der Sedimentierung, so daß bei vergleichsweise kleinem Volumen der zur Ausübung des Verfahrens benutzten spiralförmigen Bahn mit verhältnismäßig großen Strdmungßgeschwindigkeiten und einem entsprechend hohen Durchsatz gearbeitet werden kann. Vorteilhaft ist weiter, daß die Abführung des sedimentierten Schwebstoffs praktisch selbstffndig durch die rollende Bewegung entlang der Innenseite der spiralförmigen Bahn zu der Entnahmestelle erfolgt. Infolge dieser automatischen Aus spülung entfallen besondere Maßnahmen und Einrichtungen zur Entfernung der Schwebfracht aus einem nach diesem Verfahren arbeitenden Entsander. Dieses Verfahren ist daher besonders wirtschaftlich.
Mit besonders geringem Aufwand ist das Verfahren durchführbar, wenn die sedimentierte Schwebfracht kurz vor der Entnahmestelle der schwebstoffbefreiten Flüssigkeit an einer Stelle an der Innenseite der Bahn abgetrennt und abgeführt wird. - Hier ist also nur eine einzige Entnahmestelle für die Schwebfracht erforderlich.
In einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, daß die sedimentierte Schwebfracht an mehreren Entnahmestellen, die im Abstand zueinander vor der Entnahme stelle der schwebstoffbefreiten Flüssigkeit entlang der Innenseite der Bahn angeordnet sind, abgetrennt und abgeführt wird. - Hier wird eine besonders gleichmäßige und vollstAndige Abführung der Schwebfracht erzielt. Die einzelnen Entnahmestellen können dabei einen verhältnismäßig geringen Querschnitt aufweisen. Dabei ist vorteilhaft, daß die Schwebfracht nicht als Sandbank entlang der praktisch gesamten spiraligen Bahnlänge transportiert werden muß, sondern zum größten Teil bereits vor der Entnahmestelle der schwebstoffreien Flüssigkeit entfernt wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abtrennen von Schwebstoffen aus einer schwebstoffbeladenen Flüssigkeit mit Mitteln zur Beeinflussung der Strömungsgeschwindigkeit der schwebstoffbeladenen Flüssigkeit zeichnet sich dadurch aus, daß als Mittel zur Beeinflussung der Strömungsgeschwindigkeit ein spiralförmiger Kanal vorgesehen ist, der außen eine Einlaßöffnung für die schwebstofibeladene Flüssigkeit und innen wenigstens eine Entnahmestelle für die schwebstoffreie Flüssigkeit aufweist, und daß an der Innenwand des spiralförmigen Kanals wenigstens eine Entnahmestelle für die sedimentoerte Schwebfracht stromaufwärts der Entnahmestelle der schwebstoffreien Flüssigkeit vorgesehen ist.
Diese Vorriohtung ermöglicht, wie bereits in dem Zusammenhang mit dem Verfahren dargestellt, bei einem verhältnismäßig kleinen Bauvolumen einen hohen Durchsatz der von den Schwebstoffen zu befreienden Flüssigkeit sowie eine selbsttätige Abtrennung und Entnahme der sedimentierten Schwebfracht. Infolge dieses hohen Wirkungsgrades zeichnet sich diese Vorrichtung durch einen verhältnismäi3ig geringen Bauaufwand aus. Ferner ist der Aufwand zur Wartung dieser Vorrichtung infolge der selbsttätigen Abtrennung und Entfernung der Schwebfracht aus der Vorrichtung gering.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung zum Abtrennen von Schwebstoffen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung mit 4 Figuren erläutert. Es zeigt: Figur 1 eine erste Ausführungsform der Vorrichtung in einer Draufsicht, Figur 2 einen Schnitt in einer zur Draufsicht senkrechten Schnittebene durch das Zentrum der Vorrichtung, die annähernd entsprechend der Ausfhhrungsform nach Figur 1 ausgebildet ist, bei der Jedoch die Ableitungskanäle in einer Ebene liegend dargestellt sind, Figur 3 eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung in einer Draufsicht und Figur 4 einen Schnitt in einer zur Draufsicht senkrechten Ebene durch das Zentrum der Vorrichtung ähnlich der Ausführungsforin nach Figur 3, wobei Jedoch 4 Entnahmestellen des Schwebstoffs in der Schnittebene liegen.
In Figur 1 ist ein Entsander 1 mit einem spiralförmigen Kanal 2 dargestellt. Wie aus Figur 2 hervorgeht, ist die Wand 3 des spiralförmigen Kanals in Richtung des Krummungsmittelpunkts der Spirale stets eben, weist also keine zusätzliche trimmung auf. Der Kanal verläuft von einer Einlaßöffnung 4, die außen liegt, nach innen zu einer Entnahmestelle 5 der schwebstoffreien Flüssigkeit. Die Entnahmestelle liegt somit im wesentlichen am Ende des spiralförmigen Kanals und mündet in einen nach unten gerichteten Abschnitt 6 eines Ableitungskanals für die schwebstoffreie Flüssigkeit.
Eine Entnahmestelle 7 für die Schwebstoffe ist kurz strom--voraufwärts der Entnahmestelle 5 für die Flüssigkeit angeordnet. Diese Entnahmestelle 7 ist so angeordnet, daß sie die an der Innenseite des Kanals sedimentierten Schwebstoffe aufnehmen kann. Dazu ist gemäß Figur 1 eine zusätzliche Führungswand 8 vorgesehen, welche den sedimentierten Schwebstoff von der Innenseite des Kanals zu der Entnahmestelle 7 geleitet. Die Entnahmestelle für die Schwebstoffe mUndet ebenfalls in einen senkrecht nach unten gerichteten Abschnitt 9 eines Ableitungskanals.
In Figur 1 ist mit dem Pfeil 10 angedeutet, in welcher Richtung die schwebstoffbeladene FlUssigkeit in den dargestellten Entsander eingeleitet wird, Die Flüssigkeit strömt entlang dem Kanal 2, wobei sich an dessen Innen seite eine Sandbank 11 zunehmender Stärke absetzt, die an dieser Innenseite rollend bis zu der zusätzlichen Wand 8 transportiert wird und von dieser in die Entnahmestelle 7 umgeleitet wird. Aus dem Ableitungskanal, der sich an die Entnahmestelle 5 anschließt, fließt daher in Richtung des Pfeiles 11 eine annähernd schwebstoffrele Flüssigkeit, während in Richtung des Pfeile 12 in den Ableitungskanal, der sich an die Entnahmestelle 7 anschließt, die Schwebfracht mit einem restlichen Flüssig keitsanteil strömt.
Die Ausführungsforin der Vorrichtung nach Figur 3 und Figur 4, die ebenfalls einen Entsander darstellt, unterscheidet sich von derjenigen nach den Figuren 1 und 2 vor allem dadurchs daß hier mehrere Entnahmestellen 7 a - 7 f entlang der lnnenseite des spiralförmigen Kanals 2 angeordnet sind.
Vor der letzten Entnahmestelle für Schwebstoffe 7 f ist nucli hier eine zusätzliche Wand 8 a angeordnet, die so gekHlmmt ist, daß sie die entlang der Innenseite rol]end transportierte Sanduank 11 f in die Entnahme öffnung 7 f leitet. Die nach unten führenden Abschnitte, zum Beispiel 9 d und 9 f, die sich an die Entnahmeöffnungen anschließen, sind zu einem größeren Ableitungskanal, der in Figur 4 jiorizontal gerichtet ist, zusemmengefaßt, so daß die gesamen Schwebstoffe in Richtung des Pfeils 12 aus dem Entsander elbsttätig transportiert werden. Aus Figur 3 ist ersichtlich, daß bei dieser Ausführungsform des Entsanders nicht eine einzige sich vergrößernde Sandbank in Strömungarichtung 10 entlang der Innenseite des Kanals rollt, sondern daß hier eine Vielzahl kleinerer Sandbarke ii 1 a - 1 Ii f gebildet wird, wobei Jede Sandbank im wesentlichen in die nachste Eutnahmestelle des Schwebstoffs transportiert wird.
In mehreren Modellversuchen mit unterschiedlicher Schwebstoflührung und Strömungsgeschwindigkeiten von 0,5 - 5 m pro Sekunde wurde festgestellt, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren über 90 , der Schwebfracht abgetrennt werden. Die Kornuntergrenze der Abtrennung erreicht mit einem Korndurchmesser kleiner 0,002 mm die Tonfraktion.
Bei einer Abtrennung von 90 % der Schwebfracht ist durch die automatische Spülung mit einem Flüssigkeltsverlust von 5 - 10 % der Ausgangsmenge der schwebstoffbeladenen Fitlssigkeit zu rechnen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e : 1. Verfahren zum Abtrennen von Schwebstoffen aus einer schwebstoffbeladenen Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die FlUssigkeit in einer spiralförmigen Bahn von außen nach innen geleitet wird, so daß an der Innenseite der Bahn die Schwebfracht sedimentiert, und daß die von dem Flüssigkeitsstrom abgetrennte sedimentierte Schwebfracht durch den FlUssigkeitsstrom an der Innenseite der Bahn entlang bis zumindestens einer Entnahmestelle transportiert wird, durch die sie abgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die sedimentlerte Schwebfracht kurz vor der Entnahmestelle der schwebstoffbefreiten Flussigkeit an einer Stelle an der Innenseite der Bahn abgetrennt und abgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die sedimentierte Schwebfracht an mehreren Entnahmeatellen, die im Abstand zueinander vor der Entnahmestelle der schwebstoffbefreiten Flüssigkeit entlang der Innenseite der Bahn angeordnet sind, abgetrennt und abgeführt wird.
4. Vorrichtung zum Abtrennen von Schwebstoffen aus einer schwebstoffbeladenen FlUssigkeit mit Mitteln zur Beeinflussung der Strömungsgeschwindigkeit der schwebstoffbeladenen Flussigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Beeinflussung der Strömungsgeschwindigkeit ein spiralförmiger Kanal (2) vorgesehen ist, der außen eine Einlaßöffnung (4) fur die schwebstoffbeladene FlUssigkeit und innen wenigstens eine Entnahmestelle (5) fUr die schwebstoffreie Flüssigkeit aufweist, und daß an der Innenwand des spiralförmigen Kanals (2) wenigstens eine Entnahmestelle (7) fUr die sedimentierte Schwebfracht stromaufwärts der Entnahmestelle (5) der schwebstoffreien Flussigkeit vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der spiralförmige Kanal (2) eine in Richtung des KmUmmungsmittelpunkts der Spirale ebene Wand aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Entnahmestelle (7) fUr die sedimentierte Schwebfracht nahe dem Ende des spiralförmigen Kanals (2) an dessen Innenseite kurz vor der Entnahmestelle (5) der schwebstoffbefreiten Flüssigkeit angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mehrere Entnahmestellen (7 a - 7 f) fur die sedimentierte Schwebfracht im Abstand zueinander entlang der Innenseite des spiralförmigen Kanals (2) angeordnet sind.

n. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Entnahmestellen (7, 7 a - 7 f) für die sedimentierte Schwebfracht in nach unten verlaufende Abschnitte (9, 9 f, 9 d) von Ableitungskanälen münden.