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Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Trennen von auf- schwimmbaren und sedimentierbaren Stoffen aus damit verunreinigtem Wasser gemäss Ober- begriff des Patentanspruchs 1.
Oberflächenwasser von Plätzen und Strassen, insbesondere solchen, auf denen Öl, Benzin, Kohlenwasserstoffe aller Art umgeschlagen werden, enthält immer grössere oder kleinere Anteile von solchen aufschwimmbaren Stoffen. Aufschwimmbare Stoffe wie Speiseöle und Fette fallen auch in privaten und gewerblichen Betrieben an und können Abwässer belasten. Solches Schmutzwasser enthält oft auch sedimentierbare Stoffe wie Sand, Abrieb von Reifen und andere feinkörnige Stoffe, deren Dichte > 1 ist.
Solche Abwässer müssen vor der Einleitung in ein Gewäs- ser oder in eine biologisch arbeitende Abwasserreinigungsanlage einer Vorreinigung zugeführt werden, in welcher zum einen die aufschwimmbaren Stoffe, insbesondere mineralische, pflanzliche und tierische Öle und Fette sowie Kohlenwasserstoffe, ausgeschieden werden, aber auch sedi- mentierbare Stoffe wie Kies, Sand, Schlamm etc., welche zu Verstopfungen oder Versandungen von Leitungen führen können.
Die im Handel bereits erhältlichen andere zum Stand der Technik gehörenden Abscheidevor- richtungen arbeiten nur bei sorgfältiger Wartung einwandfrei. Sie basieren einzig auf der Schwer- kraftabscheidung, indem das mit Fremdstoffen belastete Wasser einem grossdimensionierten Raum zugeführt wird, in welchem die aufschwimmbaren Stoffe wie Öle etc. während einer Verweil- zeit zur Oberfläche gelangen und die sedimentierbaren Stoffe sich am Grund des Behälters fest- setzen. Bei geringen Zuflussmengen und damit hoher Verweilzeit kann eine befriedigende Ab- scheidung der aufschwimmbaren Stoffe erlangt werden. Diese aufschwimmenden Stoffe werden an in die Flüssigkeitsoberfläche tauchenden Plattenwänden und allenfalls darin angeordneten Koaleszenz-Abscheidevorrichtungen festgehalten und die Tropfenbildung begünstigt.
Bei grösse- ren Wassermengen werden die Trenn- oder Tauchwände, die als Koaleszenz- Abscheidevorrichtungen dienen, vom Wasser durchflossen. Sind diese Trennwände durch Schwemmstoffe verschmutzt, verlieren sie die Abscheidefähigkeit. Das Abführen der zurückgehal- tenen aufschwimmbaren Stoffe kann nur durch Entleerung des gesamten Schachtinhalts erfolgen, was zu entsprechend hohen Entsorgungsgebühren führt, weil dadurch nicht nur die zurückgehalte- nen aufschwimmbaren Stoffe abgeführt werden können, sondern auch der übrige, sich derzeit im Schacht befindliche Abwasserinhalt. Erfahrungsgemäss bildet das sachgerechte Wiederauffüllen der Schächte eine zusätzliche Gefahrenquelle, da bei zu wenig hoch gefülltem Schacht die Tauchwände nicht wirksam sind, oder bei deren Überfüllung wird Schmutzwasser mit den auf- schwimmbaren Stoffen ungewollt abgeführt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung, mit der das Trennen von aufschwimmbaren und sedimentierbaren Stoffen aus Abwasser kontinuierlich möglich ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäss den Merkmalen des Patentan- spruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen defi- niert.
Es gelingt mit der erfindungsgemässen Vorrichtung wesentlich wirkungsvoller aus dem ver- schmutzten Wasser sowohl aufschwimmbare Stoffe wie Öle, Fette und Kohlenwasserstoffe als auch sedimentierbare Stoffe abzuscheiden. Die Vorrichtung kann ohne periodische Entleerung des Auffangbehälters betrieben werden. Durch geeignete stationäre oder mobile Absaugvorrichtungen können sowohl die sedimentierbaren Stoffe vom Boden des Auffangbehälters abgesaugt als auch die im Zentrum des Behälters aufgefangenen aufschwimmbaren Stoffe abgesaugt werden. Bei Verwendung der Vorrichtung im Bereich von Mineralöl-Umschlagplätzen wie Tankanlagen, Lösch- anlagen in Häfen oder auch in Fabrikationsanlagen, kann ein zusätzlicher Tank die unfallbedingten zusätzlich anfallenden ausgeschiedenen aufschwimmbaren Stoffe auffangen.
In Vorrichtungen, welche stark schwankende Zulaufmengen verarbeiten müssen, ist die Überlaufkante am Sammel- rohr höhenverstellbar.
Die Vorrichtung ist preiswert herstellbar, da sie im wesentlichen nur aus einem kostengünsti- gen aus Beton, Metall oder Kunststoff bestehenden Auffangbehälter, einem darin eingesetzten Rohr und den Zu- und Ablaufleitungen besteht. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegt um das Rohr ein Mantel aus einem Vliesmaterial aus Metall oder Kunststoff, welcher die Koaleszenz erhöht und der bei Bedarf entweder entsorgt oder gereinigt werden kann.
Bei Verwendung der Vorrichtung in Kleinstanlagen, beispielsweise Bergrestaurants,
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SAC-Hütten oder abseits stehenden Wohnhäusern, können die aufschwimmenden Stoffe, insbe- sondere Öle und Fette in einem Auffangsack aufgefangen und periodisch aus der Vorrichtung entnommen werden. Die Entsorgung des Sackes kann mit dem Hausmüll erfolgen. Dies erlaubt eine Wartung der Vorrichtung durch den Betreiber und ist daher sehr kostengünstig. In vorteilhafter Weise gelingt es mit der vorliegenden Erfindung, auf kleinstem Raum sowohl aufschwimmbare als auch absinkbare Stoffe aus verschmutztem Wasser zu trennen.
Durch die über dem Ablauf liegen- de radiale Zuleitung des verschmutzten Wassers können die leichten, d. h. die aufschwimmbaren Stoffe, während der langen Verweildauer bzw. dem langen Weg während der Zirkulation im Ring- raum koalieren und infolge der kreisenden Strömung gegen das Zentrum hin gefördert werden und dort aufsteigen. Durch die kontinuierliche Abführung der aufschwimmbaren Stoffe und dadurch die kurze Verweildauer an der Oberfläche des Sammelbehälters kann der Sammelraum für die auf- schwimmbaren Stoffe sehr klein gehalten werden. Gleiches trifft zu für die sedimentierbaren Stoffe, die sich ebenfalls infolge Rotation des verschmutzten Wassers in einem Ringraum an dessen Boden ablagern.
Anhand illustrierter Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 einen Grundriss eines Auffangbehälters mit zu- und Ablaufleitung,
Figur 2 einen Axialschnitt durch den Auffangbehälter längs Linie 11-11 in Figur 1,
Figur 3 eine perspektivische Darstellung des das Rohr umgebenden Mantels
Figur 4 eine Ansicht der Zulaufleitung aus Richtung des Pfeils A in Figur 2 und
Figur 5 eine Ansicht der Ablaufleitung aus Richtung des Pfeils C in Figur 2,
Figur 6 ein vergrössert dargestelltes geschnittenes oberes Rohrende, dessen oberer Rand vertikal verschiebbar ist,
Figur 7 ein vergrössert dargestelltes oberes Rohrende einer weiteren Ausführungsform mit vertikal verschiebbaren Rohrende,
Figur 8 eine schematische Grundrissdarstellung einer Vorrichtung mit einer Zulaufdrossel,
Figur 9 einen schematisch dargestellten Vertikalquerschnitt einer Vorrichtung mit einem
Zusatztank für Katastrophenfälle,
Figur 10 eine weitere Ausführungsform eines Sammelrohres,
Figur 11 eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einem ringförmigen Absaugbe- reich.
Mit Bezugszeichen 1 ist ein Auffangbehälter aus Beton, Kunststoff oder Metall mit einem kreis- runden Querschnitt bezeichnet. Dessen Mantelfläche 3 kann zylindrisch (wie abgebildet) oder konisch verlaufend ausgebildet sein. Der Auffangbehälter 1 ist unten durch einen Boden 5 ver- schlossen. Oben überspannt ein Deckel 7 den Öffnungsquerschnitt. Der Deckel 7 kann zudem eine oder mehrere Inspektionsöffnungen (nicht dargestellt) aufweisen. Eine Zulaufleitung 9 mündet auf der Höhe ho in den Auffangbehälter 1. Im Innern schliesst an die Zulaufleitung 9 ein geneigt nach unten verlaufender Einlaufstutzen 11 an, dessen unteres Ende 13 mit der Ausflussöffnung auf der Höhe h1 endet. Die Ausrichtung des Zulaufstutzens 11 ist im wesentlichen tangential oder wenigs- tens in spitzem Winkel zur Mantelfläche 3 verlaufend.
Auf der Höhe h2 verlässt ein Ablaufrohr 15 den Auffangbehälter 1. Das abfliessende Wasser gelangt vorerst über ein Tauchrohr 17, dessen unteres Ende 19 auf der Höhe h3 liegt, zur höher liegenden Ablaufleitung 15. Sowohl im Knie 14 der Ablaufleitung 15 als auch im Knie 16 der Zulaufleitung 9 sind nach oben gerichtete Spühl- und Entlüftungsöffnungen 21 bzw. 23 angebracht. Das untere Ende des Tauchrohrs 17 ist entweder schräg angeschnitten (vgl. Figur 5) oder es ist daran ein horizontal verlaufend endendes Bogen- stück 25 abgebracht (vgl. Figur 5 [dort Bogenstück 25 in gebrochenen Linien dargestellt]).
Die Zulauf- bzw. Ablaufleitungen 9,15 und deren innenliegende Teile können aus Kunststoff oder aus Metall ein- oder mehrteilig hergestellt sein.
Im Zentrum des Auffangbehälters 1 liegt vorzugsweise konzentrisch ein vertikal stehendes Sammelrohr 27 für die Aufnahme von aufschwimmbaran Stoffen. Das Sammelrohr 27 ist am Boden 5 befestigt. Dessen oberes offenes Ende 29 liegt auf einer Höhe h4. Vorzugsweise ist das obere Ende 29 mit einem konischen Kragen 31 versehen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein Mantel 33 das Sammelrohr 27 in seinem unteren Bereich 35. Im oberen Bereich 37 kann der Mantel 33 zylindrisch sein oder eine trichterförmige Erweiterung aufweisen (vgl. Figur 3). Die Oberkante 39 des Mantels 33 liegt auf der Höhe hs, d. h. sie liegt höher als die Einlauföffnung 13 am unteren Ende des Einlaufstutzens 11
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(Niveau h1) und zudem höher als die Auslauföffnung 19 am unteren Ende des Tauchrohrs 17 (Niveau h3).
Der Mantel 33 ist vorzugsweise aus einer Wirrgelege- oder Wirrvliesmatte aus Kunststoff oder Metall hergestellt. Alternativ kann der Mantel 33 auch eine bürstenartige Oberfläche aufweisen, bei der die Borsten radial nach aussen abstehen (keine Abbildung).
Nachfolgend wird die Punktionsweise der ersten Ausführungsform der Vorrichtung näher erläu- tert. Durch die Zulaufleitung 9 fliesst mit aufschwimmbaren und absinkbaren Stoffen verunreinigtes Abwasser in den Auffangbehälter 1 und wird dort durch den Zulaufstutzen 11 vorerst nach unten und anschliessend im wesentlichen tangential an die Innenwand 3 des Auffangbehälters 1 geleitet.
Das zufliessende Wasser, dessen maximale Menge vorzugsweise durch eine Drossel (vgl. Figur 8) oder einen Überlauf begrenzt ist, verursacht eine im Gegenuhrzeigersinn verlaufende Zirkulation im Ringraum des Auffangbehälters 1. Diese bewirkt, dass Verunreinigungen mit spezifischer Dichte > 1 durch die Zentrifugalwirkung an die Aussenwand (Mantelfläche 3) und dort durch die Schwer- kraft nach unten getrieben werden. Die Stoffe mit spezifischer Dichte < 1 werden radial zur Mitte hin gefördert und koalieren zunehmend zu grösseren Tröpfchen, welche einen erhöhten Auftrieb aufweisen und dadurch im Zentrum ausserhalb des Rohres 27 aufsteigen.
In der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, bei der um das Rohr 27 ein Mantel 33 aus locker zusammengehalte- nen Fasern gelegt ist, koalieren die feinsten Schwebestoffe an und in diesem und steigen ebenfalls als zunehmend grösser werdende Tröpfchen an die Oberfläche des im Behälter 1 befindlichen Abwassers. An der Wasseroberfläche, welche auf der Höhe h2 liegt, sammeln sich die aufsteigen- den Stoffe und bilden vorerst einen Film und sukzessive eine aufschwimmende Schicht S. Diese liegt anfänglich noch unterhalb der Öffnung, das heisst der Oberkante des Rohres 27, welche sich auf der Hohe h4 befindet. Die Höhendifferenz (H=h4-h2) beträgt lediglich wenige Millimeter. Sobald die Stärke der Schicht S der aufschwimmendbaren Stoffe die Dicke H erreicht hat, kann ein Ab- fluss über die Oberkante 29 des Rohres 27 in dessen Inneres erfolgen.
Die Schichtstärke S der aufschwimmendbaren Stoffe erhöht sich danach nicht mehr, sondern sie wird stetig durch den abfliessenden Teil konstant gehalten. Die ins Innere des Rohres 27, das als Sammelraum dient, abgeführten aufschwimmenden Stoffe, können aus dem Rohr 27 periodisch oder kontinuierlich durch eine mobile oder eine permanent angebrachte Leitung abgesaugt werden. Bei diskontinuier- licher Absaugung kann durch einen Signalgeber 36 bei Erreichen eines vorgegebenen Niveaus eine Pumpe zum Abpumpen eingeschaltet werden (Pumpe nicht dargestellt).
Um zu vermeiden, dass aufschwimmbare Stoffe durch das Tauchrohr 17 abgesaugt werden, liegt dessen untere Öffnung 19 im unteren Bereich des Behälters 1, d. h. in genügendem Abstand von der aufschwimmenden Schicht S. Die Öffnung 19 liegt aber nicht in Bodennähe, um zu ver- meiden, dass dort abgelagerte Sedimente mitgeschleppt werden. Die Sedimente werden vorzugs- weise periodisch von oben oder durch eine spezielle Entleerungsöffnung (keine Abbildung) aus dem Auffangbehälter 1 entnommen. Die Entnahme kann wie bei den im Rohr 27 gesammelten aufschwimmbaren Stoffe ohne Unterbruch des Betriebs der Vorrichtung erfolgen.
Die konische Ausbildung des oberen Endes des Mantels 33 verhindert einerseits Turbulenzen im Bereich der oberen Öffnung des Rohres 27 und in der Schicht S und andererseits wird die Oberfläche des Mantels 33 in diesem Bereich vergrössert und damit die Ausscheidung der tropfen- förmigen aufschwimmbaren Stoffe erhöht (vgl. dazu auch Figur 3).
Der Wasserspiegel schwankt zwischen Ruhezustand (kein Zufluss) und Lastzustand (Wasser- zufluss). Vorzugsweise ist aus diesem Grund der Niveauunterschied H zwischen dem oberen Ende des Rohrs 27 und dem Abflussrohr 15 derart bemessen, dass ein Ölabfluss nur im Lastzustand erfolgt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung gemäss Figuren 6 und 7 ist das obere Ende des Rohres 27 als vertikal verschiebbares Endstück 30 ausgebildet und wird von einem Auftriebskörper 32, z. B. einem das Endstück 30 umfassenden Torus getragen. Im Beispiel gemäss Figur 6 wird die Längenveränderung der Verbindung des Endstücks 30 mit dem Rohr 27 durch einen dazwischen eingesetzten elastischen Faltenbalg 34 ausgeglichen. Im Beispiel nach Figur 7 ist das Endstück 30 als teleskopischer Rohrabschnitt ausgestaltet, der mit einer elastischen Manschette dicht mit dem Sammelrohr 27 verbunden ist.
Um bei einem extrem starken Regenereignis die Funktionssicherheit der Vorrichtung zu ge- währleisten, kann die Zulauflaufmenge durch eine Drossel 36 bekannter Bauweise, z. B. eine
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Wirbeldrossel, oder durch einen Überlauf in der Zulaufleitung 9 mengenmässig begrenzt und die Übermenge durch eine Leitung 38 abgeführt werden (vgl. Figur 8).
Für Vorrichtungen, welche im Bereich von Mineralöl-Umschlagplätzen wie Tankanlagen, Löschanlagen in Häfen oder auch in Fabrikationsanlagen, aufgestellt werden und bei denen in Katastrophenfällen mit riesigen Mengen an ausgelaufenem Öl oder dergl. zu rechnen ist, kann ein zusätzlicher Tank 42 die unfallbedingt zusätzlich anfallenden ausgeschiedenen aufschwimmbaren Stoffe auffangen. Der Tank 42 kann in unmittelbarer Nachbarschaft zum Auffangbehälter 1 stehen und ist über eine Leitung 44 direkt mit dem Sammelrohr 27 verbunden (Figur 9). Um auch bei dieser Ausführungsform auf störungsanfällige Ventile und dergl. verzichten zu können, kann das Rohr 27 doppelwandig ausgeführt sein. Das obere Ende des innenliegenden Einsatzrohres 27' endet dabei unterhalb des trichterförmigen Abschnitts 31. Der zusätzliche trockenliegende Tank 42 benötigt keine Wartung.
Figur 10 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung bei der innerhalb des Rohres 27 ein wasserdurchlässiger Sack 28 eingesetzt ist. Dieser hängt am unteren Ende des trichterförmig verlaufenden Teils 31 des Rohrs. Die in der Schicht S aufschwimmenden Stoffe gelangen radial über den Rand des trichterförmigen Teils 31 und fliessen dort in den Sack 28. Allfällig mitge- schlepptes Wasser kann den Sack verlassen und im Zwischenraum zwischen der Wandung des Rohres 27 und dem Sack nach unten austreten. Das austretende Wasser kann unten durch eine Leitung 26 zurück in den Auffangbehälter 1 fliessen oder abgeleitet werden. Die im Sack 28 zu- rückgehaltenen aufschwimmbaren Stoffe, z. B. Fette oder Öle, können zusammen mit dem Sack 28 aus dem Rohr 27 herausgehoben und entsorgt werden.
Diese Ausführungsform der Erfindung eignet sich besonders für Vorrichtungen, die an Orten aufgestellt werden, wo keine Zufahrt für Absaugfahrzeuge, z. B. in Bergrestaurants, SAC-Hütten etc., besteht oder für Kleinanlagen, bei denen der Anfall an aufschwimmbaren Stoffen wie Ölen und Fetten sehr gering ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Sack teilweise oder ganz mit Ölbinde- mitteln aufgefüllt sein, welche das zufliessende Öl an sich binden. Als Ölbindemittel kann bei- spielsweise Sägemehl oder ähnliches verwendet werden.
In Figur 11ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dargestellt. Der als Filter dienende Mantel 33 liegt in einem Abstand zum Sammelrohr 27, so dass ein kreisringförmiger Zwischenraum 80 für das von sedimentierbaren Schlammpartikeln und dem Öl befreiten Abwasser entsteht. Dieses kann dort gesammelt und durch ein ringförmig verlaufendes Sammelrohr 81, welches mit runden oder schlitzförmigen Öffnungen 82 versehen ist, abgesaugt werden. Das ringförmige Sammelrohr 81 ist direkt mit dem Tauchrohr 17 verbunden D. h. die bisher auf dem Niveau h3 angeordnete Absaugöffnung 19 entfällt und die Absaugung erfolgt im beruhigten Bereich zwischen dem Filtermantel 33 und dem Sammelrohr 27. Das Aufsteigen der koalierten Öltröpfchen erfolgt wie bei den übrigen Ausgestaltungen der Erfindung.
Vorzugsweise ist der Filtermantel 33 unterhalb des Niveaus h3 undurchlässig gestaltet, so dass keine Schlammpartikel durch die Saug- wirkung der ringförmigen Leitung 8 angesaugt werden können. Alternativ zum Sammelrohr 81 könnte das Sammelrohr 27 mit einem beabstandet zum Boden 5 liegenden Zwischenboden 85 (in begrochenen Linien angedeutet) versehen sein, unter dem das Ende des Tauchrohres 17 unter- halb des Zwischenbodens 85 mündet. Der Wassereinlauf unter dem Zwischenboden 85 erfolgt durch geeignet angebrachte Löcher (keine Abb.).
Damit bei einer nur alle fünf bis zehn Jahre notwendigen Reinigung der Vorrichtung die auf- schwimmenden Stoffe vor dem Abpumpen des Behälterinhalts abgeführt werden können, kann am Endstück 30 ein nach oben ragender Stab mit einem Griff 46 befestigt sein. An diesem Griff 46 kann eine Bedienungsperson das Endstück 30 einige Millimeter auf das Niveau h2 nach unten schieben und auf diese Weise alle auf der Wasseroberfläche aufschwimmenden Stoffe ohne Abwasser ins Innere des Rohres 27 ableiten.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der obere Rand 29 des Rohrs 27 oder dessen unmittelbare Umgebung durch ein Heizband oder durch einen Heizdraht 40 beheizt werden, um die Viskosität der auszuscheidenden und abzuführenden aufschwimmbaren Stoffe zu erhöhen. Es ist dazu nur eine sehr geringe Energiemenge notwendig, damit durch eine kleine Temperaturdifferenz eine genügende Erhöhung der Viskosität möglich ist (Figur 6).