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BESCHREIBUNG Regenabsch lagsbecken mit Wehrk lappe und Schieber Die
Erfindung betrifft ein Regenabschlagsbecken mit a) einem gestreckten geradlinigen,
abgeknickten oder gekrümmten, rechteckigen Grundriß in der Kanaltrasse mit einem
Mischwasserzulauf; b) einer Entlastungsanlage fUr das Abschlagen des Regenwassers
in den Vorfluter, bestehend aus der festen Wehrschwelle und der oben außermittig
gelagerten und durch einen Schwimmer bewegten Wehrklappe; c) einem durch Schwimmer
bewegten und durch Steuerscheibe mit Steuerkurve gesteuerten Schieber vor dem Schmutzwasserablauf
zur Kläranlage, insbesondere fUr die Mischwasserkanalisation.
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In der Kanalisation werden beim Mischsystem in einem Leitungsnetz
Schmutz- und Regenwasser abgeleitet (zu den AusfUhrungen ueber den Stand der Technik
siehe "Lehr- und Handbuch der Abwassertechnik", Band 1, Verlag Wilhelm Ernst und
Sohn, Berlin - MUnchen 1973, Seite 435 bis 476).
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Da sich die Bemessung der Mischwasserkanäle im wesentlichen aus dem
Regenwasseranfall ergibt, werden zur Entlastung Regenüberläufe angeordnet, um einen
wirtschaftlichen und fUr den Schmutzwasseranteil bei Trockenwetter einen fließtechnisch
günstigen Kanalquerschnitt zu erreichen. Das Kanalnetz wird in der Regel entsprechend
der Lebensdauer des Rohrmateriales für den Zeitraum von mindestens 50 Jahren bemessen.
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Mit zunehmender Bebauung des angeschlossenen Einzugsgebietes werden
das Rohrnetz und die Bauwerke mehr und mehr ausgelastet.
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Mit Zunahme der Schmutzwassermenge ist im Regenüberlaufbauwerk die
feste ein-
Anlage 3, oder doppelseitige Wehrschwelle entsprechend
anzuheben, damit der Kläranlage bei Niederschlägen die in Abhängigkeit von der mittleren
Sommerniedrigwasserführung des Vorfluters und des mittleren Schmutzwasserabflusses
in der Kanalisation bestimmte Mischwassermenge (Qkrit) zufließt.
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Diese als kritischer Mischwasserabfluß (Qkrit) bezeichnete Wassermenge
soll bis zum Anspringen des Regenuberlaufes ohne Speicherraum (wenn im Regenüberlaufbauwerk
der Wasserspiegel die Höhe der festen Wehrschwelle erreicht) zur Kläranlage weitergeleitet
werden. Bei Überschreitung der kritischen Regenspende bis zum Berechnungsregen (maximaler
Abfluß) wird das die feste Wehrschwelle Uberströmende Mischwasser dem Vorfluter
zugeführt.
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Bei Drosselstrecken nimmt man in Kauf, daß aufgrund der Wasserspiegelschwankungen
a) bei RegenUberläufen, RegenUberlaufbecken und Fischtreppen die gewUnschte Menge
bei Vor stau Uberschritten wird; b) bei Regenruckhaltebecken die zulässige Menge
erst bei Vollstau zum Abfluß kommt.
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Während im Kanalnetz Drosselstrecken bevorzugt werden, verwendet man
auf dem Gelände der Kläranlage oft Drosselschieber, um sich dem wachsenden Abwasseranfall
anpassen zu können.
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Im Kanalisationsbau werden fUr Regenüberläufe feststehende Wehre mit
ein oder doppelseitigem Überlauf angeordnet. Die im Flußbau zur Einhaltung des Stauzieles
verwandten Uberströmten Wehrklappen, die um eine untenliegende Achse drehbar sind
und mittels Schwimmersteuerung und elektrohydraulischem oder elektromechanischen
Windwerk angetrieben werden, finden im Kanalisationsbau aus wirtschaftlichen GrUnden,
aufgrund der beengten Verhältnisse sowie der erschwerten Wartung, insbesondere der
elektrischen Anlagen, keine Verwendung.
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Die Kläranlagen des Ruhrverbandes Essen Ubernehmen zum Beispiel aus
der gemeindlichen Kanalisation maximal die 5-fache Trockenwetterabflußmenge. Der
überwiegend höher liegende kritische Mischwasserabfluß, der aus GrUnden des Gewösserschutzes
der Kläranlage zur Reinigung zugeführt werden muß, ist entweder durch a) den Betrieb
eines Regenbeckens nach dem Regenuberlautbauwerk vor der Kläranlage zu speichern
und nach jedem Regen Uber die Kläranlage zu entleeren,
Anlage 3,
wobei das in den Vorfluter überlaufende Mischwasser nicht erfaßt wird, oder b) die
Anordnung eines Regenüberlaufbeckens als Kombination von Speicher und Regenüberlauf,
zu speichern und verzögert zur Kläranlage abzugeben. Diese Anordnung bringt den
Vorteil, daß der zur Kläranlage führende Kanal kleiner dimensioniert werden kann,
der bei einsetzendem Regen infolge der Spülwirkung auftretende Schmutzstoß aufgefangen
wird, dem Vorfluter mechanisch gereinigtes Mischwasser zugeführt, die Häufigkeit
und Fließzeit der Mischwasserableitung und somit die dem Vorfluter zugeführte Schmutzfracht
reduziert wird.
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In der Patentschrift DT 1.945.922, Zeile 21 bis 35, wird ausgeführt:
"Ungeachtet dieser Vorteile werden Regenwasserbecken bisher nur selten angewendet,
was In erster Linie auf die Schwierigkeiten bei der Beseitigung des sich auf der
Beckensohle absetzenden Schlamms zurUckzufUhren ist. Entweder mUssen die Becken
in regelmäßigen Abständen manuell ausgeschaufelt oder abgespritzt werden, oder es
ist eine zusätzliche mechanische Reinigungsvorrichtung, z.B. ein Schlammräumer,
vorzusehen. Es sind zwar Regenwasserbecken fUr große Gefällestufen bekannt, bei
denen Schlammablagerungen leicht ausgespUlt werden können. In den meisten Fällen
ist jedoch zwischen Regenwasserbecken und Kläranlage nur ein geringes Gefälle vorhanden,
so daß der Beckenboden nicht mit einem ausreichend starken Gefälle versehen werden
kann".
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Alle Becken haben darüberhinous den Nachteil, daß sie einen erheblichen
Platzbedarf haben und daher in öffentlichen Straßen nur schwer unterzubringen sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Regenuberlauf und das
RegenUberlaufbecken durch ein Regenabschlagsbecken zu ersetzen, das a) auch bei
geringem Gefälle und bei Trockenwetterabfluß eine selbsttätige Reinigung von abgesetzten
Schmutzstoffen gewahrl eistet; b) die aufschwimmenden Stoffe, vor allem Oel und
Fett, weitgehendst speichert und nicht in den Vorfluter, sondern zur Kläranloge
ableitet;
Anlage 3, c) den Speicherraum unabhangig vom Zufluß durch
den Einbau einer oberhalb des höchsten Wasserspiegels gelagerten Wehrklappe, die
ohne Fremdenergie durch ihr Eigengewicht, die außermittige Lagerung und Schwimmerantrieb
das gewunschte Stauziel einhält bzw. nur geringfügige Oberschreitungen zuläßt, voll
ausnutzt; d) die zur Kläranlage weiterzuleitende Mischwassermenge durch den Einbau
eines oberhalb des höchsten Wasserspiegels gelagerten, ohne Fremdenergie durch Schwimmer
bewegten und durch Steuerscheibe mit angebrachter Steuerkurve gesteuerten Schiebers
unabhängig vom Wasserstand im Becken konstant halt.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemaß darin, daß a) bei
dem in der Kanaltrasse langgestreckten Becken in der Sohle eine fUr den Trockenwetterabfluß
bemessene Rinne und Bermen mit starker Neigung ausgebildet sind, so daß die beim
Einbau eingetretenen Ablagerungen mit fallendem Wasserspiegel von den Bermen abrutschen
und in der für den Trockenwetterabfluß bemessenen Rinne selbsttätig ausgeräumt werden;
b) die oben gelagerte Wehrklappe weitgehendst die Funktion der Tauchwand Ubernimmt
und die aufgeschwemmten Stoffe zurückhält. Die Klappenhöhe und die Abflußleistung
ist so zu bemessen, daß die oben schwimmenden Stoffe nicht mitgerissen werden und
in den Vorfluter gelangen; zusätzlich kann am Ende des langgestreckten voll eingestauten
Beckens quer zur Fließrichtung vor der Abschlagsvorrichtung eine Tauchwand angeordnet
werden; c) durch den Einbau der öben über dem höchsten Wasserspiegel gelagerten
Wehrklappe der Speicherraum unabhängig vom Zufluß voll eingestaut wird, bevor die
Wehrklappe sich öffnet und, bei Einhaltung des Stauzieles, das mechanisch gereinigte
Mischwasser aus der durch die Klappenhöhe bestimmten Tiefenzone in den Vorfluter
abschlägt. Die oben über dem höchsten Wasserspiegel gelagerte Wehrklappe wirkt durch
ihr Eigengewicht und die außermittige Lagerung dem Wasserdruck entgegen. Ent mit
Überschreitung des eingestellten Wasserspiegels wird die Wehrklappe automatisch
durch den Wasserdruck geöffnet. Durch Gewichtsveränderung der Wehrklappe und (oder)
des Klappenhebelarmes kann jede gewünschte Einstauhöhe erreicht werden. Durch den
Einbau eines Schwimmers wird die jeweilige Klappenstellung sowohl beim Öffnen als
auch beim Schließen zusätzlich angetrieben bzw. stabilisiert;
Anlage
3, d) durch den Einbau des Schiebers vor dem Schmutzwasserablauf die zur Kläranlage
abzuleitende Wassermenge unabhängig vom Wasserstand im Becken konstant gehalten
wird. Der Schieber wird mittels Schwimmerkraft bewegt. Die Bewegungsgröße des Schiebers
wird durch die auf der Steuerscheibe angebrachte Steuerkurve bestimmt. Die Steuerscheibe
ist leicht auswechselbar. Bei Zunahme des Schmutzwasseranfalls infolge der Erschließung
neuer Wohn- oder Gewerbegebiete ist eine größere Schmutzwassermenge zur Kläranlage
abzuleiten. Durch die veränderten Abflußverhöltnisse wird das Auswechseln der Steuerscheibe
mit entsprechend geänderter Steuerkurve erforderlich.
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Mit der Erfindung werden insbesondere die nachstehend aufgeführten
wasserwirtschaftlichen; konstruktiven und wirtschaftlichen Vorteile erzielt: 1.
Das langgestreckte Becken wird von der ankommenden Mischwassermenge gleichmäßig
und entsprechend der Querschnittsvergrößerung mit reduzierter Geschwindigkeit durchströmt.
Hierdurch wird die optimale Absetz- und Aufschwemmwirkung erzielt. Durch den Einbau
der für den Trockenwetterabfluß bemessenen Rinne und der an die Rinne anschließenden
geneigten Bermen wird auch bei sehr geringen Geföllsverhaltnissen die Anordnung
des Regenabschlagsbeckens ermöglicht, weil das selbsttötige Ausräumen der beim Einstau
eingetretenen Ablagerungen gewährleistet ist.
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Das langgestreckte Becken in der Kanal trasse benötigt keine besonderen
Grundstücke, sondern kann wie der Kanal im öffentlichen Straßenraum untergebracht
und überwiegend durch Einbau von vorgefertigten Rohren, Rechteckprofilen, Maulprofilen
und ähnlichem erstellt werden. Das Lichtraumprofil erlaubt auch den nachträglichen
Einbau der Trockenwetterrinne und der Bermen.
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2. Durch den Einbau der oben gelagerten Wehrklappe wird aus dem Regenüberlauf
und dem Regenüberlautbecken ein Regenabschlagsbecken, in dem nicht nur die sich
absetzenden, sondern auch die aufschwimmenden Stoffe, vor allem Oel und Fett, weitgehendst
zurückgehalten und bei nachlassenden Niederschlägen selbsttätig ausgeräumt und zur
Kläranlage abgeleitet werden.
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Anlage 3, 3. Bevor sich die Wehrklappe öffnet und mechanisch gereinigtes
Wasser an den Vorfluter abgibt, wird der Speicherraum voll ausgenutzt und zwar unabhängig
vom Ausbaugrad des angeschlossenen Einzugsgebietes bzw. der ankommenden Mischwassermenge.
Hierdurch wird eine zusätzliche Absetzwirkung beim Mischwasser erzielt, die Häufigkeit
und Laufzeit der Mischwasserableitung und somit die in den Vorfluter abgeschlagene
Schmutzfracht reduziert, sowie das Uberlaufen der aufgeschwemmten Stoffe in den
Vorfluter weitgehendst verhindert.
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4. Bei gleicher Vorfluterbelastung kann das Regenabschlagsbecken gegenüber
dem Regenbecken nach dem Regenüberlauf vor der Kläranlage kleiner dimensioniert
werden.
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5. Das Regenabschlagsbauwerk kann gegenüber dem Regenüberlaufbouwerk
erheblich verkleinert werden, da die Lange der Wehrschwelle durch den Einbau der
Klappe beträchtlich verkürzt wird.
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6. Bei Hochwasser im Vorfluter a) verhindert die Wehrklappe den überstau
des Kanal netzes; b) kann bei Zulassung eines geringfügigen überstaus im Kanal netz
Mischwasser an den Vorfluter abgegeben werden.
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7. Alle Lager der Wehrklappe und des Schwimmers befinden sich Uber
dem höchsten Wasserspiegel. Hierdurch wird die Wartung erleichtert und der Verschleiß
reduziert.
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8. Infolge der beim Regenüberlaufbauwerk aus wirtschaftlichen Gründen
zugelassenen Überströmungshöhe der festen Wehrschwelle und somit der Wasserspiegelschwankungen
wird durch die Drosselstrecke eine nicht erwünschte zusätzliche Wassermenge zur
Kläranlage abgeführt. Durch Einbau der vorstehend beschriebenen Schiebereinrichtung
wird die unerwünschte zusätzliche Wassermenge bei jedem beliebigen Wasserstand auf
Null reduziert. Die Steuerkurve kann auch so ausgebildet werden, daß mit zunehmendem
Einstau die in Richtung Kläranlage weiterzu leitende Wassermenge reduziert wird.
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Entsprechend der verminderten Wassermenge kann a) der zur Kläranlage
führende Kanal kleiner dimensioniert werden; b) das der K 1 aranlage vorgeschaltete
Regenwasserausglei chsbecken entfallen.
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Anlage 3, 9. Die beim Regenuberlaufbauwerk aus wirtschaftlichen Gründen
zugelassene Überströmungshöhe der festen Wehrschwelle und somit die Wasserspiegelschwankung
oberhalb der Drosselstrecke wird durch den Einbau der Wehrklappe erheblich vermindert.
Hierdurch wird die durch die Drosselstrecke abgeleitete zusätzliche Wassermenge
auch ohne Einbau der Schiebereinrichtung entsprechend vermindert.
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10. Bei Regenwasserrückhaltebecken wird die erwünschte Wassermenge
erst bei Erreichung des Stauzieles durch die Drosselstrecke weitergeleitet. Durch
Einbau der vorstehend beschriebenen Schiebereinrichtung wird die erwünschte Wassermenge
bei jedem Wasserstand über dem Rohrscheitel durch die Drosselstrecke abgeleitet.
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Hierdurch kann das Regenwasserrückhaltebecken kleiner bemessen werden.
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11. Bei oben gelagerten Wehrklappen im Flußbau a) kann die Höhe der
festen Wehrschwelle um das- Maß der Klappendicke für die umgelegte Klappe reduziert
werden; b) können die Auflager für die umgelegte Klappe entfallen; c) können die
Spüleinrichtungen entfallen; d) können die Instandhaltungsarbeiten an der Klappe
ohne Dammbalkenverschlüsse ausgeführt werden.
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12. Beim DUker kann durch den Einbau der Klappe vor dem Einlauf in
das große Dükerrohr a) das Wasser bis zur gewünschten Höhe eingestaut und somit
häufiger in dem kleineren Dükerrnhr die maximale Fließgeschwindigkeit zur Vermeidung
bzw.
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Beseitigung von Ablagerungen erzielt werden; b) wird überwiegend
nur vorgeklärtes Wasser in das größere Dükerrohr abgegeben, -wodurch Ablagerungen
und somit der Unterhaltungsaufwand erheblich verringert werden bzw. wird.
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Anlage 3, Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 bis 12 : schematische Längenschnitte, Draufsichten
und Querschnitte von Regenabschlagsbecken nach der Erfindung; Fig. 13 bis 20: schematische
Querschnitte und Draufsichten von AusfUhrungsbeispielen für Entlastungsanlagen,
bestehend aus der festen Wehrschwelle und der oben gelagerten und durch Schwimmer
bewegten Wehrk lappe; Fig. 21 bis 24: schematische Querschnitte und Draufsichten
eines Ausführungsbeispieles des durch Schwimmer bewegten und durch Steuerscheibe
mit Steuerkurve gesteuerten Schiebers; Fig. 1 und 2: die Anordnung eines voll eingestauten
Regenabschlagsbeckens (33) - siehe Stauziel (31) - bei wenig geneigtem Gelände (30),
bestehend aus dem Mischwasserzulauf (32), dem langgestreckten rechteckigen Becken
(33), der festen Wehrschwelle (37), der oben gelagerten Wehrklappe (38), dem zur
Kläranlage führenden Schmutzwasserablauf (36), dem Schieber (35)p( vor dem Schmutzwasserablauf
(36), der zum Vorfluter führenden Leitung (39) und der Tauchwand (34).
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Fig. 3 und 4: wie bei stark geneigtem Gelände (30) der Speicherraum
verteilt ist: a) auf ein unteres voll eingestautes Regenabschlagsbecken (40) - siehe
Stauziel (31) - mit fester Wehrschwelle (37), der oben gelagerten Wehrklappe (38),
dem Schieber (35), vor dem zur Kläranlage führenden Schmutzwasserkanal (36), der
zum Vorfluter führenden Leitung (39) und der Tauchwand (34) und b) auf ein oberes
parallel zum Gelände (30) angeordnetes voll eingestautes Becken (41), mit fester
Schwelle (43) und Umlaufleitung (44) zur Ableitung der Mehrwassermenge nach Füllung
des oberen Beckens (41), dem Mischwasserzulauf (32), der Tauchwand (45) und Drosselverbindung
(46) zwischen dem oberen (41) und unteren (40) Becken;.
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Anlage 3, Fig. 5 bis 7: die Anordnung eines Regenabschlagsbeckens
(33) bei stark geneigtem Gelände (30) mit einem unteren Stauziel (31) und mehreren
gestaffelten Stauzielen (47), bestehend aus dem Mischwasserzulauf (32), dem langgestreckten
rechteckigen Becken (33), der festen Wehrschwelle (37-), der oben gelagerten Wehrklappe(38),
dem Schieber (35) vor dem zur Kläranlage führenden Schmutzwasserablauf (36), der
zum Vorfluter führenden Leitung (39), der Tauchwand (34), den festen Wehrschwelien
quer zur Fließrichfung (48) zur Erzielung der gestaffelten Stauziele (47) mit Abflußöffnungen
für die kritische Mischwasserführung in der Sohle (49) und der Anhebung der Decke
(42) - im Bereich der Querschwellen (48) zur besseren Ausnutzung des Speichervolumens.
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Fig. 8 bis 12: verschiedene Beckenquerschnitte mit der für den jeweiligen
Trockenwetterabfluß bemessenen Rinne (50) und den geneigten Bermen (51); Fig. 13
bis 16: Entlastungsanlagen, bestehend aus der festen Wehrschwelle (37), der oben
außermittig gelagerten Wehrklappe (38), dem an der verlängerten Klappendrehachse
(52) angeordneten Schwimmer (53) und dem an einer eigenen Drehachse (54) befestigten
Schwimmer (55). Die Kraft des Schwimmers (55) wird durch Hebelarme (56), die an
ihren Enden Zahnradsegmente haben, auf die Klappe (38) übertragen; Fig. 17 bis 18:
eine oben in Schienen (57) geführte, auf Rollen (58) laufende, außermittig angeordnete
senkrechte Wehrklappe (59) und eine oben mittig gelagerte Wehrklappe (61), die durch
den Wasserdruck geöffnet und durch ein Gegengewicht (72) geschlossen wird; Fig.
19 und 20: eine oben außermittig gelagerte schrägliegende Wehrklappe (60) und die
mittig gelagerte schrägliegende Wehrklappe (62), die durch den Wasserdruck geöffnet
und durch ihr Eigengewicht geschlossen werden.
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Anlage 3, Fig. 21 und 24: die Details der Schiebereinrichtung, bestehend
aus dem Schieber (35), dem Schwimmer (63), der Steuerscheibe (64) mit der Steuerkurve
(65), dem kurzen Hebelarm (66) mit dem Bolzen (67), der die Schwimmerkraft auf die
Steuerscheibe (64) überträgt, dem langen Hebelarm (68) und der über dem Stauziel
(69) angeordneten Lagerung (70).