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Dokumentenidentifikation DE10204534A1 07.08.2003
Titel Vorrichtung zur geregelten Trennung von flüssigen Phasen mit unterschiedlicher Trübung, insbesondere zur Abwasserbehandlung
Anmelder HST-WKS Hydro-Systemtechnik GmbH, 01217 Dresden, DE
Erfinder Augustin, Jürgen, 01844 Neustadt, DE;
Räuber, Petra, 01324 Dresden, DE;
Marx, Axel, 01187 Dresden, DE;
Hartmann, Reiner, 01189 Dresden, DE
Vertreter Dr. Heyner & Dr. Sperling Patentanwälte, 01217 Dresden
DE-Anmeldedatum 30.01.2002
DE-Aktenzeichen 10204534
Offenlegungstag 07.08.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.08.2003
IPC-Hauptklasse B01D 17/00
IPC-Nebenklasse G01N 21/49   
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Behälter (16) ein verschließbares Ablaufelement mit einem damit verbundenen Trübungssensor (7) aufweist und dass zur Regelung des Ablaufes eine Regeleinrichtung (18) vorgesehen ist, welche den Ablauf einer flüssigen Phase mit vorgegebener Trübung auf der Grundlage der von einem Trübungssensor (7) ermittelten Werte derart regelt, dass der Ablauf der flüssigen Phase mindestens teilweise während der Sedimentationsphase erfolgt, wobei der Trübungssensor (7) und das verschließbare Ablaufelement der absinkenden Grenzschicht zwischen den flüssigen Phasen mit unterschiedlicher Trübung nachgeführt werden und dass die Regelung des Ablaufes derart erfolgt, dass die flüssigen Phasen bei der Trennung nicht miteinander vermischt werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur geregelten Trennung von flüssigen Phasen mit unterschiedlicher Trübung, insbesondere zur Abwasserbehandlung.

Vorrichtungen der vorstehend beschriebenen Gattung dienen zum geregelten schichten- oder phasenweisen Ablauf von flüssigen Medien. Insbesondere kann damit während der Sedimentationsphase im Biobecken einer Abwasserreinigungsanlage, die nach dem Aufstaubetrieb (SBR - Sequencing Batch Reaktor Verfahren) arbeitet, das Klarwasser quantitativ bestimmt und abgezogen werden.

Das SBR-Verfahren ist ein Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwässern, das auf dem Belebungsverfahren basiert. Im deutschsprachigen Raum sind nach dem Verfahren arbeitende Anlagen auch unter der Bezeichnung Belebungsanlagen mit Aufstaubetrieb bekannt. Die einzelnen Verfahrensschritte laufen typischerweise in einem Behälter nacheinander ab. Als einzelne Phasen können in Füllen-Rühren-Belüften-Sedimentieren- Ablassen unterschieden werden.

Das Abwasser wird zunächst in den SBR-Reaktor eingefüllt, der den Belebtschlamm enthält. Die Befüllung kann kontinuierlich, alternierend oder chargenweise erfolgen. Die anschließende Rührphase kann schon während der Füllphase beginnen. Sie dient der Suspension des Belebtschlamms. In dieser Phase herrschen anoxische oder anaerobe Bedingungen, so dass hier die Denitrifikation und evtl. auch die bio-P-Elimination erfolgt. In der folgenden Belüftungsphase erfolgen der Abbau der biologisch abbaubaren organischen Verunreinigungen und die Nitrifikation unter aeroben Bedingungen. Die Prozessphasen Nitrifikation und Denitrifikation können sich entsprechend der gewählten Prozessstrategie wiederholen.

Zur Trennung von Belebtschlamm und gereinigtem Abwasser werden in der Sedimentationsphase Belüftung und Rührwerke abgestellt, wodurch optimale Bedingungen für den Absetzvorgang entstehen.

Nachdem der Belebtschlamm ausreichend abgesetzt ist, kann mit der Ablaufphase begonnen werden. Dabei wird das geklärte Abwasser abgelassen. Der abgesetzte Belebtschlamm verbleibt im SBR-Reaktor. Wenn nötig, wird der angefallene Überschussschlamm abgezogen.

Im Vergleich zum konventionellen Durchlaufbelebungsverfahren eröffnet das SBR-Verfahren die Möglichkeit, das gesamte Verfahren oder einzelne Schritte durch Änderung der jeweiligen Phasendauer an geänderte Bedingungen anzupassen. Das zeigt sich z. B., wenn eine bio-P-Elimination eingeführt werden muss. Während beim kontinuierlichen Verfahren eine entsprechende Stufe vorgeschaltet werden müsste, reicht es beim SBR-Verfahren aus, das Zyklusprogramm entsprechend anzupassen. Weitere Vorteile des SBR- Verfahrens bestehen im Wechsel von guter Nährstoffversorgung und Hungerphasen. Dadurch bilden die Bakterien ein leistungsfähiges Enzymsystem aus und erreichen schnell die maximale Abbauleistung. Die wechselnden Bedingungen sorgen zudem dafür, dass die Bakterienkulturen sich schnell an neue Stoffe anpassen können.

Beim Ablaufen muss gewährleistet sein, dass

  • - der Absetzvorgang nicht durch Verwirbelung der Flüssigkeitsschichtung gestört wird,
  • - kein Belebtschlamm mit abgezogen wird,
  • - kein Schwimmschlamm in den Abzug gelangt,
  • - der Vorgang möglichst schnell vollzogen wird und
  • - ein maximales Ablaufvolumen erreicht wird.

Für diese Phase sind zahlreiche technische Lösungen bekannt, die die Anforderungen an die Prozessstufe zu erfüllen versuchen. Die Mehrzahl der Lösungen weist ein höhenveränderliches Bauteil auf, das sich nahe dem Flüssigkeitsspiegel befindet, als Einlauföffnung für die obere Flüssigkeitsschicht dient und diese damit von der abgesunkenen Flüssigkeitsphase abtrennt.

Die Höhenveränderung wird bei zahlreichen Lösungen mittels eines Schwimmers realisiert, der die Einlauföffnung für die obere Flüssigkeitsschicht in einem konstanten Abstand zum Flüssigkeitsspiegel hält. Bei anderen Lösungen wiederum wird die Einlauföffnung für die obere Flüssigkeitsschicht zwangsgeführt in der Höhe verändert. Dabei kommen Seilzüge zum Einsatz, an denen die Einlauföffnung bewegt wird, die zudem bei einigen Lösungen an einem Führungsgestänge oder zwischen Tauchwänden entlanggleitet.

Eine Lösung, die die Anforderungen erfüllt, beschreibt DE 298 17 284 U1 mit einer Klarwasserabzugsvorrichtung, bei der die Einlauföffnung für die obere Flüssigkeitsschicht dadurch realisiert wird, dass die Ansaugöffnung durch eine federbelastete Verschlusseinrichtung oder eine durch Gewichtskraft wirkende Verschlusseinrichtung verschlossen wird. Das Öffnen geschieht durch Ansaugen, entweder durch eine Pumpe oder durch die Saugwirkung des ablaufenden Fluids nach dem Öffnen der Rohrleitung. Der Abstand der Klarwasserabzugsvorrichtung zum Wasserspiegel, also die Eintauchtiefe, wird durch einen Schwimmer oder eine entsprechende, zwangsweise wirkende Vorrichtung eingestellt.

Eine ähnliche Lösung wird in DE 198 06 370 A1 dargestellt, wobei sich dort die Einlauföffnung, durch Schwimmer getragen, an der Oberfläche der Flüssigkeit befindet. Bei dieser Lösung stehen den geringen Kosten und dem Verzicht auf verschleißende Mechanik mehrere Nachteile gegenüber. Die Vorrichtung ist empfindlich gegen äußere Einflüsse, die Überströmhöhe ist nicht einstellbar, es ist ein Absperrschieber erforderlich, und das Röhrchen für den Luftaustausch kann leicht verschmutzen.

In dem U.S.-Patent 4.695.376 wird ebenfalls ein schwimmender Dekanter vorgestellt. Er ist durch Führungsvorrichtungen in seiner horizontalen Lage fixiert, kann sich aber vertikal entsprechend dem Füllstand auf- und abwärts bewegen. Über eine Spindel, die den Einlauftrichter des Dekanters mit dessen Schwimmkörper verbindet, wird die Ablaufmenge gesteuert. Dazu wird der Abstand des Einlauftrichters zum Schwimmer verändert, wodurch sich die Menge des ablaufenden Wassers variieren lässt bis hin zum Unterbrechen des Abflusses.

An der Unterseite des Einlauftrichters ist eine Pumpe angebracht, die das abgelaufene Wasser aus dem Einlauftrichter herauspumpt.

Weitere schwimmende Einlauföffnungen in unterschiedlicher Ausführung mit oder ohne Führungseinrichtungen werden u. a. in DE 42 15 596 A1, DE 198 39 563 A1 und DE 44 15 978 A1 beschrieben.

Weiterhin sind stationäre Lösungen, d. h. ohne Einsatz eines schwimmenden oder geführten, in der Flüssigkeit beweglichen Bauteils, bekannt. Verstellbare Wehre lassen die obere Schicht der Flüssigkeit überlaufen und ermöglichen damit den Klarwasserabzug. Bei diesen sehr schmalen Wehren wird der Kraftausgleich durch einen Wasserkeil im Ablaufraum erreicht. Sie gleiten entweder durch das Eigengewicht an einem Seilzug abwärts oder werden durch Hydraulik- oder Pneumatikzylinder verstellt. Diese Lösung zeichnet sich aus durch eine einfache Gestaltung und einen durch Zwangsführung geregelten Ablauf. Allerdings treten bei dieser Lösung Probleme mit der Dichtheit, insbesondere am Gelenk, auf. Weiterhin können die Reibungskräfte zwischen dem Wehr und den Seitenwänden die sichere Funktion beeinträchtigen. Bei der Ausführung mit Hydraulikantrieb kann es zudem bei undichtem Hydraulikzylinder zu Verunreinigungen des Wassers kommen.

Eine stationäre Lösung, bei der auf bewegte Teile im Bereich des Klarwasserabzugs verzichtet werden konnte, wird in DE 36 05 727 A1 beschrieben. Dabei wird Klarwasser unterhalb der Schicht, die den Schwimmschlamm bildet, abgezogen, indem in einem Reaktorbehälter mehrere Abzugsrohre unterschiedlicher Länge angeordnet sind. Die unteren Rohröffnungen sind mit Auslauföffnungen verbunden. Die Rohre sind einzeln durch außerhalb des Behälters liegende Elektro-Absperrschieber oder Kugelhähne ansteuerbar, so dass eine stationäre Dekantiervorrichtung entsteht. Beim Dekantieren wird jeweils die Ablauföffnung des längsten noch komplett im Wasser befindlichen Rohrs geöffnet. Wenn der Flüssigkeitsspiegel des Klarwassers dessen Höhe erreicht hat, ist der Ablauf beendet, und das nächste Rohr wird geöffnet. Auf diese Weise kann eine besonders einfache und funktionssichere Bauweise erzielt werden. Allerdings gerät immer eine bestimmte Menge Belebtschlamm in die unteren Rohre, der dann zu Beginn des Klarwasserablaufes aus dem betreffenden Rohr mit abfließt. Beim Abfluss durch das Absperrorgan kann dieses durch die Schlammanteile verstopfen. Gleichfalls laufen die außen liegenden Aggregate im Winter Gefahr, einzufrieren.

Insgesamt ist den Lösungen nach dem Stand der Technik jedoch gemeinsam, dass sie kompliziert und in ihrer Wirkungsweise störanfällig sind sowie folgende Nachteile und Mängel aufweisen:

  • - keine Erkennung der Klarwasserzone und keine davon abhängige Regelung des Klarwasserablaufs,
  • - der Ablauf des Wassers erfolgt nach einem mehr oder weniger statischen Zeit- und Füllstandsregime,
  • - die starre Prozessführung berücksichtigt nicht den Grad der Dekantierung,
  • - Risiko des Ablaufes von nicht ausreichend gereinigten Wassers,
  • - keine praktikable Regelungsmöglichkeit bei schwimmenden Einlauföffnungen,
  • - hohe Investitions- und Wartungskosten bei zwangsgeführten Ablaufvorrichtungen (z. B. Seilwinde) und Probleme beim Winterbetrieb,
  • - hoher Kosten- und Montageaufwand für Ablaufrohre bei schwimmenden Lösungen,
  • - große Überlaufkanten notwendig, da keine Kombination mit Messeinrichtungen vorliegt, welche örtlich überhöhte Strömungsgeschwindigkeiten und andere Zustandsgrößen des Wassers (z. B. Trübung) registrieren könnten,
  • - keine Dynamisierung des Prozessablaufes möglich und
  • - nicht witterungsunabhängig störungsfrei.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff der Erfindung derart weiterzubilden, dass eine einfache und kostengünstige sowie zeitsparend einsetzbare Vorrichtung geschaffen wird.

Nach der Konzeption der Erfindung weist eine Vorrichtung zur geregelten Trennung von flüssigen Phasen mit unterschiedlicher Trübung einen Behälter und ein verschließbares Ablaufelement auf und weiterhin ist zur Regelung des Ablaufes eine Regeleinrichtung vorgesehen, welche den Ablauf einer flüssigen Phase mit vorgebbarer Trübung auf der Grundlage der von einem Trübungssensor ermittelten Werte regelt. Außerdem ist eine Sensorführung vorgesehen, mit welcher der Trübungssensor der absinkenden Grenzschicht zwischen den flüssigen Phasen mit unterschiedlicher Trübung nachgeführt wird, wobei die Regelung des Ablaufelements derart erfolgt, dass die flüssigen Phasen bei der Trennung nicht miteinander vermischt werden.

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung, die in einem Becken oder Behälter einen Ablaufschacht mit einer oder mehreren Ablauföffnungen im Ablaufschacht aufweist, die durch verschließbare Ablaufelemente, beispielsweise Absenkschütz oder Absenkschieber, verschlossen werden. Der Ablaufschacht kann aus Beton, Kunststoff oder Edelstahl bestehen. Dabei kann der Schacht auch integraler Bestandteil der Beckenwand sein. Der Schacht weist eine Ablauföffnung nach außen auf oder ist mit einer Pumpe, z. B. einer Tauchmotorpumpe, ausgestattet. Eine oder mehrere nebeneinander angeordnete Ablauföffnungen im Schacht werden durch Schieber verschlossen, die vertikal beweglich angeordnet sind. Anstelle der parallelen Anordnung mehrerer Schieber nebeneinander, können die Schieber unterschiedlicher Länge auch ineinander integriert als Teleskopschieber ausgeführt werden.

Der Plattenschieber weist seitlich Führungsschienen auf und ist zum Schacht hin mit umlaufender Abdichtung und mit Quellband abgedichtet. Der Schieber weist einen Antrieb mit Spindel, Mitnehmer und Befestigungen auf. Der Antrieb kann als elektromotorischer Antrieb ausgeführt sein. Die Schieber werden unter Berücksichtigung der üblichen Ablaufmengen dimensioniert.

Vor dem Schieberüberlauf ist ein Trübungssensor mit dem Schieber verbunden oder schwimmend gelagert. Besondere Vorrichtungen verhindern die Schwimmschlammmitnahme. Für das Regelsystem ist die Vorrichtung mit der nötigen Hard- und Software ausgestattet.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann folgendes Verfahren realisiert werden. Das Verfahren startet mit Beginn der Sedimentationsphase. Dabei wird der Klarwasserzustand mit der Trübungssensor gemessen.

Aus dem Absinken des Belebtschlamms und den daraus resultierenden veränderten Trübungswerten wird die Absetzgeschwindigkeit des Schlamms ermittelt. Aus dieser Absetzgeschwindigkeit kann die Basisgeschwindigkeit für die Schieberöffnung ermittelt werden. Die Absetzgeschwindigkeit entspricht dabei nach einer veränderten Ausführungsform einer Veränderung der Trübungseinheiten von 1000 auf 100 TEF (TEF = Trübungseinheiten Formazin - Formazin = Trübungseinheit).

Bei Erreichen des vorgegebenen Trübungsgrenzwertes wird der Elektroantrieb des Schiebers eingeschaltet. Damit öffnet der Schieber, und das Klarwasser oder die obere Schicht eines flüssigen Mediums fließt über die obere Schieberkante ab. Der Schieber fährt dann mit einem optimalen Abstand der Sedimentationsgrenze hinterher, deren Höhe durch die Sensoren permanent neu bestimmt wird. Die dynamische Nachführung des Schiebers wird durch eine PID-Regeleinrichtung erzielt, die einem vorgegebenen Trübungssollwert folgt.

In Abhängigkeit von der eingestellten Regelung fährt der Schieber mit konstanter oder variabler Geschwindigkeit und hält bei Erreichen des vorgegebenen Grenzwertes an. Bei Unterschreiten des Grenzwertes wird der Schieber weiter geöffnet.

Wird die obere Grenzschicht des abgesetzten Belebtschlamms erreicht, d. h. der Grenzwert wird über eine vorgegebene Zeit und Füllstandshöhe hinweg nicht mehr unterschritten, ist der Ablaufvorgang beendet. Der Schieber fährt wieder in seine obere Ausgangsstellung zurück oder folgt bei festinstalliertem Trübungssensor schrittweise der Neubefüllung des Beckens.

Sind die Schieber integriert als Teleskopschieber ausgeführt, öffnet sich zuerst der obere Schieber, da die Reibungskräfte auf dem unteren Schieber höher sind. Hat der obere Schieber seine untere Endlage erreicht, fährt der Mitnehmer, durch die Spindel bewegt, auf den unteren Anschlag. Damit beginnt die Bewegung des unteren Schiebers.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind folgende Vorteile verbunden:

  • a) technisch
    • - Ablaufvorrichtung weist einfache und kompakte Konstruktion auf,
    • - Funktionssicherheit,
    • - Einbindung des Klarwasserablaufs in ein dynamisches Regelungssystem,
    • - Regelung der Ablaufmenge mit dynamischer Anpassung möglich,
    • - Handbetätigung möglich,
    • - Montage, Wartung und Instandsetzung werden erleichtert,
    • - Nachrüstung vorhandener Anlagen ist möglich,
    • - Messtechnik ist einfach und
    • - Verknüpfung von scharfen und unscharfen Messsignalen (oder -werten) lässt ein Zustandsbild des Prozesses von ausreichender Genauigkeit entstehen.
  • b) technologisch
    • - Prozessfortschritt orientiert sich an tatsächlichen Stoffparametern und nicht an starren Zeit- oder Füllstandsvorgaben,
    • - Einhaltung der gesetzlichen Ablaufgrenzwerte für ungelöste Inhaltsstoffe, selbst wenn die Zusammensetzung des zufließenden Rohabwassers stark schwankt,
    • - Ablaufmenge wird maximiert, abhängig vom Absetzverhalten des Schlamms und damit wird die Totzeit für die aktive Abwasserreinigung minimiert,
    • - Abzugsphase und Sedimentationsphase sind gekoppelt, wodurch sich der SBR-Prozess weiter verkürzt,
    • - Mess- und Regelverfahren sind bei allen ansteuerbaren Dekantiereinrichtungen, z. B. schwimmende Dekanter mit Regelantrieb, einsetzbar und
    • - Verfahren, speziell die mechanische und MSR-Lösung, ist auch außerhalb der Abwassertechnik bei der Phasentrennung flüssiger Medien oder bei geregelten Ablaufvorgängen einsetzbar.
  • c) ökonomisch
    • - Verkürzung der Ablaufzeiten und damit Verkürzung des Prozesszyklus- Zeiteinsparungen beim Ablaufen bis 60% sind möglich,
    • - Verringerung des Beckenvolumens und geringere Investitions- und Betriebskosten,
    • - Klarwasserablauf kann kostengünstig mit nur einem Antrieb realisiert werden, wenn der Teleskopschieber zum Einsatz kommt,
    • - Vermeidung zusätzlicher Gebühren für unzulässige Schadstoffeinheiten (nicht gelöste Inhaltsstoffe) und
    • - Einsparung von Betriebskosten und Entlastung des Bedienpersonals durch Automatisierung des Ablaufs.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 Prinzipdarstellung der Vorrichtung zum geregelten schichten- oder phasenweisen Ablauf von flüssigen Medien in der Ausführung mit zwei parallel angeordneten Schiebern in der Vorderansicht.

Fig. 2 Prinzipdarstellung der Vorrichtung zum geregelten schichten- oder phasenweisen Ablauf von flüssigen Medien in der Ausführung mit mehreren parallel angeordneten Schiebern in der Seitenansicht.

Fig. 3 Prinzipdarstellung der Vorrichtung zum geregelten schichten- oder phasenweisen Ablauf von flüssigen Medien in der Ausführung mit schwimmendem Dekanter.

Fig. 4 Prinzipdarstellung der Vorrichtung zum geregelten schichten- oder phasenweisen Ablauf von flüssigen Medien in der Ausführung mit Teleskopschieber.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen eine Abwasserbehandlungsvorrichtung mit einem Behälter 16 und zwei nebeneinander angeordneten Ablauföffnungen 6 in einem Ablaufschacht 1, die durch übereinander angeordnete Schieber 2, 3 verschlossen werden.

Die Schieber 2, 3 sind parallel versetzt zueinander in unterschiedlicher Höhe derart am Behälter 16 angeordnet, dass die durch die Schieber 2, 3 maximal freigebbare Ablaufhöhe der Flüssigkeit im Behälter 16 der Summe der Höhe der Schieber 2, 3 entspricht.

Der Ablaufschacht 1 geht über in einen Sammelschacht 4, aus welchem das gereinigte Abwasser mit einer Pumpe 5 abförderbar ist. Die Schieber 2, 3 verfügen über Mitnehmer 14 für die Spindeln 12, 13, welche diese in die jeweils untere Endlage 15 befördern. Die Schieber 2, 3 werden unter Berücksichtigung der üblichen Ablaufmengen dimensioniert. Die Bewegung der Schieber 2, 3 erfolgt im Ausführungsbeispiel mit den Spindeln 12, 13, die jeweils über einen Elektroantrieb 9 verfügen.

Weiterhin ist ein Trübungssensor 7 vorgesehen. Die von dem Trübungssensor 7 aufgenommenen Daten werden in einer Regeleinrichtung 18 verarbeitet.

Der Abstand des Trübungssensors 7 von der Wasseroberfläche 10 wird insbesondere durch den zu erwartenden Anfall an Schwimmschlamm und auch in Abhängigkeit der Größe des Beckens eingestellt. Bevorzugt ist dieser Abstand variabel einstellbar, so dass zum Beispiel auf einen vermehrten Schwimmschlammanteil eingegangen werden kann.

Außerdem ist bei Becken mit sehr großem Durchmesser und sehr großem Volumen eine Verwirbelung durch ablaufendes Klarwasser geringer, so dass der Abstand zur Wasseroberfläche kleiner gehalten werden kann im Vergleich zu einem kleinen Becken mit einem kleinen Volumen.

Der Trübungssensor 7 befindet sich durch eine Sensorführung 8 immer in einem definierten Abstand unterhalb der Wasseroberfläche.

Ein Ausgangssignal steuert den Elektroantrieb 9 der Schieber. Dieser bewegt die Schieber 2 oder 3 mittels Spindeln 12, 13 zunächst mit maximal möglicher Geschwindigkeit bis zur Flüssigkeitsoberfläche und dann weiter bis zur Schlammgrenze 17, um dort anzuhalten. Der Elektroantrieb der Spindeln 9 wird dann mit fortschreitender Klärung des Abwassers bei Erreichen des Trübungsgrenzwertes über die Regeleinrichtung 18, beispielsweise eine Speicher-Programmierbare-Steuerung (SPS) oder ein intelligentes Regelsystem, wieder eingeschaltet. Je nach eingestellter Regelung fahren die Schieber 2, 3 getaktet mit konstanter Geschwindigkeit und halten bei Erreichen des vorgegebenen Grenzwertes an. Bei Unterschreiten des Grenzwertes wird der Schieber 2 oder 3 weiter geöffnet. Sofern die Verzögerung bzw. die Trägheit der Regelung zu groß ist, können die Schieber 2, 3 auch nach dem Anhalten definiert wieder ein Stück zurückfahren.

Bei einer weiteren Regelvariante fährt der Schieber 2 oder 3 mit veränderbarer Geschwindigkeit der Absenkgeschwindigkeit des Schlammes hinterher.

Entsprechend der Regelstrategie wird die Ablauföffnung 6 mit den Schiebern 2, 3 dem eingestellten Trübungssollwert dynamisch angepasst. Ist der Klarwasserablauf beendet, fährt der Schieber 2 oder 3 entweder entsprechend dem zunehmenden Wasserstand nach oben oder er bewegt sich sofort in die obere Endlage.

Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung fährt zuerst der obere Schieber 2 oder die obere Schieberplatte 20 bis zum Anschlag, und danach wird der untere Schieber 3 oder die untere Schieberplatte 21 bewegt.

In ähnlicher Weise kann der obere Schieber 2 oder die obere Schieberplatte 20 und der untere Schieber 3 oder die untere Schieberplatte 21 gleichzeitig bewegt werden.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung des Klarwasserablaufs ist die dynamische Regelung eines schwimmenden Dekanters nach Fig. 3.

Dabei stützen sich ein Ablauftrichter 24 und ein Elektroantrieb 9 mit Spindel 12 auf einer Plattform 23, getragen von Schwimmkörpern 11, ab. Der Trübungssensor 7 ist im Einlaufbereich der Tauchwand 22 angeordnet. Der Elektroantrieb 9 ist über eine Traverse 25 mit der Plattform 23 verbunden. An der Traverse 25 wird über den Antrieb 9 auch die Spindel geführt, welche den Ablauftrichter 24 bei einer Spindelbewegung nach unten eintauchen lässt und bei einer Bewegung nach oben aus dem Wasser heraushebt. Mit Erreichen des vorgegebenen Grenzwertes für die Ablauftrübung wird der Ablauftrichter 24 über den Antrieb 9 durch die Spindel 12 unter die Wasseroberfläche 10 gedrückt, das Klarwasser kann ablaufen.

Die Eintauchtiefe und damit die Überströmhöhe des ablaufenden Klarwassers wird durch das zeitliche Verhalten der Trübungswerte und den vorgegebenen PID-Regelverlauf bestimmt.

Steigt der Trübungswert über den vorgegebenen Führungswert, wird die Eintauchtiefe und damit die Ablaufmenge verringert und im umgekehrten Fall erhöht.

Bei Erreichen des oberen zulässigen Grenzwertes der Trübung wird der Trichtereinlauf über die Wasseroberfläche gehoben und der Ablauf unterbrochen.

Mit Erreichen der zeitlichen Grenzen für die Trübungsänderung wird der Ablauftrichter 24 angehoben und der Klarwasserabzug beendet.

Das Regelsystem kann mit primären Zeit- oder Füllstandsgrenzwerten überdeckt werden.

In Fig. 4 wird anstelle der parallelen und höhenversetzten Anordnung mehrerer Schieber ein Teleskopschieber 19 mit mehreren Schieberplatten 20, 21 eingesetzt.

Dabei ist der Ablaufschacht 1 sowie auch Antrieb und Regelung, wie bei der Ausführung mit mehreren Schiebern, gestaltet. Allerdings ist nur eine einzige Ablauföffnung 6 vorhanden. Die obere Schieberplatte 20 und die untere Schieberplatte 21 sind im geschlossenen Zustand des Teleskopschiebers 19 vertikal übereinander angeordnet, wobei die obere Schieberplatte 20 bei der Öffnung der Ablauföffnung 6 auf der unteren Schieberplatte 21 gleitet.

Die Vorrichtung in dieser Ausführung weist zudem höhenversetzte seitliche Führungsschienen sowie umlaufende und gegenseitig wirkende Abdichtungen auf. Der Anpressdruck der Schieberplatten 20, 21 ist einstellbar und bestimmt nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Reihenfolge, in der sich die Schieberplatten bewegen und die Ablauföffnung 6 freigeben.

Zuerst wird diejenige Schieberplatte vollständig geöffnet, die den niedrigeren Anpressdruck aufnehmen muss. Lastet z. B. auf der oberen Schieberplatte 20 die geringere Anpresskraft, dann öffnet diese zuerst vollständig, ehe sich die untere Schieberplatte 21 in Bewegung setzt.

Gezeigt werden in Fig. 4a) bis c) auch die unterschiedlichen Phasen der Öffnung des als Teleskopschieber 19 ausgeführten Schiebers jeweils in Vorder- und Seitenansicht. Dabei zeigt Fig. 4 a1 beide Schieber in geschlossener Stellung in der Vorderansicht und Fig. 4 a2 in der Seitenansicht, Fig. 4b) zeigt den oberen Schieber in geöffneter Stellung und Fig. 4c beide Schieber in geöffneter Stellung.

Ebenso vorteilhaft ist auch eine gleichzeitige Bewegung der Schieberplatten 20, 21 des Teleskopschiebers 19 ausführbar.

Die Schieberplatten 20, 21 werden bevorzugt durch eine Spindel 12 bewegt, welche von einem Elektroantrieb 9 angetrieben wird.

Die Bewegung der Schieber 2, 3, der Schieberplatten 20, 21 oder des Ablauftrichters 24 erfolgt nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung diskontinuierlich mit konstanter Geschwindigkeit, und die Schieber 2, 3, die Schieberplatten 20, 21 oder der Ablauftrichter 24 stoppen, wenn ein vorgegebener Trübungsgrenzwert durch den Trübungssensor 7 gemessen wird.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Bewegung der Schieber 2, 3, der Schieberplatten 20, 21 oder des Ablauftrichters 24 kontinuierlich mit variabler Geschwindigkeit auf der Grundlage einer dynamischen Sollwertregelung (PID-Regler).

Anstelle der in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Steuerung der Vorrichtung zum geregelten schichten- oder phasenweisen Ablauf von flüssigen Medien können andere MSR-Systeme zur Regelung des Klarwasserablaufs eingesetzt werden.

Das Verfahren zur Regelung des Klarwasserablaufes setzt sich aus den folgenden Verfahrensschritten zusammen:

  • 1. Bestimmung des Sollwertes des Trübungszustandes, Programmierung des Regelsystems,
  • 2. Messung des Klarwasserzustands mit dem Trübungssensor 7,
  • 3. Bestimmung der Regelgröße für die Ansteuerung des oder der Schieber 2, 3 bzw. des Ablauftrichters 24,
  • 4. Beginn des Klarwasserablaufs bei Unterschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes,
  • 5. Überlaufkante des Klarwasserablaufs fährt der Sedimentationsgrenze kontinuierlich oder diskontinuierlich mit dynamischer Sollwertregelung hinterher,
  • 6. Ende des Klarwasserablaufs bei Erreichen der Schlammgrenze, d. h. Überschreitung des vorgegebenen Grenzwertes in vorgegebener Zeitdauer und Füllstandsfenster und
  • 7. Ende des Prozesses und Schließen des Klarwasserablaufs entweder analog des wieder zunehmenden Füllstandes oder bis zur oberen Endlage.

Bei Erstinbetriebnahme muss die Messeinrichtung zur Bestimmung der Zustandsgrößen nach Punkt 1. eingemessen werden. Der Trübungssensor 7 kann in einem sehr engen Bereich von 10 . . . 20 cm die Grenze zwischen Klarwasser und Belebtschlamm ermitteln. LISTE DER BEZUGSZEICHEN 1 Ablaufschacht

2 Schieber (oben)

3 Schieber (unten)

4 Sammelschacht

5 Pumpe

6 Ablauföffnung

7 Trübungssensor

8 Sensorführung

9 Elektroantrieb der Spindeln

10 Wasseroberfläche

11 Schwimmkörper

12 Spindel (oberer Schieber)

13 Spindel (unterer Schieber)

14 Mitnehmer

15 untere Endlage

16 Behälter

17 Schlammgrenze

18 Regeleinrichtung

19 Teleskopschieber

20 obere Schieberplatte

21 untere Schieberplatte

22 Tauchwand

23 Plattform

24 Ablauftrichter

25 Traverse


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zur geregelten Trennung von flüssigen Phasen mit unterschiedlicher Trübung, dadurch gekennzeichnet, dass ein Behälter (16) ein verschließbares Ablaufelement aufweist und dass zur Regelung des Ablaufes eine Regeleinrichtung (18) vorgesehen ist, welche den Ablauf einer flüssigen Phase mit vorgebbarer Trübung auf der Grundlage der von einem Trübungssensor (7) ermittelten Werte regelt und dass weiterhin eine Sensorführung (8) vorgesehen ist, mit welcher der Trübungssensor (7) der absinkenden Grenzschicht zwischen den flüssigen Phasen mit unterschiedlicher Trübung nachgeführt wird, wobei die Regelung des Ablaufelements derart erfolgt, dass die flüssigen Phasen bei der Trennung nicht miteinander vermischt werden.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das verschließbare Ablaufelement aus zwei Schiebern (2, 3) aufgebaut ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieber (2, 3) parallel versetzt zueinander in unterschiedlicher Höhe derart am Behälter (16) angeordnet sind, dass die durch die Schieber (2, 3) maximal freigebbare Ablaufhöhe der Flüssigkeit im Behälter (16) der Summe der Höhe der Schieber (2, 3) entspricht.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieber (2, 3) in einer Einheit als Teleskopschieber (19) mit mindestens zwei Schieberplatten (20, 21) ausgeführt sind.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieberplatten (20, 21) des Teleskopschiebers (19) durch eine Spindel (12) mit einem Elektroantrieb (9) bewegt werden.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst der obere Schieber (2) oder die obere Schieberplatte (20) bis zum Anschlag fährt und danach der untere Schieber (3) oder die untere Schieberplatte (21) bewegt wird.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Schieber (2) oder die obere Schieberplatte (20) und der untere Schieber (3) oder die untere Schieberplatte (21) gleichzeitig bewegt werden.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das verschließbare Ablaufelement als Ablauftrichter (24) mit Elektroantrieb (9) und Spindel (12) ausgeführt ist, wobei sich der Ablauftrichter (24) und der Elektroantrieb (9) mit Spindel (12) über eine Traverse (25) auf einer Plattform (23), getragen von Schwimmkörpern (11), abstützen.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Trübungssensor (7) mit dem Schwimmkörper (11) oder fest mit einem Schieber (2, 3) verbunden ist.
  10. 10. Verfahren zur Regelung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dieses aus folgenden Schritten besteht:
    1. a) Bestimmung des Sollwertes des Trübungszustandes, Programmierung des Regelsystems,
    2. b) Messung des Klarwasserzustands mit dem Trübungssensor (7),
    3. c) Bestimmung der Regelgröße für die Ansteuerung des oder der Schieber (2, 3) bzw. des Ablauftrichters (24),
    4. d) Beginn des Klarwasserablaufs bei Unterschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes,
    5. e) Überlaufkante des Klarwasserablaufs fährt der Sedimentationsgrenze kontinuierlich oder diskontinuierlich mit dynamischer Sollwertregelung hinterher,
    6. f) Ende des Klarwasserablaufs bei Erreichen der Schlammgrenze, d. h. Überschreitung des vorgegebenen Grenzwertes in vorgegebener Zeitdauer
    7. g) Ende des Prozesses und Schließen des Klarwasserablaufs entweder analog des wieder zunehmenden Füllstandes oder bis zur oberen Endlage.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Schieber (2, 3), der Schieberplatten (20, 21) oder des Ablauftrichters (24) diskontinuierlich mit konstanter Geschwindigkeit erfolgt und die Schieber (2, 3), die Schieberplatten (20, 21) oder der Ablauftrichter (24) stoppen, wenn ein vorgegebener Trübungsgrenzwert durch den Trübungssensor (7) gemessen wird.
  12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Schieber (2, 3), der Schieberplatten (20, 21) oder des Ablauftrichters (24) kontinuierlich mit variabler Geschwindigkeit auf der Grundlage einer dynamischen Sollwertregelung (PID-Regler) erfolgt.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
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