DE4016115C2 - Überlaufbauwerk zum Aufteilen oder Auftrennen eines Flüssigkeitsstroms - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Überlaufbauwerk zum Aufteilen oder Trennen eines Flüssigkeitsstroms, insbesondere eines Abwasserstroms, in der Klärtechnik.

Ein solches Überlaufbauwerk ist aus der FR-Zeitschrift "Construction", 10/1977, S. 406, insbesondere Fig. 6, bekannt. Dabei dringt über einen Zulauf in die äußere Ringkammer zugeführtes Wasser in eine Innenkammer normalerweise über den offenen Boden einer Überlaufschwelle ein und läuft von dort über einen den Boden der äußeren Ringkammer zentral und vertikal durchsetzendes Ablaufrohr ab. Bei übermäßigem Wasserzulauf strömt zusätzlich Wasser über den Überlaufrand der Überlaufschwelle in die Innenkammer. Die äußere Ringkammer hat ebenfalls einen den Boden durchsetzenden Ablauf.

Überlaufbauwerke der eingangs angegebenen Art werden beispielsweise im großen Umfang in Abwasserkana­ lisationssystemen eingesetzt. Dabei dienen dann diese Überlaufbauwerke dazu, für einen der Größe der Kläranlage angemessenen Abwasserzulauf zu sorgen, also beispielsweise zu verhindern, daß bei einem starken Regenfall die Kläranlage überlastet wird. Zu diesem Zweck leitet das Überlaufbauwerk bei normalen Abwasseranfall das Abwasser unmittelbar weiter (Hauptschluß), wohingegen es bei übermäßigem Abwasseranfall einen Teil des Abwassers abtrennt und zu einem Zwischenlager führt, beispielsweise einem Regenüberlaufbecken. Die Aufteilung erfolgt dabei mittels sogenannter Überlauf­ schwellen.

Heute im Einsatz befindliche Überlaufbauwerke haben eine Bodenplatte, eine Außenwand und mindestens zwei innerhalb dieser angeordnete, durch eine Überlaufschwelle getrennte Kammern, wobei die eine Kammer einen Zu- und einen Ablauf und die weitere(n) Kammer(n) nur einen Ablauf aufweisen. Solche Überlaufbauwerke haben die Gestalt eines Quaders, der durch zumindest eine Überlaufschwelle in zumindest zwei gesonderte Kammern unterteilt ist, wobei eine Kammer einen Zu- und einen Ablauf (Hauptschluß), die andere Kammer dagegen nur einen Ablauf (Nebenschluß) aufweist. Wesentlich dabei ist, daß die Überlaufschwellen eine möglichst große Länge besitzen, was dazu führt, daß die Überlaufbauwerke als sehr langgestreckte Quader ausgebildet werden müssen, was jedoch mehrere Nachteile mit sich bringt. So ergibt sich ein großer Flächenverbrauch, was zu hohen Baukosten führt, insbesondere dann, wenn das Überlaufgebäude, wie meist der Fall, unter dem Erdboden zu erstellen ist. Darüberhinaus aber führt diese langgestreckte Bauweise des Gebäudes und damit der Kammern zu sehr ungünstigen Strömungsverhältnissen, insbesondere zu einem ungleichmäßigen Überlauf beim ersten Spülstoß. Es besteht sogar die Gefahr, daß sich bei schießendem Zufluß das Medium unkontrolliert im Bauwerk verteilt und in die Vorflut gelangen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Überlaufbauwerk zu schaffen, daß möglichst wenig Raum beansprucht, vergleichsweise kostengünstig herzustellen ist und verbesserte Strömungsbedingungen aufweist, insbesondere einen gleichmäßigen Überlauf über die Gesamtlänge der Überlaufwand. Gelöst wird diese Aufgabe durch Patentanspruch 1.

Mit der Erfindung wird also ein kreiszylindrisches Überlaufbauwerk geschaffen, bei dem die Kammern, nicht wie beim Stand der Technik nebeneinander, ineinander angeordnet sind, womit sich bei gleicher Grundfläche des Gebäudes eine wesentlich längere Überlaufschwelle ergibt als bei den vorbenannten, quaderförmigen Gebäuden mit geradliniger Überlaufschwelle. Darüberhinaus kann dieses Rundgebäude mit wesentlich geringeren Kosten erstellt werden als ein vergleichbares Bauwerk bisheriger Bauart. Schließ­ lich wird durch die zylindrischen bzw. ringförmigen Kammern sowie die Anordnung der Zu- und Abläufe eine optimale Strömungscharakteristik erreicht, die einen völlig gleichmäßigen Überlauf über die Überlaufschwel­ len gewährleistet.

Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Auf der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch das Bauwerk,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch das Bauwerk in einer Ebene des Schnitts von Fig. 1 senkrechten Ebene,

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Bauwerk (Deck­ platte abgenommen), und

Fig. 4 eine Skizze zur Erläuterung der Strömungs­ verhältnisse in der Innenkammer.

Eine erste Ausführungsform des Bauwerks wird nun anhand der Fig. 1 bis 3 beschrieben. Das Bauwerk weist eine kreisscheibenförmige Bodenplatte 10 auf, auf der eine Außenwand 11 in Form eines vertikalen Kreiszylinders steht, die ihrerseits eine kreisscheibenförmige Deck­ platte 12 mit Inspektionseinstiegen 12a trägt. Weiter­ hin stehen auf der Bodenplatte 10 eine innere kreis­ zylindrische Überlaufschwelle 13 sowie eine äußere kreis­ zylindrische Überlaufschwelle 14, wobei die innere Überlauf­ schwelle 13, die äußere Überlaufschwelle 14 und die Außen­ wand 11 koaxial um die Vertikale, durch die Mittelpunkte von Bodenplatte 10 und Deckplatte 12 hindurchgehende Mittelachse angeordnet sind. Damit ergeben sich eine von der inneren Überlaufschwelle 13 begrenzte Innenkammer 15, eine ringför­ mige, von den beiden Überlaufschwellen 13, 14 begrenzte Zwischenkammer 16 und eine von der äußeren Überlaufschwelle 14 und der Außenwand 11 begrenzte Außenkammer 17. Die Höhe der Überlaufschwellen 13, 14 ist so bemessen, daß zwischen ihren Oberkanten und der Unterfläche der Deckplatte 12 ein Freiraum bleibt, wobei die innere Überlaufschwelle 13 eine geringere Höhe aufweist als die äußere Überlaufschwelle 14 und an ihrer Oberkante mit einem nach innen gerichteten Über­ stand 13a versehen ist, dessen Oberfläche nach außen schräg abfällt. Weiterhin ist im Gebäude eine ringförmige Tauch­ wandanordnung 18 vorgesehen, die zwischen der inneren Ring­ fläche des Überstands 13a und seiner Oberfläche jeweils nur einen ringspaltförmigen Durchlaß freiläßt; derartige Tauchwandanordnungen sind bekannt, so daß sich eine Erläuterung der Konstruktion hier erübrigt.

Ein äußeres Zulaufrohr 19, 20 durchsetzt die Außenwand 11 sowie die beiden Überlaufschwellen 13, 14 und mündet in die Innenkammer 15. Diametral zur Einmündung des Zulaufrohrs 19 geht von der Innenkammer 15 ein Ablaufrohr 20 vergleichs­ weise geringen Durchmessers ab, welches ebenfalls die bei­ den Überlaufschwellen 13, 14 und die Außenwand durchsetzt. Ein weiteres (zweites) Ablaufrohr geht vom inneren Ring­ raum 16 ab, wobei es die äußere Überlaufschwelle 14 und die Außenwand 11 durchsetzt und in der Zeichnung senkrecht zum ersten Ablaufrohr 17 verläuft, und ein drittes Ablaufrohr 22 geht vom äußeren Ringraum 17 ab,wobei es die Außenwand 11 durchsetzt und sich in der Zeichnung diagonal zum zweiten Ablaufrohr 21 erstreckt.

Die Erstellung des beschriebenen Bauwerkes kann vergleichs­ weise schnell und kostensparend erfolgen. Im Fall der Er­ stellung aus Beton kann so vorgegangen werden, daß zunächst eine zylindrische Baugrube ausgehoben, dann die Bodenplatte 10 betoniert und die Außenwand 11 hochgezogen wird, worauf die Überlaufschwellen 13, 14 eingesetzt und die Deckplatte 12 aufgesetzt wird, gegebenenfalls als Fertigteile. Eine andere noch wirtschaftlichere Möglichkeit besteht darin, das Bauwerk im Absenkverfahren zu erstellen, indem dann das Erdreich in Inneren der Außenwand 11 entfernt und die Ringwand ab­ gesenkt wird. Danach wird die Bodenplatte 10 gegossen. Im Fall des Eindringens von Grundwasser kann die Baugrube durch vorheriges Einbringen von Unterwasserbeton und nach­ trägliches Abpumpen des Wassers im Bereich der Ringwand trocken­ gelegt werden, um ein Armieren und Betonieren der Bodenplatte zu ermöglichen. Selbstverständlich kann das Gebäude aber auch aus Metallplatten bzw. metallischen Plattenzylindern gefertigt werden. Als Baumaterial für die Rohre 19, 20, 21, 22 eignen sich sowohl Beton als auch Steinzeug und Metall.

Die Funktionsweise des Gebäudes soll anhand einer üblichen Abwasser-Kanalisationsanlage mit Regenüberlaufbecken er­ läutert werden. In diesem Fall stellt dann das Zulaufrohr 19 ein Abwasserrohr der Kanalisation dar. Das mit Feststoffen beladene Abwasser strömt aus dem Zulaufrohr 19 in den Innen­ raum 15 und wird aus diesem durch das einen vergleichsweise kleinen Durchmesser aufweisende erste Ablaufrohr 20 abgeführt, beispielsweise zu einer Kläranlage. Dieser Betrieb kann als Normalbetrieb oder als Betrieb im Hauptschluß bezeichnet werden.

Wird über das Zuführrohr 19 Abwasser in einer Menge zuge­ führt, welche die vom Rohr 20 abführbare Menge übersteigt, dann staut sich das überschüssige Abwasser im Innenraum 15 und tritt schließlich über die innere Überlaufwand 13 in den inneren Ringraum 16. Diesen inneren Ringraum 16 kann das Abwasser durch das zweite Ablaufrohr 21 verlas­ sen, das beispielsweise zu einem Zwischen-Sammelbecken führt, meist Regenüberlaufbecken genannt, weil der eben beschriebene Fall im allgemeinen bei mittleren und stär­ keren Regenfällen auftritt. Diese Betriebsweise kann als Nebenschlußbetrieb bezeichnet werden. Bei extrem starkem Abwasserzufluß durch das Zulaufrohr 19, etwa bei einem Gewitterregen, kann es nun vorkommen, daß die Abflußmenge über das Ablaufrohr 20 und die Speicher­ kapazität des Regenbeckens über das Rohr 21 nicht mehr ausreichen, d. h., das Wasser wird im Bauwerk noch höher steigen und dann auch noch die äußere Überlauf­ wand 14 überwinden und sich in den äußeren Ringraum 17 ergießen, den es dann durch das dritte Ablaufrohr 22 verläßt (z. B. Vorflut).

Wesentlich ist nun, daß sich durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Gebäudes ausgezeichnete Strömungsbedingungen ergeben, wie dies für den Innenraum 15 in Fig. 4 angedeu­ tet ist. Das aus dem Rohr 19 zufließende Abwasser steigt bei entsprechendem Stau an der inneren Überlaufwand 13 hoch, wird dann zur Zylindermitte hin umgelenkt und läuft dann in über dem gesamten Umfang der Wand 13 gleichmäßiger Menge über die Wand 13 hinweg und fällt in den inneren Ringraum 16. Durch den ringförmigen Überstand 13a wird bei schießendem Zufluß das ankommende Wasser zur Mitte um­ gelenkt und beruhigt, bevor es über die Schwelle 13 strömt. Durch Anordnung der Tauchwände 18 wird ein Großteil der vom Abwasser mitgeführten Feststoffe im Innenraum 15 zurück­ gehalten, was bedeutet, daß das den inneren Ringraum 16 durch das Rohr 21 verlassende Abwasser in einem bereits vorge­ reinigtem Zustand in das Regenüberlaufbecken gelangt. Der­ selbe Effekt der gleichmäßigen Überströmung ergibt sich auch dann, wenn bei übermäßiger Abwasserzufuhr auch noch die äußere Überlaufschwelle 14 überströmt wird, wobei zwischen oberem Randbereich der Schwelle 14 und Tauchwandanordnung 18 ein nochmaliges Zurückhalten von Feststoffen feststell­ bar ist. Nun besteht ja im letztgenannten Fall das Ab­ wasser zum größten Teil aus reinem Regenwasser; ver­ bunden mit der erwähnten zweimaligen Festkörpersperre führt dies dazu, daß das durch das Rohr 22 abgehende Wasser nahezu festkörperfrei ist, also der Vorflut (Bach) zugeführt werden kann.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. In manchen Fällen ist eine einzige Ringkammer ausreichend, wohin­ gegen es in anderen Fällen zweckmäßig sein mag, drei oder mehr zueinander koaxiale Ringkammern vorzusehen. Mehrere Ringkammern sind vor allem dann von Vorteil, wenn es von Bedeutung ist, eine möglichst gute Trennung zwischen einerseits reiner Flüssigkeit und andererseits Feststoff­ teilchen, Schäumen und dergleichen zu erreichen. Die be­ schriebene Ausführung der Außenwand und der Überlaufschwel­ len in Form von Kreiszylindern stellt zwar die optimale Lö­ sung dar, jedoch sind auch Annäherungen an die Optimalform durch polygonale Wände denkbar. Schließlich ist die Erfindung nicht nur bei Abwasser-Kanalisationssystemen anwendbar, son­ dern kann auf vielen Gebieten der Klärtechnik eingesetzt werden, beispielsweise an Stelle von Zwischenlagerungs-, Trenn- und Abscheidebecken.

Claims (11)

1. Überlaufbauwerk zum Aufteilen oder Trennen eines Flüssigkeitsstroms, insbesondere eines Abwasserstroms in der Klärtechnik, mit einer Bodenplatte (10), einer darauf stehenden kreiszylindrischen Außenwand (11) und zumindest einer auf der Bodenplatte (10) stehenden kreiszylindrischen Überlaufschwelle (13, 14), die koaxial zur Außenwand (11) angeordnet den von der Außenwand (11) und der Bodenplatte (10) gebildeten Raum in Kammern (15, 16, 17) unterteilt, nämlich eine Innenkammer (15) und mindestens eine Ringkammer (16, 17), von denen die Innenkammer (15) einen Zu- und einen Ablauf (19, 20) aufweist, die bei normalem Abwasseranfall das Abwasser unmittelbar im Hauptschluß weiterleiten und die Ringkammern (16, 17) jeweils nur einen Ablauf (21, 22) aufweisen, der die Außenwand (11) und gegebenenfalls die zwischen Außenwand (11) und der entsprechenden Ringkammer (16, 17) angeordneten weiteren kreiszylindrischen Überlaufschwellen (14) durchsetzt.

2. Überlaufbauwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Überlaufschwellen angeordnet sind und daß die Abläufe der beiden Ringkammern (16, 17) diametral angeordnet sind.

3. Bauwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die innerste Überlaufschwelle (13) an ihrer Oberkante einen nach innen gerichteten Überstand (13a) mit geneigter Oberfläche aufweist.

4. Bauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlaufschwellen (13, 14) unterschiedliche Höhen aufweisen, und zwar von innen nach außen ansteigend.

5. Überlaufbauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlaufschwellen (13, 14) unterschiedliche Höhen aufweisen, und zwar von außen nach innen ansteigend.

6. Bauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Ablaufs (20) des Innenraums (15) wesentlich geringer ist als der Durchmesser des Zulaufs (19) zum Innenraum (15).

7. Bauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine zumindest die innere Überlaufschwelle (13) übergreifende Tauchwandanordnung (18) vorgesehen ist.

8. Bauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine abdeckende Deckplatte (12) mit Inspektionseinstiegen (12a).

9. Bauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ablaufrohre (20, 21, 22) bezüglich des Bauwerk-Mittelpunkts radial erstrecken.

10. Bauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf (19) radial und diametral zum Ablauf (20) oder zentral von unten in die Innenkammer (15) einmündet.

11. Bauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Zu- und Ablauf (19, 20) der Innenkammer (15) jeweils alle Überlaufschwellen (13, 14) und die Außenwand (11) durchsetzen.