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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine mobile Einheit zum Entwässern von
wasserhaltigem Schlamm aus einem separaten Abwassersystem oder dergleichen.
Konkreter bezieht sich die Erfindung auf eine mobile Einheit mit
Vorrichtungen, um Schlamm und Wasser aus dem Brunnen zu saugen, zu
filtern, Schlamm und Wasser zu trennen und gereinigtes Wasser, das
in dem Prozess mit Sauerstoff angereichert wurde, nach Abschluss
des Prozesses zum Brunnen zurückzuführen, wobei
der getrennte Schlamm verdichtet und in der mobilen Einheit zur anschließenden Entleerung
gelagert wird. Die Erfindung bezieht sich somit auch auf ein Verfahren
zum Entwässern
von wasserhaltigem Schlamm auf eine Weise, die dabei hilft, die
bakterielle oder Mikroflora des Brunnens in ein Umfeld zurückzuführen, das
einen aeroben Reinigungsprozess unterstützt, was durch den Aufbau der
mobilen Entwässerungseinheit ermöglicht wird.
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Vorrichtungen ähnlicher
Art sind im Stand der Technik bekannt, siehe z. B. das europäische Patent
Nr. 437,465 (WO-A-90/03474).
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In
US 3,262,571 offenbart PETRETTI
eine mobile Fördereinheit
mit einem Absetztank und Mitteln zum Entfernen eines Gemisches aus
Trümmern und
Fluid aus einem Auffangbecken, indem das Becken mit Wasser gespült wird.
Eine drehbare Trommel mit einer perforierten Wand ist im Absetztank
angeordnet, um die feineren Trümmer
aus dem Fluid zu filtern. Abstreichklingen sind so angeordnet, dass
sie Trümmer
entfernen, die die Perforationen in der Trommelwand verstopfen können. Nach
Abtrennung der Trümmer
im Absetztank kann das Wasser zum Spülen des Auffangbeckens erneut
genutzt werden, um zusätzliche
Trümmer
aus dem Becken zu lösen. Petretti
schlägt
jedoch nicht vor, dass das Auffangbecken mit dessen eigenem Wasser,
das darin eine erhaltene bakterielle Flora enthält, aufgefüllt wird.
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In
US 3,920,552 offenbart ELKERN
ein mobiles, in sich geschlossenes Wasseraufbereitungssystem, durch
das ein Wasservolumen nach einer Aufbereitung zurückgeführt wird.
Das System zielt auf eine chemische Aufbereitung von Wasserteichen und
dergleichen statt auf eine mechanische Reinigung von Klärtanks.
Elkern befasst sich nicht mit der Sicherstellung eines kontinuierlichen
biologisch abbaubaren Inhalts eines Klärtanks nach mechanischer Trennung
von Trümmern
und Wasser.
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Bei
der Reinigung von Schlamm aus Klärtanks
der sogenannten dreiteiligen Bauart (engl. three-compartment type)
wird der gesamte Inhalt des Brunnens normalerweise zu einem lokalen
Klärwerk oder
einer Schlammdeponie transportiert. Abgesehen vom Nachteil, dass
der biologische Abbau im Brunnen gestört wird, führt die Prozedur auch dazu, dass
der externe Abwasserschlamm eine nachteilige und schwankende Belastung
bzw. Beschickung in der aufnehmenden Kläranlage verursacht. Diese arbeitet
am besten, wenn es eine gleichmäßige und
regulierte Zufuhr gibt, während
die intermittierende Beschickung von externem Schlamm das Risiko
einer Verstopfung von Sieben und Filtern mit sich bringt und mit
hohen Beanspruchungen des biologischen Abbaus in der Kläranlage,
des sogenannten Bioschritts, verbunden ist. Versuche, die Beschickung bzw.
Belastung an der Kläranlage
auszugleichen, umfassen eine Ablagerung in einem Pool mit einer kontrollierten
Zufuhr zur biologischen Aufbereitung durch Pumpen. Dies würde jedoch
hohe Anfangskosten, großen
Bedarf an Platz und Geruchsprobleme mit sich bringen.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Lösung für dieses Problem zu bieten,
indem der Schlamm vor Ort, d. h. durch den dreiteiligen Brunnen,
den Klärtank
oder dergleichen zu behandeln und zu entwässern. Abgesehen von der erheblich niedrigeren
Belastung in der Kläranlage
werden die Vorteile eines stark reduzierten Transports erreicht, während gleichzeitig
der biologische Abbau im Brunnen durch den Zusatz von mit Sauerstoff
angereichertem und gereinigtem Wasser unterstützt wird.
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Mit
der Lösung
gemäß der Erfindung
wird der Brunnen nach einer Reinigung und Trennung von Schlamm mit
seinem eigenen Wasser erneut gefüllt, das
Restpartikel bestimmter Größe zum Unterstützen der
wiederhergestellten bakteriellen Flora enthält, was ebenfalls eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist.
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Die
Umweltvorteile, die durch die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung
direkt demonstriert werden können,
sind die folgenden:
die Klärung
findet direkt durch die Quelle statt, und nur angesaugtes Schlammwasser
im Bereich von 3–7%
muss in einem anschließenden
Prozess in einer Kläranlage
behandelt werden;
es müssen
zwischenzeitlich keine Entladefahrten zur Kläranlage oder zu einem anderen
Ort vorgenommen werden, sondern der Bediener kann ständig während der
gesamten Arbeitsschicht Brunnen im lokalen Gebiet entwässern und
am Ende der Arbeitsschicht den komprimierten Schlamm entleeren oder auf
irgendeine andere geeignete Weise beseitigen;
weniger betriebliche
Störungen
aufgrund intermittierender Beschickungen in der Kläranlage;
reduzierte
Schlammmengen von der Kläranlage;
die
Mikroflora im Brunnen wird erhalten bzw. gepflegt und erhält bessere
Bedingungen für
ihre Arbeit;
Untersuchungen haben gezeigt, dass die Einleitung von
suspendierenden Substanzen in eine Sickeranlage oder eine andere
Aufnahmevorrichtung in der Größenordnung
von bis zu etwa 75% stark reduziert werden kann;
geringerer
Austrag von Stickstoff und Phosphor in den Boden und in die Aufnahmevorrichtungen;
fremde
chemische Zusatzstoffe wie z. B. Polymere sind nicht notwendig;
die
Vorrichtung schliesst die Möglichkeit
ein, während
des Entwässerungsprozesses
Niederschlagschemikalien zur Reduzierung von z. B. Phosphor zuzusetzen;
der
entwässerte
Schlamm mit einer Trockensubstanz von etwa 25–35% ist zur Energieerzeugung
in Biogasanlagen geeignet;
der Schlamm kann auf Ackerland ausgebracht
werden, da er frei von umweltschädlichen
chemischen Zusatzstoffen ist;
durch Verwenden einer mobilen
Entwässerungseinheit
gemäß der Erfindung
wird eine verbesserte Steuerung des Schlamms und ein geringeres
Risiko einer Verschmutzung über
Transportdistanzen erhalten;
außerdem werden der Transportbedarf
und der Kraftstoffverbrauch redu ziert, da die Entwässerungseinheit
nur am Ende der Arbeitsschicht, d. h. nach dem Arbeitstag, entleert
werden muss;
die Vorrichtung weist keinen Druckbehälter auf,
was das Gesamtgewicht der Einheit reduziert;
das transportiere
Volumen kann mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung auf die Größenordnung
von 5% des Volumens reduziert werden, das bei einer herkömmlichen
Schlammentleerung transportiert wird.
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Die
obigen Vorteile werden mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 und
einem Verfahren nach Anspruch 5 erreicht, und Ausführungsformen
sind in den Unteransprüchen
ausführlicher
dargelegt.
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Im
folgenden wird die Erfindung mit Verweis auf die beigefügten schematischen
Zeichnungen ausführlicher
erläutert,
in welchen:
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1 eine
erläuternde
Ansicht einer mobilen Entwässerungseinheit
gemäß der Erfindung
ist, und
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2 eine
Vorrichtung zur Sedimentierung und Partikeltrennung zeigt, die alternativ
einen Teil der Entwässerungseinheit
bilden kann.
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Die
mobile Entwässerungseinheit
gemäß der Erfindung,
siehe 1, ist auf einem Fahrgestell eines Wagens montiert
und umfasst eine Düse 1,
einen zweiteiligen Schlauch 2, 3, eine Schlauchtrommel 4, ein
Saugrohr 5, einen Saugtank 6, ein oder mehrere Ventile 7,
einen oder mehrere mechanische Filter 8, eine Zufuhrvorrichtung 10, 11,
ein Verdichtungsmittel 12, einen Schlammbehälter 13,
Tanks 9 und 14 zum Aufnehmen von gereinigtem bzw.
ausgepresstem Wasser sowie Rohre, Pumpen und Antriebsmittel, die nicht
im Detail dargestellt sind, um ausgepresstes bzw. gereinigtes Wasser
zu empfangen und zu transportieren.
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Die
Düse 1 ist
vorzugsweise eine Düse
vom Ejektortyp, mit der wasserhaltiger Schlamm durch die Wirkung
eines Wasserstrahls gesaugt wird, der durch den Schlauch 2 unter
Druck in die Öffnung
des Saugschlauchs 3 ausgestoßen wird und dadurch über den erzeugten
Unterdruck Schlamm und Wasser aus dem Brunnen fördert. Die Ejektordüse wird
durch eine (nicht dargestellte) Pumpe mit Wasser aus dem Tank 9 versorgt,
der mit dem Wasser, welches im mechanischen Filter 8 gereinigt
wurde, durch einen (nicht dargestellten) Einlaß wieder aufgefüllt wird.
Die Pumpe ist vorzugsweise eine Kreiselpumpe, deren Drehzahl durch
Steuern des Wasserdrucks in der Düse 1 verstellbar ist.
Außerdem
kann die Ejektordüse 1 durch
Schalter gesteuert werden, die im Saugtank 6 vorgesehen
sind und die Kapazität
der Ejektordüse
in Bezug auf die Kapazität
nachfolgender Verarbeitungseinheiten regulieren, wodurch ein kontinuierlicher
Entwässerungsprozess
ohne Unterbrechungen, aber mit der Prozessgeschwindigkeit durchgeführt werden
kann, die an die Art und Konsistenz des Schlamms, die Kapazität der Verarbeitungsmittel
etc. angepasst ist.
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Durch
den Zusatz von Wasser schon in der Saugphase wird ein mit Sauerstoff
angereichter, verdünnter
und vermischter Schlamm erhalten, der eine Trennung in nachfolgenden
Entwässerungsschritten erleichtert.
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Der
Schlauch 2, 3 kann ein flach gerollter Schlauch
mit zwei Kanälen
sein, in welchem ein schmalerer Kanal vorgesehen ist, um Wasser
vom Tank 9 der Ejektordüse 1 zuzuführen, und
ein breiterer Kanal angeordnet ist, um wasserhaltigen Schlamm durch
das Saugrohr 5 zum Saugtank 6 zu saugen.
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Der
Saugtank 6 weist alternativ dazu eine Trennwand auf, gegen
die der einströmende
wasserhaltige Schlamm geteilt und zu einem oder mehreren verstellbaren
Ventilen 7 geleitet wird, um die Einströmung zum stromabwärtigen mechanischen
Filter 8 zu steuern. Die Ventile 7 werden vorzugsweise
pneumatisch gesteuert und von Zufuhrventilen mit einem Durchströmquerschnitt
gebildet, der angepasst an die Konsistenz des Schlamms und die Prozessgeschwindigkeit
eingestellt wird.
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Bei
Betriebszuständen,
in denen das Brunnenwasser Sand oder Erdpartikel enthält, kann
eine Trennung größerer Partikel
und Absetzung schwererer Partikel erforderlich sein, bevor das Wasser
zum stromabwärtigen
mechanischen Filter weiter befördert
wird. Als eine Alternative kann der Saugtank zu diesem Zweck mit
Sieben und Förderschnecken
versehen sein, um in einem oder mehreren Schritten feste Partikel
bis zu einer minimalen Größe von 2,0 Millimeter
zu trennen. Am Einlaß des
Tanks ist in einer Ausführungsform
(siehe 2), ein Sieb 17 angeordnet, der größere Partikel
als z. B. 5 mm trennt, welche mit Hilfe einer Förderschnecke 18 einer
Kompression in einem nachfolgenden Schritt zugeführt werden. Das so in einem
ersten Schritt gesiebte Wasser lässt
man für
eine Ruhezeit im Tank, was gestattet, dass sich schwerere Partikel
auf den Boden des Tanks absetzen, von wo das Sediment zur Verdichtung
oder Entleerung ausgetragen wird. Am Auslass des Tanks ist ein weiterer
Sieb 19 angeordnet, der größere Partikel als z. B. etwa
2,0 Millimeter trennt, und mit der Hilfe einer oder mehrerer Förderschnecken 20, 21 diese
zur Verdichtung weiter befördert. Suspendierte
Partikel kleinerer Größe passieren
den Auslasssieb und werden dem stromabwärtigen mechanischen Filter
zugeführt.
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Der
mechanische Filter oder Siebzylinder 8 umfasst eine oder
mehrere unter geringer Neigung zur horizontalen Ebene angeordnete,
drehbar angetriebene zylindrische Trommeln mit perforierten Mantelflächen, welche
mit Wasser und Schlamm durch eine zentral gelegene hohle Achse versorgt
werden, die eine Drehachse für
die Trommeln definiert. Im Inneren sind die Trommeln mit einem wendelförmigen Nocken
versehen, der während
der Drehung der Trommeln den Schlamm zum rückwärtigen, angehobenen Ende der
Trommel befördert.
Wasser, das durch die Perforation der Trommeln strömt, wird über nicht
dargestellte Kanäle
zum Tank 9 geleitet, um zum Antreiben der Ejektordüse 1 genutzt
zu werden und nach abgeschlossenem Entwässerungsprozess den Brunnen
mit seinem eigenen, nun gereinigten und mit Sauerstoff angereicherten
Wasser erneut zu füllen,
das eine aktive Menge Mikroorganismen und Partikel enthält, um die
Organismen mit Nahrung zu versorgen.
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In
dieser Hinsicht hat es sich in dem Bemühen, eine aktive bakterielle
Flora nach dem Entwässerungsverfahren
zu erhalten, als Vorteil erwiesen, die Perforation der Trommeln
nicht mit zu feinen Sieböffnungen
vorzusehen, sondern zuzulassen, dass suspendierte Partikel bestimmter
kleinerer Größe im Wasser
verbleiben, das aus dem Tank 9 durch die Düse 1 zum
Brunnen zurückgeführt wird.
Als ein Beispiel einer geeigneten Größe für die Perforation kann der
Durchmesser der Löcher
vorzugsweise innerhalb des Bereichs von ungefähr 0,8 bis 20 mm liegen; am meisten
bevorzugt wird ein Durchmesser innerhalb des Bereichs von 1,2 bis
1,8 mm. Um den beabsichtigten Effekt einer aktiven Mikroflora im
gereinigten und anschließend
nachgefüllten
Wasser zu erzielen, ist es auch von Vorteil, die Trennung nicht
zu schnell ablaufen zu lassen, sondern eine bestimmte Ruhezeit in
der Trommel sicherzustellen. Aus diesem Grund kann die Trommel mit
einer Neigung zur horizontalen Ebene vorgesehen sein und der Prozessstrom
z. B. mit Hilfe der gesteuerten Ventile 7 reguliert werden.
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Aus
dem erhöhten
Auslassende des mechanischen Filters 8 wird der durch die
Trommeln getrennte Schlamm einem stromabwärtigen Verdichtungsmittel 12 zugeführt. Die
Zufuhr kann z. B. kontinuierlich oder intermittierend mit Hilfe
einer Förderschnecke 10 oder
auf irgendeine andere geeignete Weise wie z. B. mit Hilfe einer
linear beweglichen Zufuhrplatte stattfinden, die intermittierend
angetrieben wird, um den abgetrennten Schlamm vorzuschieben.
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Das
Verdichtungsmittel 12 umfasst eine Förderschnecke und ein Pressmittel,
z. B. eine geschlitzte Presse 12. Diese ist so montiert,
dass sie sich in einen Behälter 13 öffnet, in
der verdichteter Schlamm mit einem Trockensubstanzgehalt von etwa
25–35% zur
anschließenden
Entleerung z. B. mit Hilfe einer Förderschnecke, die nicht im
Detail dargestellt ist, gelagert wird. Durch das Verdichtungsmittel
ausgepresstes Wasser wird in einen Tank 14 gesammelt und
von dort durch nicht im Detail dargestellte Rohre und Pumpen zum
Saugtank 6 zur wiederholten Reinigung im Filter 8 zurückgeführt.
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Eine
Dosierpumpe 15 kann vorgesehen sein, um Niederschlagschemikalien
im Saugrohr 5 z. B. zur Reduzierung von Phosphor zuzusetzen.
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Ein
Wassertank 16 ist ferner als Wasserreserve sowie als Pegeldetektor
in den Tanks für
Saugwasser 6, gereinigtes Wasser 9 und ausgepresstes Wasser 14 angeordnet.
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Die
Ejektordüse 1 hat
ein im Detail nicht dargestelltes Ventil, um nach einer abgeschlossenen Entwässerung
den Brunnen wieder aufzufüllen,
wobei gereinigtes Wasser aus dem Tank 9 durch die Düse gepumpt
wird. Dabei wird das vom Schlamm getrennte ursprüngliche Wasser zum Brunnen
zurückgeführt, und
zur gleichen Zeit wird eine Sauerstoffanreicherung erhalten, die
für die
bakterielle Flora von Vorteil ist, wodurch die Erholungszeit für den Brunnen
verringert wird und ermöglicht
wird, dass der biologische Abbau ohne die durch eine herkömmliche
Schlammentleerung implizierte Störung
fortschreitet.
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Das
Verfahren zum Entwässern
wasserhaltigen Schlamms unter Verwendung der oben beschriebenen
mobilen Entwässerungseinheit
umfasst in erster Linie die folgenden Schritte:
- 1.
Ansaugen von Wasser und Schlamm aus dem Brunnen unter dem Zusatz
von Luft/Sauerstoff,
- 2. Mechanische Trennung von Wasser und Schlamm, alternativ in
Kombination mit einem Absetzen schwererer massiver Partikel,
- 3. Verdichten und Ansammeln von getrenntem Schlamm, und
- 4. Wiederauffüllen
des Brunnens mit seinem eigenen gereinigten und mit Sauerstoff angereicherten
Wasser.
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Das
Verfahren umfasst ein Zurückführen von Wasser,
das im Verdichtungsmittel 12 aus dem Schlamm ausgepresst
wurde, zum Entwässerungsprozess
zum wiederholten Durchgang durch den Filter 8. Das ursprüngliche
und angesaugte Wasservolumen durchläuft dadurch eine allmähliche Reinigung bzw.
Klärung
und wird schließlich
als gereinigtes, mit Sauerstoff angereichertes Wasser zum Brunnen
zurückgeführt, welches
aber genug bakterielle Substanzen enthält, um die zurückgeführten Mikroorganismen
zu erhalten, so dass die Funktion des Brunnens selbst nach dem Entleerungsprozess
garantiert ist.
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Studien
haben gezeigt, dass ein erneutes Füllen des Brunnens mit seinem
eigenen, aber gereinigten und mit Sauerstoff angereicherten Wasser
einen aeroben Prozess initiiert, der zu besseren Werten im Ausscheidungswasser
in einer Sickerungsanlage oder einem Empfänger führt. Folglich hat sich eine
offensichtliche Verbesserung des gesamten Stickstoffgehalts und
eine Reduzierung chemisch Sauerstoff verbrauchender Verbindungen
gezeigt. Die Studien haben auch eine starke Reduzierung von suspendierenden
Substanzen um bis zu 75% im Ausscheidungswasser verglichen mit einer
herkömmlichen
Entleerung von Schlamm gezeigt.