Ziel der Dissertation „Versuch einer Sandfangbemessung auf der Grundlage einer Typisierung unter Verwendung der numerischen Strömungssimulation“ von Bertram Botsch war, in Sand- und Fettfängen in kommunalen Kläranlagen mithilfe der numerischen Strömungssimulation die Hydraulik und die Sedimentation zu beschreiben und daraus folgernd die Bauarten zu typisieren.
Das verwendete Rechenprogramm CHAMPION3D wurde durch großtechnische Versuche im Flussbaulaboratorium verifiziert. Alle Feststellungen zielen auf die quantitative Angabe der Sandabscheidung und auf die hierfür verantwortlichen Strömungsphänomene. Es werden die konventionellen Sand und Fettfangtypen unterschieden:
● mit ungestufter Belüftung
● mit gestufter Belüftung Zusätzlich werden untersucht:
● Sand- und Fettfänge mit optimierter Strömung, ohne Belüftung, ohne oder mit Injektor (Rührwerk)
● der Sandfang ohne Fettfang, ohne Belüftung, ohne Injektor.
In dieser Reihenfolge erhöht sich bei konstanten Bedingungen die Abscheidung von Sand der Korngröße 0,2 mm von etwa 55 % bis hin zu 95–100 %. Die herkömmlichen Bemessungswerte Durchflußgeschwindigkeit und Aufenthaltszeit werden analysiert. Sie sind nach diesen Erkenntnissen nicht vorrangig bedeutsam. Der dominierende Einfluß der Hydraulik empfiehlt eine sorgfältige Beachtung der Strömungsführung und Vermeidung eines Sandfangs als Black-box. Neue Bemessungswerte werden vorgeschlagen. Alle vorgestellten Normierungen sind Schlüssel zu den Ergebnissen und können variiert werden. Festgelegte geometrische Verhältnisse lassen sich in andere umwandeln. Mehrere Sachverhalte und Begriffe werden eingeführt und quantifiziert, welche für die Hydraulik und Sandabscheidung maßgeblich sind, unter anderem „Austauschströmung“, „Bypass-Strömung“, „Durchschussströmung“. Die hier empfohlene Standard-Bemessung wird auf die Flächenbeschickung als einzigen kennzeichnenden Wert zurückgeführt. Die konstante Flächenbeschickung wird durch eine variable, von der Baugröße abhängige Flächenbeschickung abgelöst. Diese reduziert die Bemessung auf die ausschließliche Abhängigkeit der Sandfangbreite B vom Durchfluß Q und vom Längen/Breiten- Verhältnis L/B in der Form BL/B(Q) _ 0. Aus der Koppelung von Breite, Länge, Tiefe, variablem Durchfluss, Flächenbeschickung folgen einfache Abhängigkeiten für die Durchflussgeschwindigkeit, die Verweilzeit und für weitere Werte. Voraussetzung für den AbscheideErfolg sind eine hydraulisch günstige Strömungsführung am Sandfangeinlauf und im Fettfang. Die eine wirkt als horizontaler Wirbelschacht zur Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit, durch die andere kann/muss die chaotische Strömung im Sand- und Fettfang unter Vermeidung von Bypass-Strömungen weitgehend in eine Pfropfenströmung verwandelt werden. Aus hydraulischen und sedimentativen Gründen kann auf die Belüftung verzichtet werden, weil die Walzenströmung durch die tangentiale Einlaufströmung selbsttätig erzeugt wird.
Die Auswirkung konventioneller Details auf die Sandabscheidung wird quantifiziert, zum Beispiel eine ungestufte Belüftung, eine durchgehende Strömungswalze und die frontale Geradeausbeschickung des Sandfangs. Diese sind äußerst ungünstig und können vermieden werden. Die im Sandfang immanent vorhandene Technik der Feststofftrennung und auch der Fettabscheidung kann vorteilhaft gezielt angewandt werden, zum Beispiel durch Intensivierung der Waschzone und/oder durch die Beaufschlagung des Fettfangs. Bei gestufter Belüftung wird die Sandabscheidung gesteigert, ist eine wesentlich geringere Energie erforderlich, und die Luftemission wird verringert. Bei entfallender Belüftung entfällt schließlich ihre Installation und Überwachung völlig. Die Verwendung eines Zwillings-, Vierlings- oder Mehrlingssandfangs verringert Volumen und Kosten der Anlage, weil bei gewähltem Breiten/Tiefen-Verhältnis die Tiefe, die Länge und das Volumen proportional zur Breite abnehmen.
Versuch einer Sandfangbemessung auf der Grundlage einer Typisierung unter Verwendung der numerischen Strömungssimulation,
Dissertation von Bertram Botsch,
Mentor: Prof. Dr.-Ing. habil. Jörg Kranawettreiser (Bauhaus- Universität Weimar),
erschienen im Eigenverlag Bertram Botsch Karlsruhe,
2012,
328 Seiten 234 Abb., 3
9,00 Euro,
Bezugsanschrift: www.sandnorm.de ISBN 978-3-00-037919-2