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Zur Belüftung von Wasser, insbesondere Abwasser, wendet man u. a. seit Jahrzehnten die sogenannte Oberflächenbelüftung an, bei der das Wasser mit mechanischen Einrichtungen wie Pad- deln, Rührwerken u. dgl. umgewälzt wird, so dass ununterbrochen neue Wasserteilchen an die Wasseroberfläche geführt werden und die Was- seroberfläche ständig Sauerstoff aus der atmosphärischen Luft aufnehmen kann.
Kessener und Husmann haben eine Verbesserung der Belüftung von Wasser dadurch vorgeschlagen, dass sie an der einen Längsseite eines Belü ! ftungslbeckem eine rotierende Bürste, gerade in die Wasseroberfläche eintauchend, anordnete, die die Wasser- oberfläche zusätzlich aufbricht und das Wasser in Tropfen in der Luft verspritzt, die ihrerseits ebenfalls den Sauerstoff aufnehmen und beim Herabfallen in das Wasser tragen und die Oberfläche zusätzlich kräuseln. Kessener schlug eine Borstenwalze vor, Husmann an Stelle der Borsten federnde, gezahnte Metallflächen, um hohe Tourenzahlen und ein intensives Aufbrechen der Wasseroberfläche sowie ein starkes Verspritzen des Wassers in Tropfen erreichen zu können.
Die kammartigen Metallflächen haben nach oben spitz zulaufende Zähne, die in der Nähe der Welle breiter sind als am Umfang.
In neuerer Zeit ist ein Belüftungsrotor entwickelt worden, auf dessen horizontaler Welle radial und in Längsrichtung eine Vielzahl gleicher, stabförmiger, eigensteifer Belüftungselemente, z. B. Winkelprofile, Hohlprofile, W-Profile, befestigt sind, die durch ihre Profilform und/oder besondere Störkörper beim Durchlauf durch die Flüssigkeit, in die sie tief eintauchen, Saugwirbel erzeugen. Damit geht man nicht nur bei der Ausbildung von Belüftungswalzen neue Wege, sondern man wendet auch ein neues Belüftungsprinzip an, nämlich die Turbulenzerzeugung durch besondere Gestaltung der Belüftungselemente. Die erzeugten starken Wirbel reissen über die offenen Kanäle der Profile z.
B. über die offene Flanke eines V-Profiles, die mit der Winkelkante voraus durch das Wasser geführt wird, eine sehr erhebliche Menge Luft in das Wasser, unter Erzeugung einer starken Turbu- lenz, so dass die Flüssigkeit stark mit Sauerstoff angereichert wird. Der Eintrag von Sauerstoff in. gO /m Bürste, der sogenannte OC-Werte/m Bürste, ist bei diesen Belüftungsrotoren gegen- über einer Kessener-Bürste sehr beachtlich höher und ebenso die ökonomie, ausgedrückt in g /kWh.
Die vorliegende Erfindung geht von neuen Erkenntnissen und neuen Gedanken aus und hat folgende erfinderische Lehre zum Gegenstand, die nach eingehenden Prüfungen durch Versuche als zutreffend bestätigt wurde. Es hat bei dem Belüftungsrotor, längs dessen Achse und längs dessen Umfangs die in die Flüssigkeit eintauchenden schmalen Belüftungselemente verteilt sind, die Breite der Belüftungselemente etwa 2- 10 cm zu betragen, das Verhältnis der Breite der Lücke zwischen zwei Belüftungselementen zur Breite der Belüftungselemente selbst etwa 0, 5-1, 5 cm, die Umfangsgeschwindigkeit des Rotors hat zwischen 2, 2-4, 4 m/sek zu liegen, wobei bei hoher Umfangsgeschwindigkeit relativ schmale Belüftungselemente mit grösseren Lükken,
bei niedrigerer Umfangsgeschwindigkeit dagegen breite Belüftungselemente mit kleinen Lükken einzuhalten sind. Unter Berücksichtigung der Abmessungen des Belüftungabeckens ist ein Durchmesser des Belüftungsrotors und eine Eintauchtiefe der Belüftungselemente zu wählen, die eine mässige bis mittlere Zirkulation des Beckeninhaltes und eine heftige Turbulenz, insbesondere in der Rotorumgebung, verursachen. Man kann feststellen, dass folgende Beziehung einzuhalten ist :
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Hiebei ist Zb die Zahnbreite, Lb die Lückenbreite in cm und v die Umfangsgeschwindi'gkeit des Rotors in m/sek.
Als günstig ergibt sich für das Verhältnis des Rotot'durchmessers zur Breite des Belü : ftungsele- mentes der Wert 6-25, als Abstand von der Aussenkante der Belüftungselemente bis zur Bk- kensohle etwa das 3-5flache des Rotordurch-
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messers und als Abstand bis zur gegenüberliegenden Kante etwa das 6-10fache des Rotor- durchmessers. Der nasse Querschnitt des Belüftungsbeckens soll 15-55 mal grösser sein als der Querschnitt des Turbulenzrotors.
Mit der Regel nach der Erfindung ist ein sehr wirksamer Sauer- stofifeintrag und ein Betrieb hoher ökonomie möglich, deren Optima bei Rotordurchmessern von 50 cm, Beckenlängen vom 6fachen des Rotordurchmessers, Beckentiefen vom 3 bis 4fachen des Rotordurchmessers, gemessen von der Aussenkante der Belüftungselemente, einer Eintauchtiefe von 13 cm, 5 cm Breite der Belüftungselemente, ebensolcher Lückenbreite und einer Umlaufzahl des Rotors von etwa 95 Umläufen pro Minute festgestellt wurden. Wesentlich ist demnach ait erfinderische Regel ein kräftiges Einpeitschen von Sauerstoff in das Wasser, dessen kräftiges
Zerreiben und eine kochende (schäumende) Turbulenz, um den eingepeitschten Sauerstoff lau- fend mit neuen Wasserfilmen in Kontakt und zur Absorption zu bringen.
Zu vermeiden ist ein grosses Verspritzen des Wassers in Regentropfen durch die Luft, was Kessener und Husmann lehr- ten, da dann nur ein Bruchteil des Sauerstoffs gegenüber dem nach der Erfindung Möglichen eingetragen wird. Insofern unterscheidet sich die neue Erfindung sowohl der Bauart des Rotors als auch dem Eintragungsprinzip nach deutlich "on der Kessener-Bürste. Als Eintragungselemente eignen sich Profilstäbe, z. B. V-Profile, W-Profile usw., ausserdem überraschenderweise flache, rechteckige Schaufeln der angegebenen Breiten.
Auch deltaförmige Platten der angegebenen Breiten, Platten, die am Umfang des Rotors breiter sind als an der Befestigungsstelle auf der Welle, liefern günstige Resultate. Unter gleichartigen Bedingungen ist bei solchen Elementen die OCEinbusse gegenüber rechteckigen Platten gering, jedoch ist der Energiebedarf bei Delta-Elementen , für gleiche Tourenzahlen etwas niedriger, so dass die Ökonomie für die beiden Typen dieselbe bleibt, jedoch mit dem Vorteil für die Deltaplatten, dass die Werte des Überschreitens des Optimums mit zunehmender Tourenzahl weniger steil abfallen als für parallelseitige Platten.
Bei einem Vergleich des erzielten Sauerstoffeintrages von flachen Rechteckplatten mit einer KessenerBürste und mit Rotoren mit bereits vorgeschlagener Winkeleisenbestückung und mit W-Profilen, in einer Reihenfolge zunehmender Breiten von Belüftungselementen, ordnen sich die flachen Platten nicht in diese Reihenfolge ein. Es ergibt sich eine neue Reihe, an deren Anfang die WProfile stehen. Es muss daraus gefolgert werden, 'dass es sich bei der Verwendung flacher Platten nicht nur der Kessener Bürste gegenüber um ein andersgeartetes, sondern auch dem Turbulenzrotor gegenüber um ein abgeändertes Prinzip des Gas-bzw. Sauerstoffeintrages handelt.
Während beim Turbulenzrotor offenbar das Einsaugen der Luft durch die sich bildenden Wirbel entscheidend ist, ist bei Anwendung ebener Platten wahrscheinlich das Einschlagen des Gases und sicher das Zerreissen des Wassers an den der Umfangsgeschwindigkeit des Rotors angemessenen, eingetauschten
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dend, und die kochende (schäumende) Turbulenz und die Erzeugung dünner Wasserfilme und grosser Kontaktflächen begünstigt den Absorptionsvorgang des Gases in diesen Filmen.
Beim Erfindungsgegenstand sind deshalb die
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genen Belüftungsrotoren,hinzu, dass an den Orten der Maxima im OC,' kWh und bei niedrigeren Tourenzahlen die OCWerte selbst schon so hoch sind, wie sie bei den andern früher vorgeschlagenen Typen erst im abfallenden Teil der Uikol1omiekurven zu finden waren.
Zum Verständnis des Wesens der Erfindung sei auf Beispiele nach den Fig. 3 bis 6 verwiesen. Zur Bestückung des Rotors sind flache Rechteck-
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gleichenBecken und unter gleichen Verhältnissen mit einem Rotor von 50 cm'' & und bei verschiedenen Eintauchtiefe, u. a. von 13 cm, durchgeführt.
Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit des OC/m Rotor in Abhängigkeit von der Tourenzahl, in Umdrehungen pro Minute bei 13 cm Eintauchtiefe des Rotors, einer Breite der flachen Eintragselemente von 5 cm bei den Lückenbreiten von 5 cm, 3 cm und 7, 5 cm.
Man sieht aus den durch Messungen erhaltenen Werten, dass der OC/m Rotor mit steigender Tourenzahl ansteigt und dass er für die Lückenbreite von 7, 5 cm ungünstiger liegt als für Luk- ke11lbreiten von 5 cm und von 3 cm. Für niedrige Tourenzahlen ist die geringere Lückenbreite von 3 cm günstiger, für hohe Tourenzahlen aber das Verhältnis von Zahnbreite zur Lückenbreite von 1 : 1.
Aus der Fig. 4, die den Zusammenhang zwischen OC/kWh und Umdrehungen pro Minute bei 13 cm Eintauchtiefe, bei gleichen Zahnbreiten und den gleichen Lückenbreite wie ihn Fig. 3 zeigt, sieht man, dass die Ukonomie beim Verhältnis von Zahnbreite zur Lückenbreite von 5 : 7, 5 cm wiederum ungünstiger ist als für die beiden andern Verhältnisse. Während aber die Ökonomie bei dem Verhältnis von 5 : 3 bei niedrigen Tourenzahlen höher liegt und flacher ansteigt als bei dem Verhältnis 5 : 5, erfolgt der AMall bei diesem Verhältnis nach Überschreiten des Maximums, das um 95-etwa 98 Umdrehungen pro Minute liegt, bedeutend flacher.
Es ist demnach vorteilhaft, den Belüftungsrotor mit der neuen Bestückung mit flachen Schaufeln mit Umdrehungszahlen zwischen 90-100 und dem Verhältnis von Zahnbreite zur Lücke von 5 : 3 bis 5 : 5 zu betreiben.
In Fig. 5 sind die OC/m Bürste in Abhängig-
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keit von der Tourenzahl, u. zw. eine Zahnbreite von 5 cm und eine Lüdkenbreite von 5 cm, für eine Zahnbreite von 3 cm und eine Lückenbreite von 1, 5 cm und'für eine Zahnbreite von 7 cm und eine Lückenbreite von 7 cm gezeigt. Der OC/m Bürste ist, wie man daraus sieht, für 5 cm Zahnbreite und 5 cm Lücke am günstigsten.
Punktiert ist hier auch noch der OC einer Kessener Bürste eingetragen, die mit 13 cm Eintauchtiefe betrieben wurde. Die Werte für eine in der Literatur angegebene Eintauchtiefe von 0, 4 cm konnten in das Diagramm nicht aufgenommen werden. Sie betragen etwa den 10. Teil gegen- über einer Eintauchtiefe von 13 cm.
In Fig. 6 sind die OC/kWh-Werte für die Verhältnisse nach Fig. 5 eingetragen. Das Optimum der Ökonomie liegt bei dem Verhältnis von 5 cm Schaufelbreite zu 5 cm Lückenbreite, bei etwa 95 Umläufen/Minute. Als Vergleich ist in diesem Schaubild die 13 cm Kurve der Kessener-Bürste von 50 cm < } !) einpunktiert.
Die vier Fig. zeigen der Übersichtlichkeit wegen nur einige aus den Messungen herausgegriffene Kurven und lassen die gegenüber andern Typen von Belüftungdbürsten bzw.-Totoren erhöhten OC-Erträge und Okonomiewerte schon bei niedrigeren Tourenzahlen als den sonst üblichen bzw. notwendigen erkennen, sie zeigen auch, dass man bei flachen Platten die Optima bei dem Verhältnis von Breite des Belüftungselementes zur Lückenbreite von 5 om/5 cm erreicht.
Andere Formen der Belüftungselemente und andere Eintauchtiefen liefern analoge Resultate mit. der Feststellung, dass die Eintauchtiefe von 13 cm bei Beckenverhältnissen, die die angegebene Turbulenz ergeben, die vorteilhafteste ist.
Die Fig. l und 2 zeigen schliesslich als Aus- führungsbeispiel einen Rotor nach der Erfindung in Seitenansicht und in einem Schnitt. Auf einer Welle 1 sind sowohl längs dieser als auch am Umfang Belüftungselemente 2 mit Hilfe von Klemmleisten 3, die mittels Schrauben 4 gegen die Welle 1 festgezogen werden, befestigt. Die Klemmleisten 3 halten die Belüftungselemente 2 mit ihren Seiten 5 durch Reibschluss fest. Die Belüftungselemente 2 sind einfache Rechteckplatten der angegebenen Breite b. Das Verhältnis der Lückenbreite 1 zwischen zwei Elementen 2 zur Breite b des Elementes selbst beträgt nach dem Ausführungsbeispiel l : l.
Die von der Eintauchtiefe abhängige mittlere Bogenlänge a wird man nach Möglichkeit ebenfalls dem 0, 5-1, 5fachen der Plattenbreite machen. Die Belüftungselemente sind in den einzelnen Reihen so verteilt, dass auf die Lücken der ersten Reihe stets Belüftungselemente der nachfolgenden Reihe folgen. Die flachen Belüftungs- elemente können mit Mulden, bei manchen Abwässern auch mit Löchern versehen sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Eintragen von Gasen in Flüssigkeiten, Insbesondere von Luft-Sauerstoff in Wasser bzw. Abwasser, die aus einer an der Seite eines Belüftungsbeckens eingebauten Rotorwelle und längs deren Achse und längs deren Umfanges verteilten und in die Flüssigkeit eintauchenden starren Belüftungselementen besteht, dadurch.
gekennzeichnet, dass die Breite jedes Beliiftungselementes etwa 2-10 cm beträgt, das Verhältnis der Breite der Lücke zwischen zwei Belüftungselementen zur Breite der Belüftungselemente selbst etwa 0, 5-1, 5 ist, die Umfangsgeschwindigkeit des Rotors zwischen 2, 2-4, 4 m/sek liegt, wobei bei hoher Umfangsgeschwindigkeit relativ schmale Belüftungselemente mit grösseren Lücken, bei) niedriger Umfangsgeschwindigkeit dagegen breite Belütftungselemente mit kleinen Lücken einzuhalten sind, und dass unter
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der Abmessungen des Belüf-tors z,. B. zu Vg-/g der Beckentiefe und 1/10- 1/6 der Beckenlänge und eine Eintauchtiefe der Belüftungselemente von z.
B. etwa 13 cm gewählt sind, die eine mässige bis mittlere Zirkulation des Beokeninhaltes und eine heftige Tur-
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ursachen.