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Belüftungseinrichtung zur Abwasserreinigung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Belüftungseinrichtung zur Abwasserreinigung nach dem Belebtschlammverfahren.
Das Belebtschlammverfahren ist ein Verfahren zur Reinigung von Wasser und beruht darauf, dass sich in dem zu reinigenden Wasser Schlammpartikeln befinden, die mit Bakterien und kleinen Lebewesen aller Art durchsetzt sind, wodurch eine Reinigung des Wassers in analoger Weise herbeigeführt wird, wie dies in der Natur zur Selbstreinigung der Flüsse und Gewässer geschieht.
Zahlreiche moderne Grosskläranlagen arbeiten nach diesem Verfahren, das auch als biologisches Verfahren bezeichnet wird. Zur Ausbildung und Erhaltung der Mikroorganismen, die den Grad und die Geschwindigkeit des Reinigungsvorganges und damit den Durchsatz einer Kläranlage wesentlich bestimmen, ist es notwendig, dass dem Abwasserschlammgemisch Luft zugeführt wird (Sauerstoffeintrag). Weiterhin ist es für die Wirkung einer Kläranlage nach dem biologischen Verfahren wesentlich, dass ein Absetzen der Schlammteile verhindert (Durchmischung) und ihre gleichmässige Verteilung gewährleistet wird, solange die biologische Wirkung der Mikroorganismen erforderlich ist.
Die Luftzufuhr und die Schlammverteilung werden im allgemeinen gemeinsam dadurch bewirkt, dass das zu reinigende Wasser in einem Becken mit Luft durchspült wird. Diese Luftdurchspülung kann auch noch aus andern Gründen, beispielsweise zum Entfernen von gasförmigen Verunreinigungen wie Schwefelwasserstoff, verwendet werden, wobei dann allerdings noch andere Gesichtspunkte massgeblich sind.
Die Luftzufuhr für den biologischen Reinigungsprozess erfolgt im allgemeinen dadurch, dass in ein Becken auf einer Seite Luft eingeblasen wird. Die aufsteigenden Luftblasen erzeugen eine Aufwärtsbewegung des Abwasserschlammgemisches, welches dadurch in eine Umlaufbewegung gebracht wird. Die Luftaufnahme erfolgt sowohl in der Zone der aufsteigenden Luftblasen als auch an der Wasseroberfläche.
Die Luft kann in verschiedenen Tiefen in das Becken eingeblasen werden und muss dementsprechend zur Überwindung des hydrostatischen Wasserdruckes mehr oder weniger hoch verdichtet werden.
Die Wirksamkeit der Belüftung ist neben der Luftmenge und Luftführung auch durch die Form und Grösse der Öffnungen bedingt, durch die die Luft in das Wasser eintritt, wobei ausserdem noch zu berücksichtigen ist, dass die Anforderungen an die Pumpenleistung steigen, wenn zusätzlich zur Überwindung des hydrostatischen Druckes auch noch ein durch ungünstige Anordnung der. Lufteinlassöffnungen bedingter hydrodynamischer Druck und Leitungswiderstand zu überwinden ist.
Eine verbreitete Art der Luftzuführung besteht darin, dass die Luft zur Verteilung durch Filter- oder Frittenplatten gedrückt wird, während eine andere Möglichkeit im Einbau von Röhren im Becken besteht, die mit Luftaustrittsöffnungen versehen sind.
Beide Anordnungen haben neben dem relativ hohen Strömungswiderstand noch den Nachteil, dass sich die Luft bis zum Augenblick des Überganges in das Wasser in einem bis auf die Austrittsöffnung geschlossenen und daher meist schwer zugänglichen Raum befindet. Es ist im Betrieb kaum vermeidlich, dass sich in diesem Raum Schmutz und Schlamm absetzt, der sich dann meist nur unter Schwierigkeiten beseitigen lässt.
Bei der erfindungsgemässen Belüftungseinrichtung sollen diese Nachteile beseitigt werden, wobei ausserdem noch die Ausbildung einer grossen Wasser-Luft-Grenzfläche angestrebt wird.
Die Belüftungseinrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung besitzt mindestens einen nach unten geöffneten Behälter, dessen Innenraum an eine Luftzuführungsleitung angeschlossen ist, und ist dadurch gekennzeichnet, dass annähernd senkrechte Strömungskanäle vorgesehen sind, die Luftöffnungen besitzen.
Die erfindungsgemässe Belüftungseinrichtung ermöglicht auf überraschend einfache Weise eine wirtschaftliche und betriebssichere Arbeitsweise.
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Durch Bildung von Luftpolstern in den nach unten geöffneten Behältern wird eine grössere Ausnützung des Luftsauerstoffes ermöglicht, indem dadurch ohne vermehrten Luftaufwand eine zusätzliche aktive Wasser-Luft-Grenzschicht geschaffen wird, was einer vermehrten Wasserspiegelfläche gleichkommt und die Sauerstoffaufnahme verbessert.
Da die erfindungsgemässen Belüfter vollständig offen sind, ist überdies eine Störung durch Verschmutzung im normalen Betrieb ausgeschlossen.
Zur Abwasserreinigung, beispielsweise im Belebtschlammbecken, wird eine der Grösse des Beckens entsprechende Anzahl von nach unten geöffneten Behältern - beispielsweise kastenförmiger Art - einge- setzt. Die Seitenwände dieser Behälter können mit Öffnungen versehen sein, die zweckmässigerweise in einer horizontalen Ebene liegen und beispielsweise als annähernd kreisförmige Löcher ausgebildet sind.
Die nach unten geöffneten Behälter werden durch entsprechend angeordnete Leitungen mit Luft versorgt. Die eingedrückte Luft bildet nach dem Prinzip der Tauchglocke einen Luftpolster in dem Behälter aus, der an seiner unteren Fläche mit dem Wasser in Berührung steht. Durch die an den Seitenwänden befindlichen Öffnungen kann die Luft unter Blasenbildung in das Wasser eintreten, das, durch den Luftstrom bewegt, eine Zirkulationsbewegung im Becken ausführt. Um diese Zirkulationsbewegung möglichst gleichmässig zu gestalten und damit die Bildung von unbewegten Wasserzonen zu verhindern, soll der Strömungswiderstand der nach unten geöffneten Behälter für das zirkulierende Wasser möglichst klein gehalten werden. Dies wird bei der erfindungsgemässen Einrichtung dadurch bewirkt, dass der nach unten geöffnete Behälter mindestens einen Strömungskanal besitzt.
Dieser Kanal kann beispielsweise ein vertikal geführtes Rohr sein, das durch den nach unten geöffneten Behälter und den darin befindlichen Luftpolster hindurchführt. Dieser Strömungskanal besitzt in den Wänden Öffnungen, die zweckmässigerweise in einer horizontalen Ebene liegen, wobei diese Ebene nicht tiefer liegen sollte als die durch die in den Seitenwänden des nach unten geöffneten Behälters gegebenenfalls vorgesehenen Luftdurchtrittsöffnungen bestimmte Ebene. Die in den Strömungskanälen eintretenden und aufsteigenden Luftblasen verursachen eine senkrecht nach oben gerichtete Strömung des Wassers in den Kanälen.
An Hand der in den Zeichnungen dargestellten beispielsweisen Ausführungsformen soll die Erfindung näher erläutert werden.
Die Fig. 1-4 zeigen eine mögliche Ausführungsform. Dabei führt die Luftleitung 1 in den von dem nach unten geöffneten Behälter 4 umschlossenen Raum 5. Die Mündung 2 der Luftleitung ist ein Quader mit zwei gegenüberliegenden offenen Seiten. Der Strömungskanal 6 wird durch den nach oben und unten offenen Rohrstutzen 3 gebildet, durch dessen kreisförmige Luftdurchtrittsöffnungen 7 die Luft aus dem im Raum 5 bei Luftzuführung durch 1 sich ausbildenden Luftpolster in den Strömungskanal gelangt. Diese Öffnungen liegen in derselben Ebene, in der auch die Öffnungen 8 in den Seitenwänden des nach unten geöffneten Behälters liegen.
In symmetrischer Anordnung sind in einem Belüfteraggregat zwei nach unten geöffnete Behälter 4, 4' durch eine Wand 10 miteinander verbunden. Jeder nach unten geöffnete Behälter hat eine eigene Luftzuführung 1, l'und je zwei Strömungskanäle 6 und 6'. Die Luftdurchtrittsöffnungen 8, in den Seitenwänden der nach unten geöffneten Behälter und der Strömungskanäle 7 liegen in einer horizontalen Ebene nach zwei Seiten offen. Die nach unten geöffneten Behälter besitzen Tragleisten 11, 11', die auf den im Klärbecken angebrachten Trägern 12, 12'aufliegen.
Die Fig. 5, 6 und 7 zeigen eine zweckmässige Möglichkeit der Anordnung einer Vielzahl von paarweise angeordneten, nach unten geöffneten Behältern gemäss Fig. 1 - 4 in einer Kläranlage. Ein zentraler Luftzuführungskanal 13 versorgt über die Anschlussstücke 15, die vertikalen Leitungen 14 und die vertikalen Leitungen 1 die Behälter mit entsprechend komprimierter Luft. Die Belüftungsaggregate in Form von paarweise angeordneten Behältern mit je 4 Strömungskanälen hängen parallel zueinander im Klärbecken, wobei sie mit einer kurzen Seite an der Beckenwand befestigt sind und mit der andern kurzen Seite etwa bis in die Mitte des Beckens ragen.
Zur optimalen Ausbildung der in Fig. 7 angedeuteten Zirkulationsbewegung des Wasserschlammgemisches können Leitwände 16 vorgesehen werden. Durch entsprechende Formgebung der Becken, besonders hinsichtlich der Ecken 17, lässt sich die Ausbildung von "stillen Zonen" weitgehend vermeiden und damit eine homogene Verteilung und Belüftung der Schlammteile erreichen.
Die Luftöffnungen des Strömungskanals und des nach unten geöffneten Behälters können selbstverständlich in jeder beliebigen, praktisch durchführbaren Form ausgebildet werden.
Ausser den allseitig durch das Wandmaterial begrenzten Öffnungen, wie sie in den Zeichnungen beispielsweise als kreisförmige Öffnungen angedeutet sind, können auch durch Einschnitte der unteren Wandkante von Strömungskanal bzw. nach unten geöffnetem Behälter gebildet werden.
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So kann es beispielsweise von fertigungstechnischem Vorteil sein, die Öffnungen als Zacken oder Kuben in der unteren Wandkante von Strömungskanal und Behälter auszubilden.
Auch die Mündung der Luftleitung kann aus fertigungstechnischen Gründen weitgehend modifiziert werden. So kann der in Fig. 2, 3 und 4 angedeutete Quader mit offenen Seitenflächen auch gänzlich wegfallen, so dass die Luftzuleitung nach unten offen in den Behälter führt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Belüftungseinrichtung zur Abwasserreinigung mit mindestens einem nach unten geöffneten Behälter, dessen Innenraum an eine Luftzuführung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass annähernd senkrechte Strömungskanäle vorgesehen sind, die Luftöffnungen besitzen.