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Vorrichtung zum Belüften von Abwässern, flüssigen Stoffen und Lösungen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Belüften von Abwässern und ähnlichen Flüssigkeiten, wie z. B. Lösungen oder flüssigen Stoffen.
Bekanntlich weisen die Abwässer eine sehr starke chemische Affinität zu Sauerstoff auf, deren Grad auch gemessen werden kann durch Feststellung des sogenannten. biologischen Sauerstoffbedarfes des Ab- wassers. Um diesen Bedarf unter eine von den Gesundheitsbehörden festgesetzte Grenze zu drücken, wen- det man das bekannte Belebtschlamm-Verfahren an, bei welchem Luft in das Abwasser eingetragen wird, um die bekannte chemische Umsetzung des sauerstoffabsorbierenden Abwassergehaltes durchzuführen.
BeiGrossanlagen bediente man sich bisher zur Eintragung der Luft im Abwasser befindlicher Pressluft- filter, z. B. in Form von porösen Rohren, die zu Gittern zusammengefasst sein können. Durch die Öffnungen der Rohre wird Pressluft in das Abwasser eingeblasen. Eine solche Vorrichtung wird auf die maximal abfallende Abwassermenge ausgelegt und kann später nicht mehr geändert, beispielsweise erweitert werden, wenn durch das Anwachsen der Stadt sich die Abwassermenge vergrössert. Ferner werden dabei Rohre mit feinen Öffnungen in der'Regel vorgezogen, um sehr feine Luftblasen und damit eine grosse Oberfläche der in das Abwasser einzutragenden Luft zu erzielen. Es liegt jedoch auf der Hand, dass sich die Luft durch solche feinporige Rohre nur schwer hindurchpressen lässt, wobei ein Verstopfen der Poren diesen Nachteil noch vergrössern kann.
Eine solche Belüftungsvorrichtung ist für kleine Anlagen schlecht geeignet. Man hat deshalb eine andere Vorrichtung ersonnen, die im wesentlichen aus einer in das Abwasser ragenden, rotierenden Hohlwelle und damit in Verbindung stehenden, vom unteren Ende der Hohlwelle abzweigenden, mit Luftaustrittsöffnungen versehenen Belüftungsarmen besteht. Die Hohlwelle ist oben und steht mit der Atmosphäre in Verbindung. Bei genügend rascher Rotation entsteht ein Sog, dessen Ursache wohl im Auftreten einer turbulenten Strömung an den Belüftungsarmen zu sehen ist. Man hat auch schon eine Kavitation dafür verantwortlich gemacht, jedoch spricht das während des Rotierens kaum zu hörende Arbeitsgeräusch sowie die lange Lebensdauer der Belüftungsarme gegen die Annahme einer Kavitationserscheinung. Feststeht jedoch, dass die Sogwirkung ausreichend vorhanden ist.
Der Vorteil einer solchen Eintragsvorrichtung liegt einmal darin, dass durch das intensive Umrühren des Abwassers grosse Luftblasen zu sehr kleinen zerschlagen werden und eine gute Vermischung von Luft und Abwasser erfolgt. Auch können solche Vorrichtungen zellenweise zusammengeschlossen, d. h. eine Anlage nachträglich erweitert werden.
Trotzdem haben sich solche Rotationsbelüfter nur zögernd eingeführt. Der Grund liegt im hohen Kraftbedarf solcher Belüfter, der in der Regel etwa 1, 2 kW/kg Luft beträgt, während die Pressluftfilter je nach der Blasengrösse einen Kraftbedarf von etwa 0,8 kW/kg Luft und darunter aufweisen. Es liegt auf der Hand, dass sich viele Interessenten scheuen, so hohe laufende Kosten auf sich zu nehmen. Man hat schon
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Quemhaittgegeben hat. Jedochtragungswirkung stark vermindert, was vermutlich auf das Ausbleiben einer turbulenten Strömung an den Armen zurückzuführen ist.
Um die Eintragungsleistung solcher Rotationsbelüfter zu erhöhen, ist es auch bereits bekannt, die Hohlwelle mit ihren oberen Enden mit einer Druckluftquelle zu verbinden. Die Hohlwelle ist bei dieser Ausführung des Rotationsbelüfters nicht mit der Atmosphäre in Verbindung. Der durch die Belüftungsarme
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entstehende Sog kann somit bei solchen Rotationsbelüftern nicht ausgenutzt werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotationsbelüfter unter Beibehaltung seiner geschilderten Vorteile so auszu- bilden, dass sein Kraftbedarf etwa auf denjenigen der Pressluftfilter gesenkt wird, so dass der Rotationsbe- lüfter auch für Grossanlagen brauchbar ist.
Die Lösung dieser Aufgabe liegt gemäss der Erfindung darin, dass die mit der Hohlwelle in Verbindung stehende Druckluftquelle als ein der Hohlwelle vorgeschaltetes ventilloses Gebläse ausgebildet ist. Durch eine solche Massnahme wird erreicht, dass sich die Eintragungsleistung des Rotationsbelüfters zu der Lei- stung des Gebläses addiert, so dass insgesamt ein verhältnismässig niederer Leistungsbedarf erzielt wird.
Darüber hinaus ergibt sich durch die Kombinierung der Eintragsleistung durch den Rotationsbelüfter mit der Einträgsleistung durch ein Gebläse eine sehr gute Abstufungsmöglichkeit, so dass die Vorrichtung sich vorzüglich an unterschiedlichen Luftbedarfsmöglichkeiten anpassen lässt.
Der Antrieb des Luftgebläses kann grundsätzlich auf jede bekannte Art, z. B. auch mit Hilfe eines eigenen Antriebsmotors vorgenommen werden.
Besonders vorteilhaft erfolgt jedoch der Antrieb des Luftgebläses durch die Hohlwelle selbst. Dabei kann es besonders günstig als axiales Turbogebläse ausgebildet und koaxial zur Hohlwelle über derselben angeordnet sein..
Es ist somit möglich, koaxial zum Turbogebläse einen Elektromotor anzuordnen, dessen Welle mit dem Axialgebläse in Verbindung steht. Besonders günstig ist es dabei, wenn dasaxialgebläse, in Strömungs- richtung der Luft gesehen, vor dem Elektromotor angeordnet ist. Dazu kann der Elektromotor eine Hohlwelle aufweisen, die sich einerseits an das Gehäuse des Gebläses und anderseits an die Hohlwelle des Rotationsbelüfters anschliesst. Bezüglich der Anwärmung der Luft ist es aber günstiger, wenn das Gebläse die Luft durch den Kühlmantel des Elektromotors bläst und der Kühlmantel mit der Hohlwelle des Rotationsbelüfters in Verbindung steht. Es wird dadurch auch ein Ventilator für den Elektromotor gespart.
Bei derBelüftung vonAbwässern taucht oft das Problem auf, dass sich entweder die zufliessende Menge an Abwasser oder deren biologischer Sauerstoffbedarf im Verlauf von 24 Stunden stark ändert. Bringt man aber zu viel oder zu wenig Sauerstoff in das Abwasser ein, so kann man den biologischen Sauerstoffbedarf nicht ausreichend senken. Es gibt jedoch ein Optimum des Verhältnisses"eingetragener Luft"zu"biolo- gischer Sauerstoffbedarf".
Eine Anpassung der Pressluftfilter ist schwer möglich, weil dort ein gewisser Luftdruck aufrechterhalten werden muss.
Bei der Vorrichtung gemäss der Erfindung dagegen ist es möglich, dass das Gebläse in Abhängigkeit von der zufliessenden Abwassermenge bzw. dem unterschiedlichen biologischen Sauerstoffbedarf des Abwassers steuerbar ist, so dass bei einem Minimalbedarf an Luft der Rotationsbelüfter ohne Gebläse in bekannter Weise arbeitet.
Dazu kann das obere Ende der Hohlwelle des Rotationsbelüfters durch eine stillstehende Kammer abgeschlossen sein, die mit einem Luftdurchtritt versehen ist und in welche die Mündung des Gebläses ragt, wobei durch eine Klappe wahlweise der Luftdurchtritt oder die Mündung verschliessbar ist.
Vorteilhaft kann zur Steuerung des Gebläses dasselbe mit Hilfe einer an sich bekannten elektromagnetischen Kupplung schaltbar sein. Dabei ist es auch möglich, dass mehrere sich zuschaltende Gebläse vorhanden sind.
Ausserdem kann zur weiteren Regelung als Antrieb für das Gebläse ein polumschaltbarer Wechselstrom-Motor zur Erzielung unterschiedlicher Drehgeschwindigkeiten vorgesehen sein.
Grundsätzlich kann-die Steuerung des Gebläses durch einen Arbeiter erfolgen. Besonders günstig ist es aber, wenn sie in Abhängigkeit von der Zuflussmenge des Abwassers bzw. des Sauerstoffbedarfes durch elektrische Kontaktgabe selbsttätig erfolgt.
Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor, in welcher Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Dabei zeigt Fig. l ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung in Seitenansicht und teilweisem Schnitt, Fig. 2 eine Ansicht von oben im Schnitt nach der Linie A-A der Fig. l, Fig. 3 eine weitere Ausbildungsform der Vorrichtung in Seitenansicht, Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel, Fig. 5 eine Einzelheit des Antriebs, Fig. 6 ein viertes Beispiel, Fig. 7 ein fünftes Beispiel, Fig. 8 ein sechstes Beispiel und Fig. 9 eine weitere Einzelheit des Antriebs.
Wie aus Fig. l ersichtlich, weist die Vorrichtung zum Belüften von Abwässern eine in das Abwasser eintauchende, rotierende Hohlwelle 1 auf, von derem unteren Ende Belüftungsarme 2 abzweigen, die ebenfalls in bekannter Weise hohl ausgebildet und an ihren Enden mit Luftaustrittsöffnungen (nicht ge- zeichnet) versehen sind, wobei der Hohlraum der Hohlwelle mit den Hohlräumen der Belüftungsarme in Verbindung steht.
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Die Hohlwelle l ist, wie schematisch angedeutet, in Lagern 3 und 3'drehbar gelagert. In der Nähe ihres oberen Endes trägt die Hohlwelle ein Antriebsrad 4, das durch ein bekanntes Antriebselement, z. B. einen Riemen, eine Kette oder in anderer geeigneter Weise mit dem auf der Welle 6 des Elektromotors 7 sitzenden Antriebsrad 8 In Verbindung steht. Der Elektromotor 7 ist in bekannter Weise an der Wand 9 des ! Abwasserbeckens 10 befestigt. In Fig. l ist ausserdem in der üblichen Weise der Wasserstand im Becken 10 angedeutet.
Oberhalb des freien Endes 11 der Hohlwelle l ist ein in seiner Gesamtheit mit 12 bezeichnetes Axial- gebläse angeordnet, das in der üblichen Weise mit einem mit Laufschaufeln 13 bestückten Rotor ausge- rüstet ist. Die Darstellung des Axialgebläses ist sowohl im Beispiel nach Fig. 1 als in den nachfolgenden
Beispielen rein schematisch gewählt, weil die konstruktive Ausbildung solcher Axialgebläse in vielen
Konstruktionen bekannt ist.
Der Rotor 14 mit seinen Laufschaufeln 13 befindet sich innerhalb eines Gehäuses 15, das am oberen
Ende offen bzw. nur durch ein Lufteinlassgitter verschlossen ist, während das untere Ende sich in bekannter
Weise verjüngt und in die Hohlwelle 1 ragt. Zwischen diesem in die Hohlwelle ragenden Gehäusestutzen
16 und der Hohlwelle 1 können in bekannter Weise Dichtungen in Form von Packungen, Stopfbüchsen u. dgl. vorgesehen sein, die gleichzeitig die Reibung zwischen dem Gehäusestutzen 16 und dem Ende der
Hohlwelle l herabsetzen, weil das Gehäuse 15 des Axialgebläses 12 feststeht, während die Hohlwelle sich dreht. Die Befestigung des Axialgebläses 12 kann in beliebiger Weise beispielsweise mit Hilfe einer an der
Wand des Abwasserbeckens 10 befestigten Konsole (nicht gezeichnet) erfolgen.
Die Welle 17 des Rotors 14 trägt ein Antriebsrad 18, das mit Hilfe eines Riemens 19 oder eines andern gleichwirkenden Mittels mit dem Antriebsrad 20 in Verbindung steht. Das Antriebsrad 20 ist auf einer Welle 21 aufgekeilt, die in einem Konsolenlager 22 koaxial zur Welle 6 des Elektromotors 7 abgestützt ist. Die Welle 6 ist über das
Antriebsrad 8 hinaus verlängert. Zwischen dieser Verlängerung und dem Ende der Welle 21 ist eine
Kupplung 23 eingeschaltet, deren Betätigung entweder von Hand oder elektromagnetisch erfolgen kann.
Im letzteren Falle sind die bekannten Magnetkupplungen dazu geeignet.
Die Arbeitsweise einer solchen in den Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung ist folgende :
Es sei angenommen, dass die Kupplung 23 geöffnet ist, so dass die Welle 21 mit der Motorwelle 6 nicht in Verbindung steht. Beim Ingangsetzen des Elektromotors 7, der im übrigen in bekannter Weise auch als polumschaltbarer Wechselstrom-Motor ausgebildet sein kann und infolgedessen seine Drehge- schwindigkeit in Stufen ändern kann, wird die Hohlwelle 1 mit den daran befindlichen Belüftungsarmen 2 in verhältnismässig rasche Bewegung gesetzt, wobei an den Belüftungsarmen der bekannte Effekt auftritt, dass dort die Luft aus den Luftaustrittsöffnungen gerissen und in feine Bläschen zerschlagen wird.
Der da- bei in denBelüftungsarmen 2 entstehende Unterdruck führt zu einem Sog in der Hohlwelle 1, die auch bei stillstehendem Axialgebläse mit der Atmosphäre in Verbindung steht, weil der Rotor mit seinen Lauf- schaufeln in keiner Weise eine Abdichtung darstellt. Infolgedessen kann die Luft in das Gehäuse 15 ein- treten, die Laufschaufeln passieren und über den Gehäusestutzen 16 in die Hohlwelle gelangen. Bei Betätigung der Kupplung 23 setzt sich das Axialgebläse 12 in Drehbewegung und beginnt, je nach der ihm eigenenFörderleistung entsprechend der gewählten Drehzahl, Luft von aussen anzusaugen und in die Hohlwelle zu fördern, von wo aus sie über die Belüftungsarme 2 und deren Austrittsöffnungen in das Abwasser geleitet wird.
Eine Drosselung erfolgt bei dieser Luftströmung nahezu nicht, weil die Luftaustrittsöffnungen, wie auch bei den bisher üblichen Rotationsbelüftem, verhältnismässig gross sind. Dies ist möglich, weil die daraus hervorquellenden grossen Luftblasen sofort durch die als Rührwerk wirkenden Belüftungarme 2 zerschlagen und zu sehr kleinen Luftblasen verformt werden. Selbstverständlich kann derRotat1ons,, : belüfter in der üblichen Weise mit zusätzlichen Führungseinrichtungen versehen sein, die bewirken, dass das Abwasser in einem gewissen Umlauf den Belüftungsarmen zugeführt wird und von dort wieder abströmt.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, den Antrieb des Axialgebläses 12 zu ändern, beispielsweise einen eigenen Motor dafür vorzusehen oder auch an Stelle eines Riemen- oder Kettentriebes einen Zahnrad-oder Reibradtrieb vorzusehen. Auch die Anbringung eines stufenlos regelbaren Getriebes ist in diesem Zusammenhang möglich.
Im Beispiel nach Fig. 3 ist das obere Ende der Hohlwelle 1 durch eine stillstehende Kammer 24 abgeschlossen, die mit einem Luftdurchtritt 25 versehen ist. Ausserdem ragt in diese Kammer ein Rohr 26, welches mit, dem Gebläse 27 in Verbindung steht, das im vorliegenden Beispiel mit einem Elektromotor zusammengebaut ist. Der Luftdurchtritt 25 ist durch eine mittels einer Gelenkachse 28 an der Kammerwand beweglich gelagerte Klappe 29 verschlossen, wobei die Klappe 29 beispielsweise mit Hilfe eines Elektromagneten 30 in dieser Stellung gehalten wird.
Solange der Elektromotor nicht eingeschaltet ist und
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jedoch ist hier koaxial zum Axialgebläse 12 überhalb demselben ein Elektromotor 7 in Form einesFlansch- mctors ortsfest angebracht, wobei die Welle 6 des Elektromotors mit dem Rotor 14 in Verbindung steht,
DiesesBeispiel kann in der Weise abgeändert werden, dass die Welle 36 wiederum ähnlich wie im Beispiel nach Fig. 4 durch den Rotor 14 durchgeführt ist und mit dem Elektromotor 7 in dauernder Verbindung steht.
Zwischen Elektromotor 7 und dem Rotor 14 kann wiederum eine Kupplung 23 und eine hohle Welle 37 eingeschaltet sein, welche mit dem Rotor in fester Verbindung steht. Auf diese Weise ist es auch bei dier sem Beispiel möglich, je nach Erfordernis nur die Hohlwelle allein oder auch gleichzeitig das Axialge- bläse in Gang zu setzen.
Auch im Beispiel nach Fig. 7 ist das Gebläse 12 mit Hilfe des Flanschringes 39 ortsfest gelagert. Je- doch befindet sich hier das Axialgebläse 12, in Strömungsrichtung der Luft gesehen, vor dem Elektromotor angeordnet. Zu diesem Zweck weist der Elektromotor eine Hohlwelle 40 auf, die sich einerseits an das
Gehäuse 15 des Gebläses 12 und anderseits an die Hohlwelle 1 des Rotationsbelüfters mit Hilfe eines Flan- sches 41 anschliesst. Die Hohlwelle 40 trägt den Läufer 42 des Elektromotors. Die Hohlwelle 40 steht mit
Hilfe des Mitnehmers 33 und der dünnen Welle 36 entsprechend dem Beispiel nach Fig. 4 mit dem Rotor 14 über die Kupplung 23 in Verbindung. Das Gehäuse 43 des Elektromotors kann in bekannter Weise mit
Lagerungen zum Lagern der Welle 40 versehen sein. Auf diese Weise kann das Axialgebläse und der Elek- tromotor in einem Gehäuse vereinigt sein.
Eine solche Vereinigung ist auch Im Beispiel nach Fig. 8 vorgenommen. Dort bläst jedoch das Axial- gebläse 12 die Luft durch den Kühlmantel des Elektromotors und der Kühlmantel schliesst sich mit einer
Verjüngung an die Hohlwelle 1 des Rotationsbelüfters an. Hier sitzt der Läufer 42 des Elektromotors auf der Welle 36. Es ist selbstverständlich auch bei diesem Beispiel möglich, auf die in Fig. 7 geschilderte
Art die Kupplung 23 anzuordnen, so dass auch hier die Hohlwelle l für sich angetrieben werden kann. Der besondere Vorteil einer Vorrichtung gemäss Fig. 8 liegt darin, dass'die in das Abwasser eingetragene Luft durch das Vorbeiströmen am Rotor und Stator des Elektromotors erwärmt wird. Dies ist insbesondere im
Winter von erheblicher Bedeutung, weil sonst der angestrebte Umsetzvorgang bei sehl kalter Luft nicht vonstatten geht.
Darüber hinaus erspart man sich bei einer solchen Ausbildung auch die Belüftung des Elektromotors.
Es kann in manchen Fällen günstig sein, wenn man die Drehgeschwindigkeit des Gebläses und die Drehgeschwindigkeit der Hohlwelle unabhängig voneinander ändern kann. In einem solchen Falle wird einerseits der Hohlwelle, anderseits dem Gebläse jeweils ein gesonderter Antrieb zugeordnet, wie es z. B. in Fig. 3 angedeutet ist.
Es sei noch erwähnt, dass die Vorrichtungen untereinander je nach Bedarf ergänzt werden können.
Auch kann eine Abwasseranlage in Zellenweise gebaut sein, wobei jede Zelle eine Belüftungsvorrichtung gemäss der Erfindung enthält. Es können somit nach Bedarf weitere Zellen angeschlossen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Belüften von Abwässern, flüssigen Stoffen und Lösungen mit Hilfe einer in das Abwasser ragenden, rotierenden Hohlwelle und damit in Verbindung stehenden, vom unteren Ende der Hohlwelle abzweigenden, mit Luftaustrittsöffnungen versehenen Belüftungsarmen, wobei die Hohlwe. lle mit einer Druckluftquelle in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftquelle als ein der Hohlwelle vorgeschaltetes ventilloses Gebläse (12) ausgebildet ist.