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Vorrichtung zur Eintragung von Gasen in Flüssigkeiten
Zur Eintragung von Gasen in Flüssigkeiten verwendet man meist Becken mit annähernd rechteckigem
Querschnitt und grösserer Länge, in welche das Gas unterhalb der Wasseroberfläche durch Rohrleitungen in
Form von gröberen oder feineren Blasen eingeführt wird. In weitem Umfang macht man hievon für Klär- anlagen beim sogenannten Belebtschlammverfahren Anwendung, bei welchem Luft in das Abwasser einge- blasen wird. In diesem Anwendungsfalle muss auch dafür gesorgt werden, dass der beim Reinigungsverfah- ren verwendete Belebtschlamm nicht auf dem Boden des Beckens liegen bleibt, was meist durch eine Um- wälzung der Flüssigkeit um die Beckenlängsachse geschieht.
Um ohne besondere mechanische Mittel eine Umwälzbewegung zu erzielen, hat man bisher die Luft vorwiegend an der einen Aussenseite des Beckens eingeblasen, u. zw. um eine möglichst lange Berührung der Luftbläschen mit dem Abwasser zu erzielen, in Bodennähe.
Die Aufnahme des eingeblasenen Gases in die Flüssigkeit erfolgt an der Grenzfläche zwischen Luftblase und Wasser. Die aufgenommene Gasmenge ist von der Grösse der Oberfläche und der Zeitdauer des
Austausches abhängig. Man hat sich deshalb bemüht, sehr feine Blasen und damit bei gleicher Luftmenge grosse Oberflächengrenzschichten zu erzeugen. Wenn die Blase sich mit dem Wasser bewegt, also relativ zur Flüssigkeit stillsteht, tritt indessen schon nach etwa 1/4 sec fast eine Sättigung der Oberfläche ein, und die Eintragung des Sauerstoffes in die Flüssigkeit verläuft nur noch sehr langsam. Es ergibt sich also die Forderung, das Abwasser. an der Blasenoberfläche möglichst oft zu erneuern.
Da die aufsteigenden Gasblasen die Umwälzung des Abwassers bewirken, ist es nicht möglich, zu diesem Zweck eine erhebliche Relativgeschwindigkeit zwischen der Gasblase und der Flüssigkeit zu erzeugen, es bleibt nur übrig, die Turbulenz in der Flüssigkeit so weit als möglich zu erhöhen, wodurch ebenfalls ein Austausch der Flüssigkeitsoberfläche der Blasen erzielt wird. Das geschah bisher durch Streben nach Erhöhung der Um- wälzgeschwind igkeit.
Der Ersatz der Seifenprodukte durch Detergentien hat auch in den Kläranlagen die Beschaffenheit des Abwassers verändert. Die geringere Zähigkeit des Abwassers führt zu geringeren Umlaufgeschwindigkeiten bei gleicher eingetragener Luftmenge und vor allem zu verringerten Geschwindigkeiten entlang dem Bekkenboden, wodurch es zu Ablagerungen von Belebtschlamm und ungenügender Wirkung des Belüftungsbeckens kommen kann.
Um eine gute Abwasserzirkulation und einen besseren Kontakt zwischen Abwas- ser und Luft zu erreichen, hat man deshalb bei einer bekannten Ausführung den Belüftungsbehälter durch eine senkrechte, parallel zur Strömungsrichtung des Abwassers längs durch den Behälter liegende Scheidewand in zwei nebeneinander liegende, oberhalb und unterhalb der Scheidewand miteinander in Verbindung stehende gleich grosse Abteilungen aufgeteilt und die rostförmigen in ziemlich kleinem Abstand voneinander liegenden Luftzufuhrrohre im oberen Teil der einen Behälterabteilung horizontal über die ganze halbe Behälterbreite zwischen Scheidewand und Behälterwand angeordnet.
Auf diese Weise soll das im Belüftungsbehälter zirkulierende Abwasser in der mit den Luftzufuhrrohren versehenen Abteilung im wesentlichen nur aufwärts und in der andern Abteilung im wesentlichen nur abwärts strömen. Jede Walzenbildung im Sinne von an Ort und Stelle kreisender grösserer Wassermassen, insbesondere an der abwärts gerichteten Strömung, soll verhindert werden. Bei jedem Umlauf tritt das gesamte Abwasser einmal durch das enge Belüftungsgitter, so dass im Inneren des Beckens keine unbelüftete Walze entstehen kann.
Eine gute Turbulenz und gleichmässige Durchsetzung des Abwassers mit Luft und damit ein wesentlich besserer
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Wirkungsgrad wird mit der Vorrichtung gemäss der Erfindung nach einem andersartigen Prinzip erreicht.
In einem nach oben düsenartig verengten Teil des Beckenquerschnittes sind einige wenige parallel zur
Beckenlängsachse liegende Belüftungsrohre im oberen Teil des Beckens auf einer Beckenseite angeord- net. Um eine mit hoher Geschwindigkeit nahe der Behälterwand zirkulierende Wasserströmung zu erhal- ten, liegt das Belüftungssystem zweckmässig ausserhalb der halben Beckenbreite zur Behälterwand hin ver- schoben.
Durch die zusammengefasste Einführung der Luft auf wenige schmale Streifen in Richtung der
Beckenlängsachse und die Wirkung einer düsenartig gestalteten inneren Begrenzung der auf der belüfteten
Beckenseite aufwärts gerichteten Strömung durch einen in Höhe der Belüftungsrohre angeordneten, in
Beckenlängsrichtung verlaufenden Körper oder ein Wandstück, wird an dieser Stelle eine besonders hohe
Steiggeschwindigkeit des Luft-Wasser-Gemisches erreicht. Auf diese Weise bildet sich eine kräftige Strö- mung aus, die mit der Längsströmung durch das Becken zusammen schraubenförmig von den Belüftungs- rohren an der Beckenoberfläche entlang, dann an der entgegengesetzten Beckenwand nach unten verläuft und sich auf dem Beckenboden fortsetzt, um auf der belüfteten Seite wieder nach oben zu strömen.
Zwi- schen der abwärts und der aufwärts gerichteten Strömung bilden sich auf die Beckenlänge eine oder meh- rere fast bis zum Beckenboden reichende grosse Walzen aus. Luftblasen, die von der umlaufenden äusse- ren Strömung infolge der hohen Geschwindigkeit in starkem Umfang mitgerissen werden, belüften diese
Walzen, indem sie durch diese hindurch zur Oberfläche aufsteigen.
Die gleichmässige Belüftung des Ab- wassers wird also nicht dadurch erreicht, dass man das gesamte Abwasser bei jedem Umlauf durch ein Be- lüftungsgitter strömen lässt, während in der andern Abteilung praktisch keine Belüftung erfolgt, sondern nach unten mitgerissene Luftblasen einer äusseren Strömungszone steigen durch das nicht direkt mit der
Belüftung in Berührung kommende Wasser wieder nach oben auf, so dass auch diejenige Beckenseite, auf welcher keine Luft eingeblasen wird, ganz von Luftblasen erfüllt ist und ein erheblicher zusätzlicher Luft- eintrag entsteht. Die Belüftungsrohre werden zweckmässig an der Oberseite abgeflacht und vorzugsweise mit mehreren Reihen von Luftaustrittsbohrungen versehen.
Die düsenartige Wirkung auf das umlaufende
Abwasser kann dadurch verstärkt werden, dass die Seitenwände der Belüftungsrohre derart gegeneinander geneigt sind, dass sich der Raum zwischen zwei benachbarten Belüftungsrohren nach oben düsenartig ver- engt.
Ausser der kräftigen Umwälzung des Beckeninhaltes und der vorteilhaften Belüftung der Walze durch die mitgerissenen und wieder aufsteigenden Luftblasen treten zusätzlich zwischen den einzelnen in verhältnismässig grossem Abstand voneinander befindlichen Belüftungsrohren noch Wirbel und Walzenbildung auf. Es finden zweckmässig nur wenige Belüftungsrohre von verhältnismässig grossem Durchmesser Verwendung, wodurch die Bildung von Walzen und eine kräftige Turbulenz zwischen den Rohren begünstigt und die Ausführung vereinfacht und verbilligt wird.
Die zum Teil bis zum Beckenboden mitgerissenen Luftblasen stehen einmal verhältnismässig lange mit dem Abwasser in Berührung, und zum andern erfolgt ein schneller Austausch der die Luftblasen umgebenden Abwassergrenzschichten, bedingt durch die grosse Turbulenz und die entgegen der Abwasserströmung aufsteigenden Luftblasen. Ein besserer spezifischer Sauerstoffeintrag ist die Folge.
Bekanntlich schlingen sich in einer Strömung treibende Faserstoffe um in dieser angeordnete Stäbe herum. Es bilden sich aus den einzelnen Fasern alsdann durch Wirbelbildungen lange und starke Faserzöpfe. Diese Erscheinung tritt auch bei Belüftungseinrichtungen an den Belüftungsrohren auf, wenn vor den Belüftungsbecken keine oder keine ausreichend grossen Absetzbecken angeordnet sind, in welchen sich die Spinnstoffe absetzen. Bei den bisher verwendeten Belüftungseinrichtungen mit gelochten Rohren traten, wenn das Abwasser Faserstoffe oder oxydierbare mineralische Verbindungen enthielt, auch häufig Verstopfungen und ein Zuwachsen der Löcher auf, welche umständliche und kostspielige Reinigungsarbeiten erforderlich machen.
Um die Bildung von Faserzöpfen an den Belüftungsrohren bei nicht oder nicht genügend vorgeklärtem Abwasser zu verhindern, finden erfindungsgemäss an Stelle der bisher verwendeten Belüftungsrohre mit kreisförmigem, ovalem oder tropfenförmigem Querschnitt Rohrquerschnitte Verwendung, die senkrecht zur Richtung der Strömung eine annähernd ebene Fläche entgegenkehren. Dadurch treten vor dieser Fläehe zwei gegenläufige Walzen unter der ganzen Rohrlänge auf, welche ähnlich einer angetriebenen Rolle wirken und die Spinnstoffe abweisen.
Um ein Zuwachsen der Luftaustrittsöffnungen zu verhindern, ist es zweckmässig, die Wandstärke der Rohre im Verhältnis zum Lochdurchmesser möglichst gering zu halten, weil dann nur Anlagerungen an den Lochwandungen von geringer Länge und Stärke entstehen können..
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt, u. zw. zeigt Fig. 1 einen Teilquerschnitt, Fig. 2 den Teil einer Draufsicht eines Belüftungsbeckens üblicher Bauart. Fig. 3 und 4 zeigen Querschnitte verschiedener Ausführungen von Belüftungsrohren.
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