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Die Erfindung betrifft ein als Kreis- oder Polygonbecken mit senkrechter Achse ausgebildetes
Belüftungsbecken für eine Kläranlage mit einer zur mechanischen Umwälzung des Schlamm-Wasser-Gemisches in das Schlamm-Wasser-Gemisch eintauchenden und dabei eine Strömung erzeugenden Förderschraube und mit einer von der Umwälzung unabhängigen Druckluftbelüftung zur Sauerstoffversorgung der Belebtschlammflocke.
Ein bekanntes, kreisrund ausgebildetes Belüftungsbecken dieser Art weist ein zum Belüftungsbecken konzentrisches Nachklärbecken auf. Die beiden Becken werden von einem die Förderschraube tragenden
Dreharm überragt. Die Förderschraube, die durch ein etwa parallel zur Achse der beiden Becken verlaufendes
Paddelwerk gebildet ist, liegt etwa in halber Breite des Belüftungsbeckens und erzeugt während des Betriebes im
Belüftungsbecken eine horizontale Kreisströmung. Zur Druckluftbelüftung sind mehrere nebeneinander auf dem
Beckenboden angeordnete und in Beckenumfangsrichtung verlaufende, mit Düsenöffnungen versehene rohrförmige Druckluftbelüfter vorgesehen.
Dieses Belüftungsbecken hat zwar eine kompakte Bauweise, die aber mit erheblichen Herstellungskosten und Einbauaufwand verbunden ist. Ein weiterer Nachteil ergibt sich daraus, dass die durch die Druckluftbelüfter zugeführte Luft in Strömungsrichtung austritt, so dass die Luftblasen relativ schnell im Becken emporsteigen können und deshalb die Kontaktzeit zwischen der Luft und der Belebtschlammflüssigkeit zur Erzielung guter
Sauerstoffertragwerte zu kurz ist. Ferner treten infolge der mittigen Anordnung des Paddelwerkes
Strömungsverluste auf, die durch Schubkräfte des strömenden Wassers gegen die Beckenwandung entstehen.
Ein anderes bekanntes Belüftungsbecken dieser Art (österr. Patentschrift Nr. 246068) wird ebenfalls von einem Dreharm übergriffen, der mehrere die Förderschraube bildende Propeller aufweist. Die Propeller tauchen in das Schlamm-Wasser-Gemisch ein und erzeugen bei der Drehung des Dreharmes im Becken eine
Kreisströmung. Die Druckluftbelüftung erfolgt durch einen radial am Beckenboden angeordneten Luftverteiler.
Auch bei diesem bekannten Belüftungsbecken steigen die aus dem Luftverteiler austretenden Luftblasen durch die Kreisströmung auf im wesentlichen geradem Weg und daher relativ schnell nach oben, so dass auch hier die
Kontaktzeit zur Erzielung optimaler Sauerstoffertragwerte zu kurz ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Propeller nur im oberen Bereich des Beckens in die Beckenflüssigkeit eintauchen, so dass
Schlammablagerungen am Beckenboden nur sehr langsam und unvollständig von der Strömung aufgewirbelt werden und dadurch nur eine ungenügende Durchmischung des Schlamm-Wasser-Gemisches erreicht werden kann.
Es ist ferner ein zylindrisches Belüftungsbecken bekannt, (österr. Patentschrift Nr. 286194), das von einem Dreharm übergriffen wird, an dem eine nahezu über die gesamte Beckenhöhe in die Beckenflüssigkeit eintauchendes Luftzuführrohr angeordnet ist. Das Luftzuführrohr trägt an seinem unteren Ende mehrere, radial zur Beckenachse verlaufende Luftverteiler. Das Becken ist durch radial verlaufende Zwischenwände unterteilt, die über ihre ganze Höhe einen Spalt für den Durchtritt des Luftzuführrohres aufweisen. Beim Drehen des Dreharmes bewegen sich die Luftblasen mit gegenüber senkrechtem Aufstieg verminderter Geschwindigkeit und unter Zurücklegung einer grösseren Wegstrecke nach oben.
Dennoch bewegen sich die Luftblasen auf einem geradlinigen Weg, so dass auch mit diesem Belüftungsbecken keine optimalen Sauerstoffertragswerte erzielt werden können.
Schliesslich ist ein Belüftungsbecken bekannt (österr. Patentschrift Nr. 313818), das relativ hoch ist und daher zur vollständigen Durchmischung der Beckenflüssigkeit eine obere und untere Förderschraube aufweist. Die obere Förderschraube ist durch einen etwa in Höhe des Flüssigkeitsspiegels liegenden Belüftungskreisel gebildet, während die untere Förderschraube aus mehreren schräg zur Beckenachse angeordneten Schaufeln besteht. Durch die beiden Förderschrauben werden zwei in einer Vertikalebene übereinanderliegende Kreisströmungen hervorgerufen. Der durch eine horizontale Zuführleitung eingebrachte Sauerstoff steigt auch hier infolge der im wesentlichen eindimensionalen Zirkulationsströmung relativ schnell im Becken nach oben, so dass nur ungenügende Energiebilanzen erzielt werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Belüftungsbecken der eingangs erwähnten Art so auszubilden, dass bei geringem konstruktivem Aufwand eine für Langzeitbelüftungsanlagen günstige Energiebilanz ermöglicht wird.
Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass die Förderschraube zur Erzeugung einer Kreisströmung in der Nähe des Beckenbodens und der Beckenwand mit tangential zu dieser liegender Drehachse angeordnet ist, dass die Druckluftbelüftung durch mindestens zwei in der Nähe des Beckenbodens gleichmässig über den Beckenumfang verteilte und radial zum Becken verlaufende Gruppen von Druckluftbelüftern gebildet ist, dass weiter zur Umlenkung einer durch die Rotation der Kreisströmung hervorgerufenen, sich dieser überlagernden Querströmung im Zentrum des ebenen Beckenbodens ein zur Beckenachse konzentrischer, nach oben sich verjüngender, kegelförmiger Umlenkkörper vorgesehen ist.
Infolge der erfindungsgemässen Anordnung des Kegels in Verbindung mit der Lage der Förderschraube entsteht im Becken ein Potentialgefälle, so dass sich innerhalb des Beckens eine zur Beckenachse konzentrische Kreisströmung und eine sich dieser überlagernde Querströmung bildet. Dadurch wird eine walzenförmige Bewegung der Beckenflüssigkeit hervorgerufen, durch die die Durchmischung des Schlamm-Wasser-Gemisches wesentlich verbessert wird. Infolge dieser walzenförmigen Bewegung der Beckenflüssigkeit und der quer zur Kreisströmung liegenden Druckluftbelüfter steigen die austretenden Luftblasen im Schlamm-Wasser-Gemisch auf
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einer gekrümmten Bahn nur langsam nach oben, so dass die Kontaktzeit zwischen der Luft und der
Beckenflüssigkeit erheblich verlängert wird und dadurch optimale Sauerstoffertragswerte erzielt werden können.
Durch den kegelförmigen Umlenkkörper, der die am Beckenboden entlangströmenden Querströmung in eine aufsteigende Strömung umlenkt, sind gegen die Beckenwandung gerichtete Schubkräfte vernachlässigbar klein, so dass Energieverluste der Querströmung vermindert werden können und folglich die Querströmung über längere
Zeit aufrecht erhalten bleibt. Da die Achse der Förderschraube tangential zur Beckenwand verläuft und so als Leitfläche für die Strömung dient, sind die Energieverluste nur sehr klein. Die Lage der Förderschraube hat ferner den Vorteil, dass Schlammablagerungen am Beckenboden schnell und vollständig durch die Strömung aufgewirbelt werden und dadurch eine vollständige Durchmischung des Schlamm-Wasser-Gemisches erreicht wird.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles eines Belüftungsbeckens näher beschrieben und erläutert. Es zeigen : Fig. l einen Axialschnitt durch ein Belüftungsbecken und Fig. 2 eine Draufsicht auf das Belüftungsbecken gemäss Fig. 1.
Das erfindungsgemässe Belüftungsbecken ist an eine nicht dargestellte Kläranlage angeschlossen. Das Schlamm-Wasser-Gemisch wird zur Klärung in das als Kreisbecken ausgebildete Belüftungsbecken--l-- eingebracht und in diesem mechanisch umgewälzt. Das Kreisbecken-l-weist eine zylindrische Beckenwand --2-- und einen ebenen Beckenboden --3-- auf. Mit geringem Abstand vom Beckenboden --3-- und der Beckenwand --2-- ist eine als Rohrturbine-5-ausgebildete Förderschraube angeordnet, durch die das eingebrachte, zu klärende Schlamm-Wasser-Gemisch in eine zur Beckenachse--A--konzentrische Kreisströmung versetzt wird.
Der Propeller --6-- der Rohrturbine --5-- wird elektromotorisch angetrieben und ist in einem zylindrischen Rohrstück --7-- untergebracht, das einen Durchmesser von etwa 3 m aufweist.
Die Drehachse--8--des Propellers--6--liegt in der Achse des Rohrstückes --7-- und verläuft tangential zur Beckenwand--2--. Die Rohrturbine--5--läuft während des Betriebes mit einer sehr niedrigen Drehzahl von etwa 15 bis 35Umdr/min. Durch die Rohrturbine--5-bildet sich im Schlamm-Wasser-Gemisch eine zur Beckenachse--A--konzentrische Kreisströmung--15--aus, durch die an der der Beckenwand--2--unmittelbar benachbarten Ringzone ein geringfügig grösserer Massendruck herrscht als in der Nähe der Beckenachse--A--. Dieser Überdruck hat zur Folge, dass sich eine entlang des
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wodurch gegen die Beckenwandung gerichteten Schubkräfte vernachlässigbar klein sind, so dass Energieverluste der Querströmung weitgehend vermieden werden können.
Für die Sauerstoffeintragung in das Schlamm-Wasser-Gemisch sind am Beckenboden --3-- vier radial verlaufende Gruppen--21 bis 24--von Druckluftbehältern--26--vorgesehen, die jeweils gleichen Abstand voneinander haben. Jeder der Gruppen--21 bis 24-der Druckluftbelüfter--26--ist ein zwischen dem Umlenkkörper --16-- und der Beckenwand--2--verlaufendes Druckluftrohr--25--zugeordnet. Die
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dargestellte Versorgungsleitung angeschlossen ist. In radialer Richtung sind hinter jeden der radial inneren Durckluftbelüfter --26-- in der mittleren Ringzone des Kreisbeckens--l--zwei und in der Randzone des Beckens--l--drei weitere Druckluftbelüfter--26--vorgesehen.
Jeder der Druckluftbelüfter --26-- hat eine Anzahl gleichmässig über die Rohrlänge verteilte Austrittsöffnungen für die Druckluft, so dass die Druckluftaustrittsquerschnitte von der Beckenachse--A--gegen die Beckenwand--2--zunehmen. Dadurch wird eine Anpassung an das in radialer Richtung des Beckens zunehmende Flüssigkeitsvolumen sowie eine über den gesamten Beckenquerschnitt gleichmässige Luft- bzw. Sauerstoffzufuhr je Volumeneinheit erreicht.
In Schubrichtung der Kreisströmung-15-gesehen, sind hinter der Rohrturbine-5-mit radialem Abstand voneinander Leitwände--11 bis 14--vorgesehen, die die Ausbildung der Kreisströmung--15-- begünstigen und einer Wirbelbildung hinter der Propellernabe entgegenwirken, so dass dadurch entstehende Strömungsverluste verringert werden. Da die Rohrturbine--5--im Rohrstück--7--liegt, können Strömungsverluste an den Propellerblättern weitgehend abgebaut werden, wodurch die Kreisströmung mit sehr geingem Energieaufwand aufrechterhalten werden kann.
Das Rohabwasser wird über eine als Dükerleitung--27--ausgebildete Rohabwasser-Zulaufleitung dem Belüftungsbecken in Strömungsrichtung der Kreisströmung--15--zugeführt. Die Austrittsöffnung der Dükerleitung--27--liegt in Strömungsrichtung vor der Rohrturbine--5--. Dadurch wird eine sofortige und intensive Durchmischung des Rohabwassers mit dem im Belüftungsbecken befindlichen Schlamm-Wasser-Gemisch erreicht, so dass Totzeiten vermieden werden und ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird. Das im Belüftungsbecken
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biologisch aufbereitete Abwasser fliesst über eine als überlauf schwelle --28-- ausgebildete Entnahmeleitung zur weiteren Aufbereitung aus dem Belüftungsbecken.
Die Entnahmeleitung --28-- und die Dükerleitung --27-- schliessen in Strömungsrichtung der Kreisströmung --15-- einen Umfangswinkel von etwa 300 ein, so dass die Durchmischung nahezu über den gesamten Umfang des Belüftungsbeckens erfolgt.
Äusserst günstige Sauerstoffertragswerte und eine wirtschaftliche Belüftung des Schlamm-Wasser-Gemisches werden durch die Kreisströmung --15-- und der der Kreisströmung überlagerten Querströmung--18-- erreicht, durch die die Belüftung vorteilhaft dem schwankenden Sauerstoffbedarf der Belebtschlammflocke angepasst werden kann. Zum andern kann die Druckluft den Druckluftrohren--25--und den Druckluftbelüftern --26-- mit unterschiedlicher Beaufschlagung zugeführt werden oder intermittierend erfolgen.
Ferner kann durch geeignete Mess- oder Regeleinrichtungen der Sauerstoffeintrag, der entweder kontinuierlich oder intermittierend erfolgt, so gering wie möglich gehalten und gleichzeitig der erforderlichen Sauerstoffmenge sehr genau angepasst werden. Eine derartige Anpassung ist besonders in den ersten Betriebsjahren einer kommunalen, auf Grund von Langzeitmessungen eingestellten Kläranlage von Bedeutung, weil diese dann häufig überdimensioniert und folglich unterbelastet sind.
Durch den gesteuerten minimalsten Sauerstoffeintrag ergeben sich weitere betriebliche Vorteile wie beispielsweise bessere Schlammeigenschaften, d. h. günstigeres Sedimentationsverhalten, Nitrifikation und Denitrifikation der Belebtschlammflocke, wodurch die Wirkung einer dritten Reinigungsstufe erzielt werden kann ; durch die periodisch vergrösserte anaerobe Zone in der Belebtschlammflocke-besonders bei intermittierender Belüftung-kann ein periodisches Auftreten von kurzzeitig anaerob"aufgeschlossenem" Material auftreten, welches bei ausschliesslich aerober Behandlung nicht ausgeschlossen werden kann ; im ersten
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Ausnutzung des Sauerstoffes aus der in das Schlamm-Wasser-Gemisch eingetragenen Luft.
Durch die intensive Durchmischung des Schlamm-Wasser-Gemisches kann eine optimale Pufferung von Giftstössen oder hoher BSBs-Zulaufkonzentration und ein biochemischer Sauerstoffbedarf innerhalb von fünf Tagen erreicht werden.
An Stelle der Rohrturbine --5-- können auch ein an einer Brücke befestigtes, mit einer in das Schlamm-Wasser-Gemisch eintauchenden Kappe ausgerüstetes Rührwerk, Injektoren oder Umwälzpumpen vorgesehen sein.