CH349552A - Belüftungs- und Belebungsbecken für Wasserreinigungsanlagen - Google Patents

Description

      Belüftungs-    und Belebungsbecken für     Wasserreinigungsanlagen       Bei     Schlammbelebungsanlagen    zur Reinigung  von Abwasser ist es bekannt, die im Becken vorhan  denen Wassermengen durch Filterplatten oder feine  Düsen zu belüften und zusätzlich durch Paddel um  zuwälzen oder aber Druckluft zu verwenden, um das  Abwasser zu belüften und den dabei an dieser  Stelle entstehenden Auftrieb zur Umwälzung des  Beckeninhaltes heranzuziehen. Diese letzte Art der  Belüftung wird meistens grobblasig sein, damit die  Wirkung gross genug ist, das heisst an der dem Auf  trieb gegenüberliegenden Seite eine     Umwälzströmung     nach unten entsteht.

   Der Luftverbrauch für diese  Einrichtung ist sehr gross, aber nur ein kleiner  Bruchteil der Luft dient zur Anreicherung des  Wassers mit Sauerstoff, weil aus der grobblasigen  Belüftung wegen des schnellen Aufstieges zur  Oberfläche nur wenig Luft vom Wasser     aufgenom-          nien    werden kann.  



  Ferner sind     Abwasserreinigungsanlagen    bekannt  geworden, bei denen neben einer     Lufteinblaseeinrich-          tung    für feinblasige     Belüftung,    im folgenden auch  kurz Feinbelüftung     genannt,-eine    zweite     Lufteinblase-          einrichtung    vorgesehen ist, welche den Schlamm  schwebend halten und die Flüssigkeit umwälzen  soll. Diese zweite     Lufteinblaseeinrichtuno,    verwendet       sogenannte        Mammutpumpen,    die bekanntlich einen  geringen Wirkungsgrad haben.

   Die Feinbelüftung er  folgt hierbei durch im Boden angeordnete Filter  platten, was insofern ungünstig ist, als sich diese       Filterplatten    mit dem im Abwasser immer in grö  sseren Mengen vorhandenen Schlamm zusetzen und  dadurch verstopft werden.  



  Beim     Schlammbelebungsverfahren    kommt es  ausserdem nicht nur darauf an, dem Beckeninhalt in  ausreichender Weise Sauerstoff zuzuführen, den die  in sehr grosser Zahl zusammengedrängten Kleinlebe  wesen benötigen, sondern sehr wichtig ist auch die    dauernde Impfung des ganzen Beckeninhaltes durch  aktiven Schlamm. In dieser Hinsicht versagen die  bekannten Einrichtungen von     Schlammbelebungs-          anlagen    fast völlig.

   Der durch die grobblasige Be  lüftung oder durch     Umwälzpaddel    oder     Mammut-          pumpen    erzeugte Strom reicht wohl aus, um den  Beckeninhalt langsam umzuwälzen, jedoch nicht,  um die Bodenfläche des Beckens wirksam zu     be-          spülen.     



  Die Erfindung bringt hier einen grossen Fort  schritt, ohne     dass    hierfür ein zusätzlicher Aufwand  nötig ist. Sie betrifft ein     Belüftungs-    und Belebungs  becken für     Wasserreinigungsanlagen,    das sowohl mit  Mitteln zur Umwälzung des Beckeninhaltes als auch  mit solchen zur feinblasigen Belüftung desselben  ausgestattet ist, und besteht darin,     dass    die     Um-          wälzmittel    als mit einem Druckmittel betriebene  Strahldüsen ausgebildet sind und     im    Abstand über  dem Beckenboden angeordnet sind,

   und     dass    auch  die Mittel zur feinblasigen Belüftung     ün    Abstand  vom Beckenboden angeordnet sind. Besonders bei  Verwendung von     Druckluft    zur Umwälzung sind  zweckmässig die     Umwälzdüsen    tiefer angeordnet als  die Mittel zur feinblasigen Belüftung. Ausserdem  wird diese Belüftung vorzugsweise auf der der     Um-          wälzbelüftung    gegenüberliegenden Beckenseite an  geordnet, weil dort die     Umwälzströmung    nach unten  gerichtet ist und daher die Aufenthaltszeit der feinen  Luftbläschen im Wasser und somit auch die     Sauer-          stoffabgabezeit    verlängert wird.  



  Bei feinen Luftblasen ist das Volumen klein, die  Oberfläche jedoch relativ zum Volumen gross. Da  der     übergang    von Sauerstoff aus einer Luftblase in  das Wasser     übe#r    deren Oberfläche erfolgt, ist eine  feinblasige Belüftung wirksamer als eine grobblasige       BelÜftung.    Aus diesem Grunde wird eine feinblasige  Belüftung einer grobblasigen Belüftung vorgezogen.      Durch Drosselorgane in der Zuleitung zur     Um-          wälzbelüftun-    kann der höhere Druck, den die Filter  körper oder andere     Feinbelüftungsorgane    erfordern,  ausgeglichen werden, so     dass    für beide Belüftungs  arten ein gemeinsamer Kompressor genügt.

   Besser ist  jedoch die Regulierung des     Luftdruckes    durch mehr  oder weniger tiefes Eintauchen der     Luftaustritts-          düsen        bzw.    der Filterkörper. Die Austrittsstellen bei  der Belüftungsorgane werden zweckmässig abwech  selnd hintereinander in der ganzen Länge des  Beckens angeordnet, wobei die     Feinbelüftungsorgane     höher liegen können. Da diese leicht durch Zusetzen  mit Schlammteilchen während des Betriebes ihren       Luftdurchgangswiderstand    ändern und sogar ganz  undurchlässig werden können, wird man sie zweck  mässig höhenverstellbar und gegebenenfalls über  den Wasserspiegel hinaus schwenkbar einbauen.

   Das       E        ailt        auch,        wenn        die        Umwälzung        des        Beckeninhaltes     statt durch Druckluft durch Druckwasser erfolgt.

    Bei der Verwendung von Druckwasser zur Um  wälzung werden die Austrittsdüsen für das Druck  wasser zweckmässig nahe am Boden des     warmen-          förinig    ausgebildeten Belebungsbeckens, die     Fein-          belüftungsdüsen        bzw.    Filterkörper dagegen wesent  lich höher, am besten an der Seite angeordnet, an der  die     Umwälzströmung    nach unten gerichtet ist.

   Die       Druckwasseraustrittsdüsen    werden vorzugsweise     fisch-          schwanzförmig    breit gedrückt, damit ihr     Einfluss-          bereich    möglichst     den    ganzen Beckenboden be  streicht. Die     Umwälzströmung.,    sowohl bei der  Druckluft- wie auch bei der     Druckwasserumwälzung,     wird vorteilhaft in an sich bekannter Weise durch  Leitflächen unterstützt, die an den Rohren zur  Druckluft-     bzw.    Druckwasserzuführung befestigt  werden können.  



  In der Zeichnung sind einige Ausführungs  beispiele des erfindungsgemässen     Belüftungs-    und       Belebun-sbeckens    schematisch dargestellt. Die     Fig.   <B>1</B>  bis<B>3</B> zeigen im Quer- und Längsschnitt sowie in  Draufsicht die     Hintereinanderanordnung    der     Um-          wälz-    und Feinbelüftung, die     Fig.    4 und<B>5</B> im     Quer-          und    Teillängsschnitt parallel übereinander angeord  nete Mittel für die hydraulische Umwälzung und  Feinbelüftung, wobei die     Umwälzrichtung    der Fein  belüftung entgegengesetzt verläuft,

   und die     Fig.   <B>6</B>  und<B>7</B> im Quer- und Längsschnitt eine andere An  ordnung der     Umwälzmittel    mit an den Aussenseiten  des Beckens angeordneten Wasserstrahldüsen, wobei  die Umwälzung im gleichen Sinne wirkt wie die Auf  stiegsrichtung der Feinbelüftung.  



  Das Belüftungsbecken a nach den     Fig.   <B>1</B> bis<B>3</B>  zeigt einen innen gut     ausgerundeten        trapezförmigen     Querschnitt, der sich nach oben erweitert, dessen  Seitenwände aber im obern Bereich in eine senk  rechte Wand übergehen. Das Becken wirkt als Dop  pelbecken. Die in der Zeichnung dargestellten Pfeile  zeigen die     Umwälzbewegung    des Wassers.  



  Die     Belüftungsmittel    bestehen aus einem Zu  führungsrohr<B>b</B> und den Austrittsdüsen c für die  grobblasige Belüftung und einem Rohr<B>d</B> und den    Filterkörpern e für die feinblasige Belüftung. Wie  aus der     Fig.   <B>3</B> zu ersehen ist, sind die beiden Belüf  tungsarten abwechselnd hintereinander in Längsrich  tung des Beckens a angeordnet. Die aus den Düsen  c hochsteigende Luft dient auch der Umwälzung,  damit das Wasser auch an seiner Oberfläche Luft       bzw.    Sauerstoff dauernd aufnehmen kann. Es gibt  also hier keine scharfe funktionelle Trennung zwi  schen     Umwälz-    und Feinbelüftung.

   Die Filterkörper  e können zur Reinigung und Auswechslung durch  eine Hubeinrichtung<B>f</B> seitlich nach oben bis über  den Wasserspiegel<B>-</B> hinausgeschwenkt werden. Eine  Anzahl von Leitwänden h unterstützt eine wirksame       Umwälzströmung    und verhindert Wirbelbildung.  Die Leitwände sind teilweise an den Druckrohren  für die Belüftung oder Umwälzung befestigt.

   Bei den  Ausführungen nach     Fig.    4 und<B>5</B> ist eine     hydrau-          ,t.    Die am     Druckwasser-          lische    Umwälzung     gezeig          zuführungsrohr    m angebrachten     fischschwanzähnlich     flachgedrückten     Umwälzdüsen-    n ergeben einen brei  ten Wirkungsbereich des Wasserstrahles über der  Beckensohle, die wannenförmig ausgebildet ist. Die  Filterkörper e zur Feinbelüftung liegen darüber, etwa  in mittlerer Beckentiefe.  



  Während bei der Ausführung nach     Fig.   <B>1</B> bis<B>3</B>  die grobblasige Belüftung mit grösseren Luftmengen,  aber niedrigerem Druck arbeitet und daher die     Um-          wälzströmung    im mittleren Beckenteil nach oben ge  richtet ist, tritt nach     Fig.    4 das Druckwasser mit  stärkerem überdruck aus und erzeugt eine Um  wälzung im entgegengesetzten Sinne. Bei der Aus  führung nach     Fig.   <B>1</B> bis<B>3</B> stimmt die     Umwälzrich-          tung    mit der Aufstiegsrichtung der Luftbläschen aus  der Feinbelüftung überein.

   Bei der Ausführung nach       Fig.    4 und<B>5</B> werden die feinen Luftbläschen aus den  Filterkörpern e durch die     Umwälzströmung    nach  unten mitgenommen, wodurch die Kontaktzeit zwi  schen diesen Luftbläschen und dem zu reinigenden  Wasser oder Abwasser stark vergrössert wird.  



  Bei der Ausführung nach     Fig.   <B>6</B> und<B>7</B> wird die  hydraulische     Umwälzströmung    durch an den. Seiten  wänden angebrachte, mit Strahldüsen i versehene  Rohre<B>k</B> bewirkt. Diese Strahldüsen i sind, ebenso  wie die Düsen nach     Fig.    4 und<B>5,</B> durch     fisch-          schwanzähnliches        Flachdrücken'für    eine breitflächige  Wirkung ausgebildet. Die     Umwälzrichtung    stimmt  hier mit der nach     Fig.   <B>1</B> überein.  



  Der Hauptvorteil der beschriebenen Becken liegt  darin,     dass    mit ruhenden Teilen, also mit geringster  Wartung, eine Wirkung erzielt wird, die bisher nur  mit viel komplizierteren Mitteln und grösserem  konstruktivem Aufwand erreichbar war. Auch der  Energieaufwand und damit die Betriebskosten für  eine bestimmte Sauerstoffaufnahme des Abwassers  sind wesentlich geringer als bisher, weil die Ober  flächenbelüftung und die Feinbelüftung zusammen  eine wesentlich grössere Sauerstoffanreicherung er  geben, als die bisherigen     Belüftun,-,seinrichtungen.     Die günstige Beckenform zusammen mit der Anord  nung von Leitwänden ergibt auch hydrodynamisch      so günstige Verhältnisse,     dass    der Energieaufwand  für Reibungsverluste,

   Wirbelbildung und dergleichen  ein Minimum beträgt.     Dass    an Stelle der bei den Aus  führungsbeispielen angedeuteten Feinbelüftung durch  Filterkörper andere Einrichtungen verwendet werden  können, liegt auf der Hand. Es ist dabei z. B. an  Belüftungsrohre mit feinsten Austrittsöffnungen, an       Wasserstrahlinjektoren    mit feinster Verteilung der  Luft im Wasserstrahl und an ähnliche Einrichtungen  gedacht. An Stelle von Luft kann für die     Feinbelüf-          lung    Sauerstoff genommen werden, die viel ein  fachere Anwendung von Luft ist jedoch ausreichend.  



  Es ist auch ein grosser Vorteil der beschriebenen  Becken,     dass    sie mit einfachsten Mitteln eine     Regu-          lierbarkeit    sowohl des Druckes wie auch der     Um-          wälzgeschwindigkeit    und auch der Luftmenge er  laubt. Durch eine geringere     Eintauchtiefe    der Filter  körper kann der Leistungsaufwand niedriger gehalten  werden. Aber auch die Anordnung der Filterkörper  in etwa halber Beckentiefe hat Vorteile.

   Die gröberen  Blasen werden bei der Anordnung nach     Fig.    4 und<B>5</B>  durch die im Bereiche der Filterkörper nach unten  <B>a -</B> hindert, zu  gerichtete     Umwälzströmung    daran     ge     schnell an die Wasseroberfläche aufzusteigen, wäh  rend die feinsten Blasen infolge der längeren Kon  taktzeit mit dem zu reinigenden Wasser eine grösst  mögliche Menge von Sauerstoff an dieses     ab-eben.     



  <B>C</B> C  Die muldenförmige Ausbildung der Beckensohle  begünstigt eine ständige Umwälzung des Schlammes,  so     dass    auch hinsichtlich der Schlammbelebung bei  der gezeigten Ausbildung des Beckens die beste Wir  kung gewährleistet ist. In verstärktem Masse tritt  dieser Vorteil bei der hydraulischen Umwälzung auf.  Das Druckwasser wird zweckmässig dem letzten Be  lüftungsbecken entnommen, wenn mehrere Becken  für eine     Stufenbelüftuna    vorhanden sind.

   Dadurch  wird einerseits wegen der schon weitgehend erfolgten  Reinigung dieses Abwassers eine Verstopfung der  Düsen verhindert, vor allem aber hat diese Art der  Umwälzung den grossen Vorteil,     dass    eine dauernde  Impfung des neu zufliessenden Wassers erfolgt, und       dass    der vom Boden aufgewühlte Schlamm ständig  mit den feinen Luftbläschen in Berührung gebracht  wird, was die Reinigungswirkung in besonders hohem  Masse fördert.  



  Infolge der guten Umwälzung können die     Fein-          belüftungsorgane    ziemlich hoch eingebaut werden,  wo sie nicht so der Beanspruchung ausgesetzt sind,  wie das bei der bisherigen Anordnung der Belüf  tungsorgane der Fall war. Auch kann man den Filter  körpern viel zweckmässigere Formen geben, als dies  bisher bei den hauptsächlich verwendeten     Boden-          filterplatten    möglich war. übrigens wäre auch bei  Verwendung solcher Bodenplatten die Verstopfungs  gefahr viel geringer als bisher, denn der starke<B>Spül-</B>  strom am Beckenboden verhindert das Absetzen von  Schlamm.  



  Die in erster Linie vorgesehene Verwendung von  Druckwasser zur Umwälzung besitzt folgende we  sentliche zusätzliche Vorteile: Die     Umwälzun(y    durch  <B>C</B>    Druckwasser hat einen besseren     Wirkungsgrad    als  die durch     Lufteinblasung.    Ausserdem ermöglicht die       Druckwasserumwälzung    Wasser aus dem     Nachklär--          becken    und sogar aktiven, das heisst stark mit Lebe  wesen     (Protozoen)    durchsetzten Schlamm in das Be  lebungsbecken einzupumpen und dadurch den  Beckeninhalt mit neuen Lebewesen zu impfen.

   Die  starke     Bespülung    des Beckenbodens bei Verwen  dung von     Druckwasserdüsen,    die     tangential    an der  Beckenwand oder am Beckenboden anliegen, er  möglicht eine besonders starke gleichmässige und  ruhige Umwälzung des ganzen Beckeninhaltes, was  für die Entwicklung der einzelnen Lebewesen sehr  günstig ist. Die Umwälzung durch Druckwasser mit  seiner viel     -rösseren    Masse hat einen sehr viel  stärkeren     Umwälzimpuls    als die grobblasige Luft,  die bisher neben mechanischen Einrichtungen (Rühr  werk und dergleichen) zur Umwälzung verwendet  wurde.

Claims (1)

1. <B>PATENTANSPRUCH</B> Belüftungs- und Belebungsbecken für Wasser- reinigungsanlagen, das sowohl mit Mitteln zur Um wälzung des Beckeninhaltes als auch mit solchen zur feinblasigen Belüftung desselben ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwälzmittel als mit einem Druckmittel betriebene Strahldüsen aus gebildet und im Abstand über dem Beckenboden angeordnet sind, und dass auch die Mittel zur fein blasigen Belüftung im Abstand vom Beckenboden angeordnet sind.

   <B>UNTERANSPRÜCHE</B> <B>1.</B> Becken nach Patentanspruch, dadurch<B>ge-</B> kennzeichnet, dass die Strahlrichtung der Strahl düsen mindestens angenähert tangential zum be nachbarten Teil der Beckenwandung oder zum Beckenboden gerichtet ist. 2. Becken nach Patentanspruch und Unteran spruch<B>1,</B> dadurch gekennzeichnet, dass im Abstand über dem Beckenboden druckluftbetriebene Strahl düsen (c) angeordnet sind.

   <B>3.</B> Becken nach Patentanspruch und den Unter ansprüchen<B>1</B> und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel für die feinblasige Belüftung (e) in dem Bereich des Beckens (a) angeordnet sind, in dem die Umwälzströmung nach unten gerichtet ist. 4. Becken nach Patentanspruch und den Unter ansprüchen<B>1</B> bis<B>3,</B> dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuleitung<B>(b)</B> der Strahldüsen (c) Drossel organe eingebaut sind, die den Druck dem der fein blasigen Belüftung so anzupassen gestatten, dass die Umwälzung und die feinblasige Belüftung von einem einzigen Kompressor aus betrieben werden können.

   <B>5.</B> Becken nach Patentanspruch und den Unter ansprüchen<B>1</B> bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahldüsen (c) und die Mittel für die feinblasige Belüftung (e) in ihrer Höhe zueinander verstellbar angeordnet sind, so dass der für beide nötige Druck unterschied einstellbar ist, <B>6.</B> Becken nach Patentanspruch und den Unter ansprüchen<B>1</B> bis<B>5,</B> dadurch gekennzeichnet, dass die Strahldüsen (c) und die Mittel für die fein blasige Belüftung (e) abwechselnd hintereinander über die Länae des Beckens (a) verteilt sind.

   <B>7.</B> Becken nach Patentanspruch, dadurch<B>ge-</B> kennzeichnet, dass im Abstand über dem Becken boden druckwasserbetriebene Strahldüsen<I>(n,</I> i) an- ge <B>-</B> ordnet sind. <B>8.</B> Becken nach Patentanspruch und Unter anspruch<B>7,</B> dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel für die feinblasige Belüftung in dem Bereich des Beckens angeordnet sind, in dem die Umwälzströ- mung nach unten gerichtet ist.

   <B>9.</B> Becken nach Patentanspruch und den Unter ansprüchen<B>7</B> und<B>8,</B> dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufwirbeln des Schlammes der Boden des Beckens (a) im Bereich einer jeden in Bodennähe angeordneten Strahldüse (n) eine Quermulde auf weist. <B>10.</B> Becken nach Patentanspruch und den Unter ansprüchen<B>1</B> bis<B>9,</B> dadurch gekennzeichnet, dass die Eintauchtiefe der Filterkörper (e) für die fein blasige Belüftung entsprechend ihrem Luftdurch- gangswiderstand bzw. der Änderung dieses Wider standes während des Betriebes einstellbar ist.

   <B>11.</B> Becken nach Patentanspruch und den Unter ansprüchen<B>1</B> bis<B>10,</B> dadurch gekennzeichnet, dass an den Druckleitungen zu den Strahldüsen bzw. den Mitteln für die feinblasige Beläftung Leitwände (h) vorgesehen sind. 12. Becken nach Patentanspruch und den Unter ansprüchen<B>1</B> bis<B>11,</B> dadurch gekennzeichnet, dass die StrahldÜsen injektorartig ausgebildet sind und dadurch zusätzlich Luft in das Wasser bringen.

   <B>13.</B> Becken nach Patentanspruch und den Unter ansprüchen<B>1</B> bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Körper für die feinblasige Belüftung injektor- artig ausgebildet sind.