CH509943A - Belüftungsbecken für Flüssigkeiten - Google Patents

Description

  
 



  Belüftungsbecken für Flüssigkeiten
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Belüftungsbekken für Flüssigkeiten, insbesondere ein Belebungsbecken für zu klärende Abwässer, mit einer in dem Becken angeordneten Belüftungs- und Umwälzeinrichtung sowie mit einer in das Becken mündenden Zuleitung für die zu belüftende Flüssigkeit.



   Die Belüftungs- und Umwälzvorrichtungen in bekannten Becken lassen sich grob in Oberflächenbelüfter und in Druckluftbelüfter einteilen.



   Bei den Oberflächenbelüftern ist meistens ein Belüfterkreisel vorgesehen, der aus dem Beckeninhalt schöpft, und die geförderte Flüssigkeit in der Art eines Pumpenrades oder eines Rasensprengers über dem Flüssigkeitsspiegel versprüht. Dabei wird die Flüssigkeit belüftet und als Folge des steten Schöpfens aus dem Beckeninhalt bildet sich allmählich eine mehr oder weniger ausgeprägte Umwälzbewegung aus. Während die mit Belüfterkreiseln erzielbare Luft-Eintragsleistung im allgemeinen den Bedürfnissen entspricht, ist die Umwälzleistung insofern oft unbefriedigend, als sie nicht den gesamten Beckeninhalt erfasst.



   Man hat daher bereits vorgeschlagen, den bekannten Kreiseln Leitapparate in Form von Steigrohren (ortsfest oder mitdrehend) vorzuschalten oder in Form von ortsfesten Schaufelkränzen nachzuschalten. Damit wird die Umwälzbewegung zwar etwas verbessert, aber solchen Becken haftet ein weiterer Nachteil an. Die dem Belüftungsbecken zufliessende Flüssigkeit (d.h. gerade die Flüssigkeit, die am intensivsten zu belüften ist) wird einfach dieser Umwälzbewegung überlassen und es dauert oft lange bis eine gerade zugeflossene Flüssigkeitsmenge erstmals vom Belüfterkreisel tatsächlich erfasst wird. Dies hat zur Folge, dass der Belüftungsgrad an verschiedenen Stellen im gesamten Beckeninhalt, trotz Vorhandenseins einer Umwälzbewegung recht unterschiedlich sein kann, was die zur Erzielung des gewünschten gleichmässigen Belüftungsgrads aufzuwendende Zeit unnötig anwachsen lässt.



   Grundsätzlich dasselbe gilt für die sogenannten Druckluftbelüfter, bei denen Druckluft unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in den Beckeninhalt gepresst wird und sowohl eine Belüftung wie auch eine Umwälzbewegung bewirkt.



   Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, ein Becken der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die erwähnten betrieblichen Nachteile weitgehend vermieden sind, und in dem die zur Erzielung eines gleichmässigen Belüftungsgrads erforderliche Zeit erheblich geringer ist.



   Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass diese erforderliche Zeit sich dann entscheidend senken lässt, wenn die frisch zufliessende Flüssigkeit einen von der im Becken vorhandenen Umwälzbewegung unabhängigen Bewegungsimpuls erhält.



   Dementsprechend ist der Erfindung die Aufgabe zugrunde gelegt, das Becken derart auszugestalten, dass die Belüftungs- und Umwälzeinrichtung sowohl eine Umwälzbewegung des vorhandenen Beckeninhalts als auch eine besondere Beschleunigung der aus der Zuleitung zufliessenden Flüssigkeit bewirkt.



   Zur Lösung dieser Aufgabe ist das vorgeschlagene Becken erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die Belüftungs- und Umwälzeinrichtung einen ersten aus dem Becken saugenden sowie einen zweiten aus der Zuleitung saugenden und koaxial zum ersten angeordneten je in einem feststehenden Mantel umlaufenden Propeller aufweist, wobei im Bereich wenigstens des einen Propellers eine Luftleitung in das zugeordnete Mantelrohr mündet.



   Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstands sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Teilschnitt durch ein Belüftungsbecken mit der Belüftungs- und Umwalzvorrichtung im Axialschnitt und
Fig. 2 in ähnlicher Darstellungsweise wie Fig. 1 eine Ausführungsvariante, wobei für funktionell sich entsprechende Bestandteile dieselben Bezugsziffern angegeben sind.



   Von dem in Fig. 1 dargestellten Becken 1 ist nur der Beckenboden 2, ein Teil der Seitenwand 3 und des Inhalts 4 sichtbar. Im Grundriss gesehen, besitzt das Becken 1 vorzugsweise eine kreisrunde oder poligonale   Form, wobei die gesamthaft mit 5 bezeichnete Belüftungs- und Umwälzeinrichtung etwa in der Mitte des Beckens 1 angeordnet ist.



   Eine Zuleitung 6 zum Becken 1, die dessen Boden 2 in Form eines Rohrstutzens 7 durchstösst, führt dem Inneren des Beckens 1 entweder neu anfallendes Abwasser oder aus einem dem Becken 1 nachgeschalteten Nachklärbecken (nicht dargestellt) anfallenden Belebtschlamm als Rückführung zu. Die hierzu notwendigen Schieber und/oder Pumpen sind nicht dargestellt.



   Die Aussenseite des Rohrstutzens 7 ist von einem Strömungskörper 8 umgeben, der den Übergang zwischen der Aussenseite des Rohrstutzens 7 und dem Boden 2 verrundet.



   Koaxial zum Rohrstutzen 7 und auf am Boden 2 verankerten Stützen 9 abgestützt, die ihrerseits an einem Tragring 10 befestigt sind, ist im Becken 1 ein Mantelrohr 11 angeordnet. Im Innern dieses Mantelrohrs 11 ist über radial verlaufende Streben 12 ein rotationssymmetrischer Strömungskörper 14 ortsfest gehalten. Ebenso ist an der Innenseite des Mantelrohrs 11 ein Ring 13 befestigt, an dem eine Scheibe 37 mit Durchlässen befestigt ist. Die Scheibe 37 und der Strömungskörper 14 dienen als Lagerung für eine lotrechte, koaxial zum Mantelrohr 11 angeordnete Antriebswelle 24, deren oberes Ende in einem Lagerstutzen 17 an ein Getriebemotor 19 gekuppelt ist, der seinerseits in einem Gehäuse 18 untergebracht und über eine Speiseleitung 20 mit einer Schalteinrichtung 28 in Verbindung steht.



   Auf dem zwischen der Scheibe 37 und dem Strömungskörper 14 sich erstreckenden Teil der Welle 24 ist ein mehrflügliger Propeller 25 aufgekeilt, dessen Förderrichtung nach unten verläuft. Das untere Ende der Welle 24 erstreckt sich in den Rohrstutzen 7 hinein und trägt einen zweiten Propeller 26, dessen Förderrichtung bei gleichbleibender Drehrichtung nach oben verläuft.



   Der Propeller 25 zusammen mit dem Mantelrohr 11 und der Propeller 26 zusammen mit dem Rohrstutzen 7 ist die Anordnung eines rotierenden Propellers in einem feststehenden Mantel in der Art einer sogenannten    Kort-Düse .   



   An der Welle 24 ist ferner noch ein bewegliches Zerkleinerungsmesser 38 aufgekeilt, welches mit den die Durchlässe durch die Scheibe 37 begrenzenden Kanten als Gegenmesser zusammenwirkt und allfällig vom Düsenpropeller 39 angesaugte faserige Stoffe zerkleinert.



   In Fig. 1 ist ferner eine Druckluftquelle 22 dargestellt, die über eine Zuleitung 23 eine Luftleitung 21 speist, welche ihrerseits das Innere der als Hohlwelle ausgeführten Welle 24 mit Druckluft versorgt.



   Am unteren Ende der Welle 24 ist im Bereich des Propellers 26 eine Kugeldüse 27 vorgesehen, mittels welcher die durch die Hohlwelle 24 anfallende Druckluft in die vom Propeller 26 angesaugte Flüssigkeit gepresst wird. Damit wird dieser Flüssigkeit nicht nur ein gesonderter intensiver Bewegungsimpuls verliehen, sondern auch eine bedeutende Menge an feinblasiger Frischluft zugeführt, deren Verweilzeit in der Flüssigkeit, wie leicht ersichtlich ist, wegen den besonderen Strömungsverhältnissen sehr lang ist.



   Der Betrieb des Beckens nach Fig. 1 lässt sich wie folgt beschreiben:
Es sei angenommen, das Becken 1 sei bis zum Spiegel 32 gefüllt, der Motor 19 sei eingeschaltet und durch die Zuleitung werde ständig neues Abwasser zugeführt, während über nicht dargestellte Abflussrinnen eine entsprechende Menge belüfteten Abwassers in ein nachgeschaltetes Nachklärbecken abgezogen würde.



   Wie bereits erwähnt, erfährt das zufliessende Abwasser zunächst eine intensive Durchsetzung mit aus der Düse 27 aushebender Luft, wird anschliessend durch den Propeller 26 nach oben gefördert, und erfährt ausgangs des Propellerraums 40 durch die ihm zugekehrte Fläche 16 des Strömungskörpers 14 im Raum 41 eine Umlenkung um 1800 und tritt dann durch den Mantelraum 42 in die Ausgangsströmung des Propellerraums 39.



   Gleichzeitig saugt der Propeller 25 vom oberen Ende des ganz eingetauchten Mantelrohrs 11 her Flüssigkeit aus dem Becken 1 an und fördert diese in den Propellerraum 39 und an den Streben   13    vorbei nach unten. Die dem Propeller 25 zugekehrte Oberfläche 15 des Strömungskörpers 14 formt den Auslass des Propellerraums 39 in einen Mantelraum mit, in Strömungsrichtung gesehen, geringer werdendem Durchflussquerschnitt um, was zur Folge hat, dass die vom Propeller 25 geförderte Flüssigkeit hier nochmals beschleunigt wird. Am unteren Ende des Mantelrohrs 11 treten beide Flüssigkeitsströme gemeinsam aus und werden durch den Strömungskörper 8 in eine radial nach aussen auf dem Beckenboden verlaufende Strömung umgelenkt.

  Die in dieser Strömung vorhandene, feinblasig verteilte Luft wird vorab hochsteigen und die gesamte Höhe bis zum Spiegel 32 durchlaufen müssen bis sie wieder in die Aussenluft gelangt. Die Flüssigkeit aber wird eine den Seitenwänden 3 emporsteigende und auf dem Spiegel 32 spiralförmig nach innen gerichtete Umwälzbewegung annehmen, wobei sich im Bereich des oberen Endes des Mantelrohrs 11 eine wirbelartige Verformung 33 des Spiegels 32 ausbildet.



  Dies ist die einzige Verformung des Flüssigkeitsspiegels 32 im Gegensatz zu solchen Becken, die mit einem Oberflächenbelüfter ausgerüstet sind. Während bei solchen Becken ein stetes Rauschen und oft ein lästiger Sprühnebel durch das stete Zerspritzen der Flüssigkeit entsteht, ist beim dargestellten Becken trotz intensiver Belüftung kaum ein Geräusch und noch viel weniger die Bildung von Spritzwasser oder Sprühnebeln feststellbar.



   Eine an ein Sauerstoffmessgerät 30 angeschlossene Sonde 31 stellt kontinuierlich den Belüftungsgrad fest und bewirkt beim Erreichen eines vorbestimmten Wertes, über eine an der Schalteinrichtung 28 angeschlossene Steuerleitung 29, dass der Motor 19 abgeschaltet wird.



  Umgekehrt bewirkt die Sonde ebenfalls, dass beim Unterschreiten eines bestimmten Belüftungsgrads der Motor 19 wieder eingeschaltet wird.



   Das in Fig. 2 dargestellte Becken unterscheidet sich von dem soeben beschriebenen im wesentlichen dadurch, dass die Luft im Bereich des oberen Propellers 25, d.h.



   im Bereich des Propellerraums 39 zugeführt wird. Zu diesem Zweck ist der Durchflussquerschnitt im Mantelrohr 11 im Bereich des Propellers 25 mittels eines an der Innenseite des Mantelrohrs 11 befestigten Strömungskörpers 43 eingeschnürt. Die Luftleitung 21 führt in diesem Ausführungsbeispiel ausserhalb des Mantelrohrs 11 nach unten und speist eine etwa auf der Höhe der Ebene des Propellers 25 angeordnete Ringleitung 34, von welcher mehrere radial nach innen gerichtete und den Strömungskörper 43 durchstossende Verteilleitungen 44 ausgehen, die in den Propellerraum 39 auf der Höhe der Ebene des Propellers 25 einmünden. Dadurch wird die Luft gerade im Bereich des in einem Propellermantel vorhandenen Drucksprungs zugeführt, was gestattet, bei gleichbleibendem Förderdruck der Druckluftquelle 22 eine bedeutend  grössere Menge Luft der Flüssigkeit im Becken zuzuführen.



   Um die Unterhaltsarbeiten zu erleichtern ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Welle 24 in zwei mittels einer Kupplung 35 miteinander lösbar verbundenen Hälften aufgeteilt. Dieser Umstand erfordert für die beiden Teile der Welle 24 je ein weiteres Lager 45 bzw. 46, die mittels eines sternförmigen Rahmens 36 an der Innenseite des Mantelrohrs befestigt sind. Diese rein konstruktiven Details ändern aber an der beschriebenen Arbeitsweise nichts.



   Für Abwässer, die eine schockartige, sehr intensive Belüftung benötigen ist es möglich, den Flüssigkeitsströmen sowohl im Bereich des ersten Propellerraums 39 als auch im Bereich des Propellerraums 40 Luft zuzuführen.



   Bedenkt man, dass die Förderleistung von in Mantelrohren umlaufenden Propellern, bei verhältnismässig einfacher Bauweise und bescheidener Leistungsaufnahme sehr bedeutende Werte annehmen kann, wird dem Fachmann nach dem gesagten klar, dass es selbst bei grossen Becken mit einer verhältnismässig kleinen Belüftungsund Umwälzvorrichtung der beschriebenen Art möglich ist, den gesamten Beckeninhalt in sehr kurzer, nach Minuten bemessener Zeit restlos umzuwälzen und zugleich derart intensiv zu belüften, dass praktisch nach einmaliger Umwälzung der Sättigungsgrad erreicht ist. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Belüftungsbecken für Flüssigkeiten, insbesondere Belebungsbecken für zu klärende Abwässer, mit einer in dem Becken angeordneten Belüftungs- und Umwälzeinrichtung sowie mit einer in das Becken mündenden Zuleitung für die zu belüftende Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass die Belüftungs- und Umwälzeinrichtung einen ersten aus dem Becken saugenden sowie einen zweiten aus der Zuleitung saugenden und koaxial zum ersten angeordneten je in einem feststehenden Mantel umlaufenden Propeller aufweist, wobei im Bereich wenigstens des einen Propellers eine Luftleitung in das zugeordnete Mantelrohr mündet.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Becken nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Propeller aufeinander zugerichtete Förderrichtungen aufweisen, wobei ein Teil des Mantelrohrs des ersten Propellers das Mantelrohr des zweiten Propellers mit Spiel umgibt.

   2. Becken nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ausgang des zweiten Propellers ein eine Umlenkung dessen druckseitiger Strömung um mehr als 900 bewirkender und in den Ausgang des ersten Propellers mündender Leitapparat nachgeschaltet ist.

   3. Becken nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung ein den Boden des Beckens durchstossender Rohrstutzen ist, der zugleich das Mantelrohr des zweiten Propellers bildet.

   4. Becken nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitapparat ein zu den Propellern koaxialer Rotationskörper ist, dessen der Druckseite des ersten Propellers zugekehrte Oberfläche die Innenseite eines Mantelraums begrenzt, dessen Durchflussquerschnitt sich in Strömungsrichtung gesehen, verringert.

   5. Becken nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittskante des Leitapparats das Mantelrohr des zweiten Propellers unter Freilassung eines Ringraums umgibt.