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.
Aeration basins for liquids
The present invention relates to an aeration basin for liquids, in particular an aeration basin for wastewater to be clarified, with an aeration and circulation device arranged in the basin and with a supply line for the liquid to be aerated which opens into the basin.
The ventilation and circulation devices in known basins can be roughly divided into surface aerators and compressed air aerators.
In the case of surface aerators, an aerator is usually provided, which scoops from the basin contents and sprays the pumped liquid in the manner of a pump wheel or a lawn sprinkler above the liquid level. The liquid is aerated and as a result of the constant scooping out of the basin, a more or less pronounced overturning movement gradually develops. While the air intake capacity that can be achieved with aerator gyroscopes generally corresponds to the requirements, the circulation capacity is often unsatisfactory in that it does not cover the entire tank content.
It has therefore already been proposed to connect guide devices in the form of riser pipes (stationary or rotating) upstream of the known gyroscopes or to connect them downstream in the form of stationary blade rings. This improves the overturning movement somewhat, but there is a further disadvantage to such pools. The liquid flowing into the aeration basin (i.e. precisely the liquid that needs to be aerated most intensively) is simply left to this circulating movement and it often takes a long time until a quantity of liquid that has just flowed in is actually detected by the aerator for the first time. This has the consequence that the degree of ventilation at different points in the entire pool contents can be quite different despite the presence of a circulating movement, which unnecessarily increases the time required to achieve the desired, uniform degree of ventilation.
Basically the same applies to the so-called compressed air aerators, in which compressed air is pressed into the tank contents below the liquid level and causes both aeration and a circulation movement.
The present invention now aims to create a pool of the type mentioned in the introduction, in which the mentioned operational disadvantages are largely avoided, and in which the time required to achieve a uniform degree of ventilation is considerably less.
The invention is based on the knowledge that this required time can be significantly reduced if the freshly flowing liquid receives a movement impulse which is independent of the circulating movement in the basin.
Accordingly, the invention is based on the object of designing the basin in such a way that the ventilation and circulating device causes both a circulating movement of the existing basin contents and a special acceleration of the liquid flowing in from the supply line.
To solve this problem, the proposed basin is characterized according to the invention in that the ventilation and circulation device has a first propeller sucking from the basin and a second one sucking out of the supply line and arranged coaxially to the first, each in a stationary casing revolving, wherein in the area at least the a propeller an air line opens into the assigned jacket tube.
Embodiments of the subject matter of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing. It shows:
1 shows a partial section through an aeration basin with the aeration and rolling device in axial section and
FIG. 2 shows an embodiment variant in a manner similar to FIG. 1, the same reference numerals being given for functionally corresponding components.
Of the basin 1 shown in FIG. 1, only the basin floor 2, part of the side wall 3 and the contents 4 are visible. Viewed in plan, the basin 1 preferably has a circular or polygonal shape, the ventilation and circulation device designated as a whole by 5 being arranged approximately in the center of the basin 1.
A feed line 6 to basin 1, which penetrates its bottom 2 in the form of a pipe socket 7, supplies either newly accumulating wastewater to the interior of basin 1 or activated sludge from a secondary clarification basin (not shown) as recirculation. The slides and / or pumps required for this are not shown.
The outside of the pipe socket 7 is surrounded by a flow body 8 which rounds the transition between the outside of the pipe socket 7 and the bottom 2.
Coaxially to the pipe socket 7 and supported on supports 9 anchored on the floor 2, which in turn are fastened to a support ring 10, a casing pipe 11 is arranged in the basin 1. In the interior of this jacket tube 11, a rotationally symmetrical flow body 14 is held in place by means of radially extending struts 12. Likewise, a ring 13 is attached to the inside of the jacket tube 11, to which a disc 37 with passages is attached. The disk 37 and the flow body 14 serve as a bearing for a vertical drive shaft 24, which is arranged coaxially to the jacket tube 11 and whose upper end is coupled in a bearing stub 17 to a geared motor 19, which in turn is housed in a housing 18 and via a feed line 20 with a Switching device 28 is in connection.
On the part of the shaft 24 extending between the disk 37 and the flow body 14, a multi-bladed propeller 25 is wedged, the conveying direction of which runs downwards. The lower end of the shaft 24 extends into the pipe socket 7 and carries a second propeller 26, the conveying direction of which runs upwards while the direction of rotation remains the same.
The propeller 25 together with the jacket tube 11 and the propeller 26 together with the pipe socket 7 is the arrangement of a rotating propeller in a stationary jacket in the manner of a so-called Kort nozzle.
A movable shredding knife 38 is also wedged on the shaft 24, which cooperates with the edges delimiting the passages through the disk 37 as a counter knife and shreds any fibrous materials sucked in by the nozzle propeller 39.
In Fig. 1, a compressed air source 22 is also shown, which feeds an air line 21 via a feed line 23, which in turn supplies the interior of the shaft 24, which is designed as a hollow shaft, with compressed air.
At the lower end of the shaft 24, in the area of the propeller 26, a ball nozzle 27 is provided, by means of which the compressed air produced by the hollow shaft 24 is pressed into the liquid sucked in by the propeller 26. This not only gives this liquid a separate, intensive movement impulse, but also supplies a significant amount of fine-bubble fresh air, the residence time of which in the liquid, as can be easily seen, is very long due to the special flow conditions.
The operation of the basin according to Fig. 1 can be described as follows:
It is assumed that the basin 1 is filled up to the level 32, the motor 19 is switched on and new wastewater is constantly fed in through the supply line, while a corresponding amount of aerated wastewater is drawn off into a downstream clarifier via drainage channels (not shown).
As already mentioned, the inflowing wastewater first experiences an intensive penetration with air lifted from the nozzle 27, is then conveyed upward by the propeller 26, and is deflected at the exit of the propeller chamber 40 by the surface 16 of the flow body 14 facing it in the chamber 41 around 1800 and then enters the outlet flow of the propeller chamber 39 through the jacket space 42.
At the same time, the propeller 25 sucks in liquid from the basin 1 from the upper end of the completely immersed jacket tube 11 and conveys it down into the propeller chamber 39 and past the struts 13. The surface 15 of the flow body 14 facing the propeller 25 reshapes the outlet of the propeller chamber 39 into a jacket chamber with a decreasing flow cross-section, seen in the direction of flow, which means that the liquid conveyed by the propeller 25 is accelerated again here. At the lower end of the casing tube 11, both liquid flows exit together and are deflected by the flow body 8 into a flow running radially outward on the pool floor.
The air present in this flow, distributed in fine bubbles, will rise beforehand and must pass the entire height up to the mirror 32 until it reaches the outside air again. The liquid, however, will assume a circulating movement rising up the side walls 3 and spirally inwardly directed on the mirror 32, with a vortex-like deformation 33 of the mirror 32 being formed in the area of the upper end of the jacket tube 11.
This is the only deformation of the liquid level 32 in contrast to such pools that are equipped with a surface aerator. While in such pools there is a constant rustling and often an annoying spray mist due to the constant splashing of the liquid, in the pool shown, despite intensive ventilation, hardly any noise and much less the formation of splashing water or spray can be detected.
A probe 31 connected to an oxygen measuring device 30 continuously determines the degree of ventilation and, when a predetermined value is reached, causes the motor 19 to be switched off via a control line 29 connected to the switching device 28.
Conversely, the probe also has the effect that the motor 19 is switched on again if the degree of ventilation falls below a certain level.
The basin shown in Fig. 2 differs from the one just described essentially in that the air in the area of the upper propeller 25, i.
is supplied in the area of the propeller chamber 39. For this purpose, the flow cross section in the jacket tube 11 is constricted in the region of the propeller 25 by means of a flow body 43 fastened to the inside of the jacket tube 11. In this exemplary embodiment, the air line 21 leads downward outside the jacket tube 11 and feeds a ring line 34 which is arranged approximately at the level of the plane of the propeller 25 and from which a plurality of distribution lines 44, which are directed radially inward and penetrate the flow body 43 and enter the propeller chamber 39 open at the level of the plane of the propeller 25. As a result, the air is supplied precisely in the area of the pressure jump present in a propeller casing, which allows a significantly larger amount of air to be supplied to the liquid in the tank while the delivery pressure of the compressed air source 22 remains constant.
In order to facilitate the maintenance work, in this embodiment the shaft 24 is divided into two halves that are releasably connected to one another by means of a coupling 35. This circumstance requires a further bearing 45 and 46 for each of the two parts of the shaft 24, which are fastened to the inside of the casing tube by means of a star-shaped frame 36. However, these purely constructive details do not change the way of working described.
For wastewater that requires shock-like, very intensive ventilation, it is possible to supply air to the liquid flows both in the area of the first propeller chamber 39 and in the area of the propeller chamber 40.
If one considers that the conveying capacity of propellers rotating in casing pipes can take on very significant values with a relatively simple construction and modest power consumption, it becomes clear to the person skilled in the art after what has been said that it is possible even with large pools with a relatively small ventilation and circulation device of the type described to completely circulate the entire contents of the pool in a very short time, measured after minutes, and at the same time to ventilate it so intensively that the degree of saturation is practically reached after a single circulation.