CH514506A - Einrichtung zum Belüften von Flüssigkeiten, insbesondere von zu klärenden Abwässern - Google Patents

Description

  
 



  Einrichtung zum Belüften von Flüssigkeiten, insbesondere von zu klärenden Abwässern
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Belüften von Flüssigkeiten, insbesondere von zu klärenden Abwässern, mit einem vertikalachsigen, angetriebenen Förder- und Belüftungsorgan für die zu belüftende Flüssigkeit.



   Bei solchen Einrichtungen ist es bekannt, als Förderund Belüftungsorgan einen mit einem Kreiselpumpenrad vergleichbaren Belüfterkreisel vorzusehen, dessen Saug seite in die zu belüftende Flüssigkeit eingetaucht ist und dessen Druckseite knapp über dem Flüssigkeitsspiegel angeordnet ist. Beispiele solcher Belüfterkreisel sind die in der Fachwelt unter dem Namen    Simplex -Kreisel,       Bolton -Kreisel,    oder    BSK-Turbine     bekannten Belüfterkreisel. Deren Wirkungsweise besteht darin, dass der Belüfterkreisel Flüssigkeit etwa in axialer Richtung ansaugt, sie über den Flüssigkeitsspiegel emporhebt und mit grosser Geschwindigkeit radial unmittelbar über dem Wasserspiegel wegschleudert.

  Dabei erfolgt die Durchlüftung der Flüssigkeit einfach durch Berührung der auf der Druckseite austretenden und in Tropfen aufgeteilten Flüssigkeitsstrahlen mit der Umluft, oder es wird im Belüfterkreisel selbst der darin befindlichen Flüssigkeit Luft zugeführt, die dann vom Flüssigkeitsstrahl   mitgeris-    sen wird.



   In jedem Fall ist diese Art der Belüftung mit einer mehr oder weniger ausgeprägten Kräuselung des Flüssig.



  keitsspiegels und mit nicht unerheblichem Geräusch verbunden. Ferner findet eine Erzeugung von feinsten aerosolartigen Flüssigkeitströpfchen statt, die leicht von der Umluft weggetragen werden können und sich nicht immer wieder in der Flüssigkeit sondern auf der   TJmge    bung oder auf den zum Kreisel gehörenden Anlagebestandteilen absetzen und dort einen lästigen Niederschlag bilden.



   Abgesehen davon ist die Förderleistung (und damit auch die Eintragsleistung von Luft in die Flüssigkeit) der bekannten Belüfterkreisel nicht immer optimal. Dies deshalb, weil im Betrieb die Höhe des Flüssigkeitsspiegels infolge der unvermeidbaren Wirbelbildung steten Änderungen unterworfen ist. Es lässt sich also trotz genauer Regelung der Eintauchtiefe (die zwangsläufig nur auf einen Mittelwert der Höhe des   Flüssigkeitsspie-    gels abgestellt werden kann) nicht vermeiden, dass die bekannten Belüfterkreisel, soweit sie von    geschlossener     Bauweise sind (z.B. die    BSK-Turbine ),    zeitweise Luft ansaugen, was die Förderung von Flüssigkeit schlagartig unterbindet.

  Bei  offenen  Belüfterkreiseln (z.B. bei gewissen  Simplex - und    Boltom > )    fällt diese Erscheinung naturgemäss weniger ins Gewicht, doch ist die Förderleistung bei solchen offenen Belüfterkreiseln erheblich geringer als bei geschlossenen Belüfterkreiseln.



   Die Erfindung bezweckt nun eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die erwähnten Nachteile weitgehend vermeidet.



   Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrundegelegt, das Förder- und Belüftungsorgan derart auszubilden, dass beim Betrieb der Flüssigkeitsspiegel, abgesehen von einer eventuellen und im wesentlichen konstant bleibenden Bildung eines einzigen Oberflächenwirbels, nicht gekräuselt wird und dass die Bildung von Flüssigkeitsstaub unterbleibt, wobei zugleich die Förderleistung und die Belüftungsleistung konstant und optimal bleiben soll.



   Zur Lösung dieser Aufgabe ist die vorgeschlagene Einrichtung erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass das Förder- und Belüftungsorgan ein in die zu belüftende Flüssigkeit eingetauchter, in einem feststehenden Mantel rotierender Propeller ist, in dessen Kanal im Bereich der Propellerebene mindestens eine Luftleitung mündet Die Anordnung ist in der Art einer    Kort-      Düse ,    die aus einem drehenden, mehrblätterigen Förderpropeller besteht, der von einem feststehenden Mantel umgeben ist. Solche Propeller mit    < (Kort-Düsen     sind aus dem Gebiet des Schiffsantriebes bekannt und zeichnen sich im Vergleich zu nicht ummantelten Propellern durch einen erheblich höheren Wirkungsgrad insofern aus, als deren Förderleistung bei gleicher Antriebsleistung grösser ist.

  Die Wirkung der erfindungsgemässen Einrichtung ist insofern von den bekannten Einrichtungen verschieden, als die Belüftung primär nicht dadurch geschieht, dass die Flüssigkeit in Tropfen oder turbulente Strahlen umgewandelt und diese mit der Umgebungsluft in Berührung gebracht werden, sondern dadurch, dass durch den beim Propeller im feststehenden Mantel im Bereich der   Propellerebene auftretenden Unterdruck aus der   Luftlei-      tUIlg    Luft mitgerissen wird, die dann feinblasig verteilt mit dem geförderten Flüssigkeitsstrom weiterfliesst.



   Zweckmässigerweise wird bei der vorgeschlagenen Einrichtung ein von oben nach unten fördernder Propel   ler    vorgesehen. Der Antrieb des Propellers kann dabei durch eine gleichachsige Antriebsmaschine z.B. einen Elektromotor erfolgen, die in einem schwimmfähigen Hohlkörper angeordnet ist, an dem der Mantel des Propellers aufgehängt ist. Diese Ausführungsform bietet zugleich den Vorteil, dass die Bezugslage des Propellers zum Flüssigkeitsspiegel unabhängig von der Höhe desselben stets dieselbe bleibt. Diese Ausführungsform bietet ausserdem den Vorteil, dass eine Tragkonstruktion für die Einrichtung hinfällig wird.



   Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.



  Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Axialschnitt durch eine erste Ausführungsform, und
Fig. 2 einen schematischen Axialschnitt durch den Propeller einer Ausführungsvariante.



   Bei der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung erkennt man einen schwimmfähigen Antriebsteil 1, einen ebenfalls schwimmfähigen Propellerteil 2 und einen diese beiden Teile miteinander verbindenden Lagerhals 3.



   Der Antriebsteil 1 besitzt ein im wesentlichen kugelförmiges und oben offenes Gehäuse 4, dessen obere öffnung 6 von einem Deckel 5 in der Art eines Kaminhutes überspannt ist. Im Innern des Gehäuses 4 ist ein vertikaler Getriebemotor 7, bestehend aus einem an einer Speiseleitung 10 angeschlossenen Elektromotor 8 und aus einem zweistufigen Getriebe 9, befestigt.



   Der Motor 8 besitzt eine sich nach unten erstreckende Hohlwelle 11, auf welcher ein Ritzel 12 aufgekeilt ist, das mit einem Zahnrad 13 auf einer Vorgelegewelle 14 kämmt. Auf der Vorgelegewelle 14 sitzt ein weiteres Ritzel 15, das mit einem Zahnrad 16 auf einer zweiten, die Hohlwelle 11 umschliessenden Hohlwelle 17 kämmt.



  Die Hohlwelle 11 ist in der Hohlwelle 17 drehbar gelagert und diese ist bei 19 und 20 in dem zum Lagerhals 3 gehörenden Lagerstutzen 18 drehbar gelagert. Der Motor 8 und das Getriebe sind in einem auf dem Boden 22 des Gehäuses 4 dicht aufgeschraubten Motorgehäuse 21 untergebracht.



   Der zylindrische Lagerstutzen 18 ist von einer Ummantelung 180 aus geschäumtem Kunststoff umgeben, deren Aussenform einen strömungsgünstigen Übergang zwischen dem Motorteil 1 und dem Eingang des   Proper    lerteils 2 gewährleistet.



   Das obere Ende 23 der auch als Luftleitung dienenden Hohlwelle 11 ist an den Druckstutzen 25 eines nur schematisch angegebenen Gebläses 24 angeschlossen, das die geförderte Luft aus der Öffnung 6 schöpft.



   Am unteren Ende der zweiten Hohlwelle 17 sind einige radial abstehende   Zerkleinerungsmesser    26 befestigt, die an ihrer Oberseite mit mehreren, vom Lagerstutzen 18 radial abstehenden Gegenmessern 27 zusammenwirken, an deren äusseren Spitzen das obere Ende des Mantels 31 des Propellerteils 2 befestigt ist. Dieser Mantel 31 besteht aus einer äusseren, nach aussen konvexen Wand 28 und einer inneren, den Verlauf des Mantelquerschnittes bestimmenden Wand 29. Der von der Wand 28 und der Wand 29 umschlossene Ringraum ist nach aussen abgedichtet, so dass der Mantel 31 ebenfalls als Schwimmkörper wirkt. Im vorliegenden Beispiel ist dieser Ringraum mit Schaumstoff 30 ausgefüllt.



   Am unteren Ende der Hohlwelle 11 ist eine hohle Propellernabe 32 befestigt, in der radial abstehende Propellerflügel 33 verankert sind. Der Hohlraum in der Propellernabe 32 steht obernends in Verbindung mit dem Hohlraum in der Hohlwelle 11 und damit mit dem Gebläse 24, während er unternends unmittelbar auf der Druckseite der Propellerflügel 33 in eine Auslassöffnung 35 ausmündet. Vom Hohlraum in der Propellernabe 32 gehen auch radiale Bohrungen 34 aus, die in den vom Mantel 31 umschlossenen Kanal 39 auf der Saugseite der Propellerflügel 33 münden.



   Auf der Aussenseite sowohl des Antriebsteils 1 wie auch des Propellerteils 2 sind Führungsbüchsen 37, 36 befestigt, mit welchen die ganze Einrichtung vertikal verschiebbar an einer ortsfest verankerten Führungssäule 38 geführt ist. Der Einfachheit halber ist hier nur eine Führungssäule. 38 dargestellt, doch versteht es sich, dass auch zwei Führungssäulen vorgesehen sein können, falls dies erwünscht ist um die Einrichtung gegen ein Ver schwenken um eine vertikale Achse zu sichern.



   Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung lässt sich wie folgt zusammenfassen. Solange der Antriebsmotor 7 nicht eingeschaltet ist, ist die Eintauchtiefe der schwimmenden Einrichtung so wie etwa durch den Flüssigkeitsspiegel 40 angegeben. Sobald der Motor 7 eingeschaltet wird, d.h. sobald der Propellerteil 2 von oben nach unten förderwirksam wird, entsteht als Reak tion eine Auftriebskraft, die die Einrichtung anhebt, d.h.



  deren Eintauchtiefe geringer werden lässt. Dies ist mit dem Flüssigkeitsspiegel 41 in der Fig. 1 angegeben. Es versteht sich, dass in Wirklichkeit die Flüssigkeitsspiegel 40 und 41 auf gleicher Höhe sind.   Die    in Fig. 1 gewählte Darstellung soll lediglich die Bezugslage der Einrichtung relativ zum Flüssigkeitsspiegel bei ausgeschaltetem bzw.



  eingeschaltetem Antrieb zeigen. Bei eingeschaltetem Antrieb wird der Propellerteil 2 von oben nach unten förderwirksam. Dabei saugt er von oben Flüssigkeit ein, die zunächst durch die in bezug aufeinander rotierenden Messer 26, 27 tritt. Dabei werden allfällige in der Flüssigkeit enthaltene Faserstoffe zerkleinert. Anschliessend erhöht sich die Durchflussgeschwindigkeit in dem sich verengenden Querschnitt des Kanals 39, wobei zugleich eine Druckverminderung eintritt. Dies   begün.   



  stigt den Austritt der vom Gebläse 24 zugeführten Luft durch die Bohrungen 34 und durch die Auslassöffnung 35 in der Propellernabe 32. Die Propellerflügel 33 erteilen der Flüssigkeit eine Beschleunigung und durch¯ mengen diese zugleich mit der zugeführten Luft. Das nach unten aus dem Kanal 39 ausgestossene Gemenge ist äusserst feinblasig und die Verweilzeit der Luftblasen in der Flüssigkeit ist beträchtlich, weil sie sich in einer nach unten gerichteten Strömung befinden.



   Auf dem Flüssigkeitsspiegel 41 wird sich mit der Zeit ein einzelner Wirbel 42 ausbilden, während der übrige Teil des Flüssigkeitsspiegels kaum gekräuselt sein wird.



  Flüssigkeitsstaub entsteht nicht, obwohl die Flüssigkeit einer intensiven Durchlüftung unterworfen ist. Im Gegensatz zu den bekannten vertikalachsigen Belüfterkreiseln entsteht bei der dargestellten Einrichtung, soweit sie in einem Becken eingebaut ist, eine Umwälzbewegung, die an der Beckensohle radial nach aussen, an der Beckenwand nach oben, und auf dem Flüssigkeitsspiegel spiralförmig nach innen verläuft.



   Es dürfte nach dem Gesagten klar sein, dass die beschriebene Einrichtung geradezu universell verwendbar  ist. Sie eignet sich sowohl zum Dauerbetrieb in reinen Belebungsbecken, als auch (bei kleineren Anlagen) zum intermittierenden Betrieb in kombinierten Belebungsund Nachklärbecken, bei denen der Flüssigkeitsspiegel abwechselnd ansteigt und fällt. Eine solche Betriebsweise ist z.B. in der Schweizer Patentschrift 468 939 beschrieben. Die beschriebene Einrichtung eignet sich aber auch zur Belüftung von offenen Gewässern.



   In Fig. 2 ist in der Hauptsache der Propellerteil 2 einer Ausführungsvariante dargestellt, wobei für die funktionell gleichen Teile dieselben Bezugsziffern gewählt sind, wie in Fig. 1.



   Die Propellerflügel 33 sind hier an einer massiven Welle 43 verankert, die im Lagerstutzen 18 gelagert, direkt zu der nicht dargestellten und im oberen Schwimmgehäuse angeordneten Antriebsmaschine führt.



   Eingangsseitig zum Mantel 31 sind hier keine   Zerklei    nerungsmesser vorgesehen. Der Mantel 31 ist vielmehr mit einem mehrarmigen Tragstern 50 am Lagerstutzen 18 befestigt.



   Der Kanal 39 besitzt hier im Längsschnitt ein asymmetrisches Profil mit einem diffusorartig geformten Auslassende, während die Propellerflügel 33 wiederum an der engsten Stelle des Kanals 39 angeordnet sind. Die Luft wird hier von einer separaten Luftleitung 44 zugeführt, die eingangsseitig über z.B. eine flexible Leitung 48 an eine Druckluftquelle 49, z.B. an ein Gebläse oder an einen Kompressor angeschlossen ist, die mehrere Einrichtungen speisen kann. Ausgangsseitig führt die Leitung 44 in den Mantel 31 hinein und mündet dort in eine Ringleitung 45, von welcher mehrere Verteilleitungen 46 ausgehen, die in den Kanal 39 etwa an dessen engster Stelle münden.



   An der unteren Umfangskante des Mantels 31 sind hier Füsse 47 befestigt, die dazu dienen, den Auslass des Mantels 31 selbst dann freizulassen, wenn der Flüssig keitsspiegel in einem Becken mit ebenem Boden soweit absinkt, dass die Einrichtung auf den Beckenboden zu stehen kommt. Die Wirkungsweise der Einrichtung gemäss Fig. 2 ist im wesentlichen dieselbe wie diejenige der Fig. 1. Der einzige Unterschied liegt darin, dass saugseitig keine Zerkleinerung erfolgt und dass die Luft radial nach innen dem Flüssigkeitsstrom im Kanal 39 zugeführt wird. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Einrichtung zum Belüften von Flüssigkeit, insbesondere von zu klärenden Abwässern, mit einem vertikalach- sigen, angetriebenen Förder- und Belüftungsorgan für die zu belüftende Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass das Förder- und Belüftungsorgan ein in die zu belüftende Flüssigkeit eingetauchter, in einem feststehenden Mantel rotierender Propeller ist, in dessen Kanal im Bereich der Propellerebene mindestens eine Luftleitung mündet.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderrichtung des Propellers von oben nach unten verläuft.

   2. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Propeller an eine Antriebseinheit gekoppelt ist, wobei sowohl der Propeller als auch die Antriebseinheit unter der Wirkung der Auftriebskraft wenigstens eines Schwimmkörpers stehen und vertikal verschiebbar geführt sind.

   3. Einrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit oberhalb des Propellers und innerhalb eines schwimmfähigen Gehäuses angeordnet ist.

   4. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal des Propellers im Bereich der Propellerebene den kleinsten Durchflussquerschnitt aufweist.

   5. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleitung eingangsseitig an eine Druckluftquelle angeschlossen ist.

   6. Einrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel des Propellers als ringförmiger Schwimmkörper ausgebildet ist.

   7. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Propellerwelle eine als Luftleitung dienende Hohlwelle ist, die eingangsseitig an eine Druckluftquelle angeschlossen ist und in der Propellernabe in den Kanal mündet.

   8. Einrichtung nach den Unteransprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Aussen- und der Innenwand des Mantels eine an eine Druckluftquelle angeschlossene Ringleitung vorgesehen ist, von welcher Luftleitungen ausgehen, die im Bereich des engsten Durchflussquerschnittes in den Kanal einmünden.

   9. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass dem Propeller ein gleichachsig drehende Messer aufweisender Zerkleinerer vorgeschaltet ist.

   10. Einrichtung nach den Unteransprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenform sowohl des schwimmfähigen Gehäuses als auch des ringförmigen Schwimmkörpers im wesentlichen kugelig ist.