DE102009006576A1

DE102009006576A1 - Belüfter

Info

Publication number: DE102009006576A1
Application number: DE200910006576
Authority: DE
Inventors: Reinhart Von Nordenskjoeld
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2010-08-05
Also published as: WO2010086423A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Begasungsvorrichtung zum Eintragen von Gas in Flüssigkeiten, insbesondere von Druckluft in Abwässer, mit mindestens einer langgestreckten Belüftereinheit (10), an deren Stirnseite das Gas einleitbar ist und an deren Außenumfang das Gas in die Flüssigkeit austreten kann. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Belüftereinheit (10) von einem umschließenden Rahmen (12) gehalten ist, der am Ort einer Anschlussstelle der Belüftereinheit am Rahmen einen hohlen Anschlussraum (18) zur Durchleitung des zuzuführenden Gases durch den Rahmen in die Belüftereinheit aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Begasungsvorrichtung zum Eintragen von Gas in Flüssigkeiten, insbesondere von Druckluft in Abwässer.
Beim Begasen von Abwässern in Kläranlagen wird Luftsauerstoff in das Abwasser mittels einer geeigneten Begasungsvorrichtung eingebracht. Der technische Aufwand zum Halten des Belüfters sowie zur Luftzufuhr sollte minimal sein, wobei die gesamte Begasungsvorrichtung einfach zu installieren und im Betrieb leicht zu warten und gegebenenfalls zu reparieren sein sollte. Der Betrieb einer Kläranlage stellt auch hohe Anforderungen an die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Begasungsvorrichtung gegen ein Versagen, denn wenn z. B. in einer Kläranlage die Belüfter beispielsweise aufgrund eines Verstopfens ausfallen und nicht schnellstens repariert werden, tritt Sauerstoffmangel ein, die Bakterien sterben und es kann Wochen dauern, bis diese wieder heranwachsen.
Im Stand der Technik sind sog. Membranbelüfter bekannt, bei denen ein Tragkörper mit einer perforierten Membran umspannt ist, wobei das in das Fluid einzubringende Gas in den Belüfter zwischen Tragkörper und Membran eingeführt wird und das Gas dann an der perforierten Membran in das Fluid austritt. Der Tragkörper dient neben dem Halten der Membran auch gleichzeitig zum Beschweren des Belüfters, sodass der Belüfter vorteilhaft in den Bodenbereich des Abwasser-Beckens sinkt, damit das austretende Gas eine möglichst lange Verweilzeit im Abwasser hat. Da sich die Membran beim Einleiten von Gas in den Belüfter leicht aufblähen kann und die so zwischen Tragkörper und Membran gebildete Luftblase den Auftrieb des Belüfters erhöht, hängt der Auftrieb des Belüfters ganz wesentlich von dem die Begasungsvorrichtung beaufschlagenden Gasdruck ab. Dem Auftrieb allein durch das Tragkörpergewicht entgegen zu wirken, ist schon aus Gründen des Bauaufwandes und der Handhabung nicht sinnvoll. Das Gewicht des Belüfters sollte auch deswegen nicht zu groß sein, da bei Montagen und Reparaturen – was in der Regel bei laufendem Betrieb, bzw. vollem Becken geschieht – große Gewichte sehr hinderlich sind.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine wirtschaftliche Begasungsvorrichtung vorzusehen, die einfach zu installieren ist, im Betrieb leicht gewartet bzw. repariert werden kann, und die eine robuste Einrichtung darstellt, um Beschädigungen aufgrund des rauen Betriebs in einer Kläranlage gut widerstehen zu können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Begasungsvorrichtung gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Kerngedanke der Erfindung ist es, die Belüftereinheit von einem umschließenden Rahmen zu halten, mit dem die Belüftereinheit vor einer Beschädigung geschützt und vor einem Verstopfen durch Absetzen von Partikeln oder durch Kontaktieren des Bodens weitgehend bewahrt wird. Mittels des Rahmens ist ferner gewährleistet, dass ein seitliches Aneinanderstoßen von separaten Belüftereinheiten unterbunden ist. Da die Membranen z. T. nur 0.1 mm dick sind, sind sie mechanisch sehr empfindlich, sodass ein Zusammenstoß zweier Belüfter häufig zur Zerstörung der Membranen führt.
Die mindestens eine Belüftereinheit ist an dem Rahmen angeschlossen, der hierzu einen hohlen Anschlussraum zum Durchleiten des zuzuführenden Gases durch den Rahmen in die Belüftereinheit aufweist. In dem Rahmen können mehrere Belüftereinheiten zusammengefasst sein, die durch den hohlen Anschlussraum des Rahmens angeschlossen sind. Der Abstand der Belüftereinheiten zueinander ist dabei so zu wählen, dass Fluidströmungen und Fluidverwirbelungen nicht dazu führen, dass kleine Blasen zu größeren Blasen verwirbelt werden. Die erfindungsgemäße Art des Zusammenschlusses der Belüftereinheiten in einem Rahmen berücksichtigt, dass nur wenig Einzelteile zum Aufbau einer Einheit von Nöten sind. Eine modulare Bauweise ermöglicht den Einsatz einer geringen Anzahl von Typenteilen.
Die Anordnung der Belüftereinheiten in dem Rahmen führt überdies zur Generierung einer möglichst laminaren Zuströmung vom Boden her, wobei die von unten nach oben steigende laminare Strömung auch oberhalb der Belüftereinheiten erhalten bleibt. Dies wiederum unterbindet ein Zusammenlaufen von kleinen Blasen zu größeren, was bei Turbulenzströmungen in unvorteilhafter Weise gefördert würde. Die nach oben steigende laminare Strömung ruft überdies eine vorteilhafte Wasserführung an den Belüftern hervor, mit der eine Schlammabhebung vom Boden unterstützt wird.
Sind mehrere Belüftereinheiten als eine Art Batterie in einer Begasungsvorrichtung vorgesehen, weist der Rahmen in vorteilhafter Weise ein Hohlprofil mit einem einzelnen Anschlussraum für mehrere zueinander parallel am Rahmen anzuordnende Belüftereinheiten auf. Sind mehrere dieser Anschlussstellen an dem Hohlprofil vorgesehen, kann der Abstand zweier Belüftereinheiten zueinander auch durch Weglassen einer dazwischen liegenden optionalen Belüftereinheit vergrößert werden. Die dazwischen liegende ”freie” Anschlussstelle für die optionale Belüftereinheit wird dann beispielsweise mittels Schraubverschluss oder Verschlussstopfen gesperrt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass im Falle mehrerer Belüftereinheiten diese zwischen zwei parallel gegenüber liegenden Hohlprofilen eingespannt sind. Dabei bilden die Hohlprofile einen Teil des die Belüftereinheiten umschließenden Rahmens. Es ist zu beachten, dass bei einer Anordnung mit zwei gegenüberliegenden Hohlprofilen nicht beide mit Luft beaufschlagt werden müssen, um die Gas/Lufteinleitung in die Belüftereinheit(en) zu vollziehen. Die nicht mit einer Luftzufuhr beaufschlagte Seite kann dann als einfaches offenes Rechteckrohr zur Aufnahme der Belüfterrohrenden fungieren, was sich gewichtseinsparend und auftriebsmindernd auswirkt.
Zum Schließen des Rahmens zwischen den besagten beiden Hohlprofilen sind in vorteilhafter Weise Seitenwangen vorgesehen, die dann mit den gegenüberliegenden Hohlprofilen den umschließenden Rahmen bilden. Hierbei ist es vorteilhaft, eine lösbare Verbindung zwischen jeweils einerseits dem Hohlprofil und andererseits der Seitenwange vorzusehen, so dass der Rahmen leicht montiert und demontiert werden kann. In vorteilhafter Weise ist hier eine Steck-Schraubverbindung realisiert, mittels der die Seitenwange an ihrem Ende auf das Ende des Hohlprofils aufgesteckt und dann beispielsweise mittels einer Hutmutter am Steck-Schraubbolzen festgelegt wird. Der Schraubbolzen kann am Hohlprofil angeschweißt sein. Eine solche Steck-Schraubverbindung hat den Vorteil, die beidseitigen Seitenwangen auf einfache Weise auswechseln zu können, wobei gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform verschiedene, massive Seitenwangen mit unterschiedlicher Gewichtskraft oder auch mehrere dünne Seitenwangen an den Hohlprofilen festlegbar sind, so dass der Auftrieb der Begasungsvorrichtung durch die Wahl einer geeignet schweren Seitenwange bzw. die Anzahl der Seitenwangen eingestellt werden kann. Mit anderen Worten ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, verschieden schwere Seitenwangen zum Austausch bzw. mehrere gleiche Seitenwangen zum Zusammenschließen bereit zu stellen, um die Tiefenlage der Belüftereinheit in Antwort auf eine unterschiedliche Einblasmenge und einen unterschiedlichen Auftrieb der Belüftereinheit regulieren zu können. Dünnere Seitenwangen können zur Verbesserung ihre Steifigkeit profiliert sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Seitenwangen so dimensioniert, dass selbst bei einem Absetzten des Rahmens der Begasungsvorrichtung auf den Boden die im Rahmen aufgespannten Belüftereinheiten den Boden nicht berühren. Mit anderen Worten bilden die Seitenwangen dann die Standfüße der Begasungsvorrichtung und halten die Belüftereinheiten in einem geeigneten Abstand zum Boden. Durch das Verhindern eines Kontaktieren der Belüftereinheiten mit den Boden vom beispielsweise dem Abwasserbecken wird die Gefahr eines Zusetzen der Belüfter-Membran durch am Boden befindliche Partikel minimiert. Nichtsdestotrotz ist eine Weiterbelüftung einer am Boden stehenden Belüftereinheit zuverlässig gewährleistet.
Das Zusetzen der Belüftereinheit/en wird ferner gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform dadurch reduziert, dass Mittel vorgesehen sind, mit denen der Rahmen um eine in der Ebene des Rahmens liegende Achse verschwenk bar gehalten ist. Da das einzubringende Gas immer an der Oberseite der Belüftereinheit austritt, kann durch Verschwenken des Rahmens die Austrittsfläche an der Belüftereinheit geändert werden. Wird der Rahmen demnach um 180° verschwenkt, bildet die vormalige Unterseite der Belüftereinheit nun die neue Oberseite, an der das Gas austritt. Ein solcher Wechsel der Belüftungsseite durch Verschwenken des Rahmens kann manuell oder mittels Antrieb vorgesehen sein. Das Verschwenken kann auch automatisiert sein, derart, dass nach Ablauf fester zeitlicher Perioden ein Verschwenken des Rahmens mittels des Antriebs ausgeführt wird. Schließlich ist ein sich selbst vollziehender automatischer Lagewechsel des Rahmens durch Steuerung der Einblasung möglich, sodass in diesem Fall auf einen besonderen Antrieb verzichtet werden kann. Zum Drehen wird der Belüfter angehoben da er sonst nicht genügend Freiraum für die Drehbewegung hätte. Beim Drehen werden die sich gerade „oben” befindlichen Belüfter stark mit Luft beaufschlagt, was zu einer Selbstreinigung führt.
In vorteilhafter Weise umfasst eine Belüftereinheit einen Tragkörper mit einer diesen umspannenden Membran, wobei die Gaszufuhr zwischen Tragkörper und Membran erfolgt. Der Tragkörper wird am Hohlprofil des Belüfter-Rahmens angeschlossen und er weist vom Anschlussraum wegführend eine Leitung auf, durch die das Gas zwischen Tragkörper und Membran zuströmt und dann durch die Membran gleichmäßig austritt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Tragkörper der Membran ein Rohrkörper, der an seiner Oberfläche eine Einkerbung aufweist, entlang der das am Rohrkörper eingeleitete Gas vom Anfang des Rohrkörpers bis zu seinem Ende strömen kann. Die den Rohrkörper umspannende Membran wird durch das einströmende Gas erst dann aufgebläht, wenn das Gas das Ende des Rohrkörpers erreicht hat und nachfolgend der Gasdruck in der Einkerbung ansteigt. Von Vorteil ist überdies, wenn die oberhalb der Einkerbung befindliche Membran an dieser Stelle keine Perforierung für einen Gasaustritt aufweist. Beim Abschalten der Luftzufuhr legt sich die Membran dann sofort an dieser unperforierten Stelle auf das Tragrohr oberhalb der Einkerbung – beziehungsweise sie wird durch den Außendruck hierauf gedrückt, sodass rückschlagklappenartig das Entweichen der Luft verhindert wird und somit weder Schlamm noch Abwasser unter die Membran gelangen kann, was ansonsten zu Verstopfungen führen könnte. Den gleichen Rückschlagklappeneffekt erzielt man, wenn man oberhalb der Lufteintrittsstelle zum Membranraum die Perforierung weglässt.
Durch entsprechende Gestaltung der Seitenwangen kann durch diese auch eine strömungsstabilisierende Wirkung erzielt werden.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen
1 die erfindungsgemäße Begasungsvorrichtung in Draufsicht mit teilweisem geschnittenen Querschnitt;
2 den Tragkörper der Belüftereinheit mit Anschlussraum an einem Hohlprofil zeigt;
3 ein Hohlprofil in teilweisem Schnitt, und
4 eine Ausführungsform mit verschwenkbarem Rahmen zeigt.
1 zeigt die erfindungsgemäße Begasungsvorrichtung in einer Draufsicht mit insgesamt vier parallel zueinander angeordneten Belüftereinheiten 10. Die in der Figur linksseitig gezeigten beiden Belüftereinheiten 10 werden von einem oberen Hohlprofil 16 mit Gas versorgt, wohingegen die zwei rechtsseitigen Belüftereinheiten 10 durch das untere Hohlprofil 16 mit Gas versorgt werden. Zum Überführen des Gases durch die Hohlräume sind an den jeweiligen Anschlussstellen der Belüftereinheiten Tragkörper 14 vorgesehen (siehe Detail 2), mit denen das Gas aus dem Hohlprofil 16 durch eine Leitung des Tragkörpers zwischen Tragkörper und Membran weitergeführt wird. Die in 1 in ihrer Draufsicht gezeigte Begasungsvorrichtung wird von oberhalb der Zeichnungsebene mit an den Hohlprofilen 16 an Schlauchtüllen (siehe Detail 3) angeschlossenen Gasleitungen mit Gas beaufschlagt. Die erfindungsgemäße Art des Zusammenschlusses der Belüftereinheiten in einem Rahmen berücksichtigt, dass nur wenig Einzelteile zum Aufbau einer Einheit von Nöten sind – im vorliegenden gezeigten Fall sind dies acht Einzelteile. Eine modulare Bauweise ermöglicht den Einsatz einer geringen Anzahl von Typenteilen – hier drei Typenteile.
Die Hohlprofile 16 bilden mit den beidseitig an den Profilen angeordneten Seitenwangen 20 einen die Belüftereinheiten 10 umschließenden Rahmen 12. Die Seitenwangen sind mit einer Steck-Schraubverbindung festgelegt, wobei an den jeweiligen Enden des Hohlprofils 16 ein nach außen abragender Schraubbolzen vorgesehen ist, auf den die Seitenwangen 20 jeweils aufsteckbar sind und nachfolgend mit einer Hutmutter durch Verschrauben festgelegt werden.
Die Seitenwangen sind massiv und bestehen vorteilhaft aus Metall. Durch die Dimensionierung der Seitenwangen kann das Gewicht der Begasungsvorrichtung so geeignet gewählt werden, dass der Auftrieb der Begasungsvorrichtung geeignet kompensiert bzw. einreguliert wird. Ein Auswechseln der Seitenwange ist dabei durch die schnelle Steck-Schraubverbindung gut möglich. Der die Belüftereinheit(en) umschließende Rahmen bildet einen optimalen Schutz vor einem Zusammenstoßen mit den Belüftreinheit(en) einer benachbarten Begasungsvorrichtung. Ein Zusammentreffen zweier Begasungsvorrichtungen kann insofern dadurch passieren, dass die Begasungsvorrichtungen durch das an den Belüftereinheiten austretende Gas in Wanderbewegungen versetzt werden.
2 zeigt das Detail eines Tragkörpers 14 für die Gas-Anschlussstelle eines Hohlprofils 16 (in 2 nicht gezeigt). Der Tragkörper 14 ist gemäß Darstellung in 2 rechtsseitig am Anschlussraum 18 an einem Hohlprofil angeschlossen, so dass das Gas durch die Rohrleitung vom Anschlussraum 18 an den zylindrischen Außenumfang des Tragkörpers 14 geführt wird. Um den Tragkörper 14 ist an dessen Außenumfang die Membran (hier nicht gezeigt) gehalten, so dass das am Außenumfang des Tragkörpers 14 austretende Gas zwischen Tragkörper und Membran zuströmt und durch die Membran vergleichmäßigt austritt. Soll die Belüftereinheit 10 von beiden Seiten mit Gas versorgt werden, wäre an beiden Seiten ein Tragkörper vorzusehen. Demgegenüber weist im Normalfall eine einzelne Belüftereinheit eine einzelne Anschlussvorrichtung zum Zuführen von Gas auf, so dass auch an dem diesbezüglichen Hohlprofil pro Belüftereinheit ein Anschlussraum zum Durchführen des Gases durch den Tragkörper nur an eben diesem Anschlussraum 18 vorzusehen ist. Wie das in 1 gezeigt ist weist in Entsprechung hiervon das obere Hohlprofil 16 zwei linksseitige Anschlussstellen für zwei Belüftereinheiten auf und auch der hohle Anschlussraum für die Belüftereinheiten liegt nur linksseitig vor, wohingegen die rechtsseitigen Belüftereinheiten in dem oberen Hohlprofil lediglich eingesteckt sind und hier keinerlei Abdichtungsvorrichtung zum Verhindern eines Gasaustrittes vorgesehen sein muss.
3 zeigt das erfindungsgemäße Hohlprofil 16 mit rechtsseitiger Schnittansicht. An der nach oben abragenden Schlauchtülle ist der Gaszufuhrschlauch (nicht gezeigt) festgelegt, so dass die in das Abwasser herabhängende Begasungsvorrichtung mit Gas versorgt werden kann. In der rechtsseitigen Schnittansicht sind zwei Anschlussräume 18 zum Anschließen zweier Belüftereinheiten 10 aufgezeigt. An den jeweiligen Enden des Hohlprofils 16 sind die Steck-Schraubbolzen zum Festlegen der Seitenwangen deutlich gezeigt. In der gezeigten Darstellung ist zu ersehen, dass im Falle einer Bodenkontaktierung des Rahmens, die Belüftereinheiten selbst den Boden nicht berühren.
Anstelle einer vier Belüftereinheiten 10 umfassenden Begasungsvorrichtung kann diese auch mehr oder weniger Belüftereinheiten umfassen. Sollten mehrere Belüftereinheiten vorgesehen werden, ist die Länge eines Hohlprofils dementsprechend mit Vorsehung weiterer Anschlussräume zu dimensionieren.
4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit verschwenkbarem Rahmen. Zu diesem Zweck sind die Schlauchtüllen des Hohlprofils seitlich nach außen gerichtet angeordnet und mit einem Drehgelenk versehen.
Hierbei ist zu beachten, dass eine Luftzufuhr nicht in beide Hohlprofile erfolgen muss. Wird die Luftbeaufschlagung von nur einer Seite an einem einzelnen Hohlprofil vollzogen, ist an der unbeaufschlagten Seite lediglich ein Drehgelenk vorzusehen.

10: Belüftereinheit
12: umschließender Rahmen
14: Tragkörper für Gas-Anschlussstelle
16: Hohlprofil
18: Anschlussraum
20: Seitenwange

Claims

Begasungsvorrichtung zum Eintragen von Gas in Flüssigkeiten, insbesondere von Druckluft in Abwässer, mit mindestens einer langgestreckten Belüftereinheit (10), an deren Stirnseite das Gas einleitbar ist und an deren Außenumfang das Gas in die Flüssigkeit austreten kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Belüftereinheit/en (10) von einem diese Einheit/en umschließenden Rahmen (12) gehalten ist/sind, der am Ort einer Anschlussstelle der Belüftereinheit (10) am Rahmen einen hohlen Anschlussraum (18) zur Durchleitung des zuzuführenden Gases durch den Rahmen (12) in die Belüftereinheit (10) aufweist.
Begasungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (12) mindestens ein Hohlprofil (16) mit einem einzelnen Anschlussraum (18) für mehrere zueinander parallel am Rahmen anzuordnende Belüftereinheiten (10) umfasst, wobei das Hohlprofil (16) Mittel zum Anschließen einer Gas-Zuführleitung hat.
Begasungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Belüftereinheiten (10) zwischen zwei parallel zueinander gegenüberliegenden Hohlprofilen (16) aufgespannt sind.
Begasungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei gegenüberliegenden Hohlprofile (16) an den jeweiligen Enden lösbare Befestigungsmittel aufweisen, an denen senkrecht zu den Hohlprofilen anzuordnende Seitenwangen (20) festlegbar sind, sodass die beiden Hohlprofile (16) bei daran festgelegten zwei Seitenwangen (20) einen rechteckigen, den die Belüftereinheiten (10) umschließenden besagten Rahmen bilden.
Begasungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei senkrecht zu den Hohlprofilen (16) festlegbaren Seitenwangen (20) massive Trägerelemente sind, deren Gewichtskraft größer als die Auftriebskraft der Begasungsvorrichtung ist.
Begasungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei senkrecht zu den Hohlprofilen (16) festlegbaren Seitenwangen (20) in ihrer Größe so dimensioniert sind, dass die in einer Ebene liegenden Belüftereinheiten (10) nicht über den Außenrand der Seitenwangen (20) abragen.
Begasungsvorrichtung nach einem vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, mit denen der Rahmen (12) an der/den Gas-Zufuhrleitungen um eine in der Ebene des Rahmens liegende Achse um mindestens 180° verschwenkbar ist.
Begasungsvorrichtung nach einem vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Belüftereinheit (10) einen Tragkörper (14) mit einer diesen umspannenden Membran hat, wobei die Gaszufuhr zwischen Tragkörper und Membran erfolgt.
Begasungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (14) eine Gasleitung umfasst, mittels der an seiner Stirnseite achsnah eintretendes Gas an die Außenfläche des Tragkörpers (14) geleitet wird, sodass das Gas zwischen Tragkörper und Membran zuströmt und durch die Membran gleichmäßig austritt.
Begasungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Stecken der Seitenwangen an die Hohlprofile vorgesehen sind.