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Vorrichtung zum Belüften von Wasser Die Erfindung bezieht sich auf
eine Vorrichtung zum Belüften von Wasser mittels einer Wasserstrahlpumpe, deren
Mischrohr in die Bodennähe des gefüllten Wasserbehälters reicht.
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Bei der Reinigung, beispielsweise bei der Enteisung von Wasser oder
bei der Klärung von Abwässern, spielt die Belüftung und Umwälzung des Wassers eine
ausschlaggebende Rolle. Bei den bekannten Einrichtungen hierfür sind für Belüftung
und Umwälzung meist eigene maschinelle Einrichtungen erforderlich, und zwar für
die Belüftung Gebläse oder Zerstäubungsanlagen, für die Umwälzung Rührwerke usf.
Für die Belüftung wurden zwar auch Verfahren entwickelt, nach welchen Wasser durch
Düsen in feinverteilten Strahlen unter die Oberfläche des in einem Becken befindlichen,
zu reinigenden Wassers eingeschossen wird. Diese feinverteilten Wasserstrahlen reißen
bei ihrem Weg durch die Luft beträchtliche Luftmengen unter die Wasseroberfläche
mit, wodurch eine Belüftung des Beckeninhaltes erfolgt. Durch entsprechende Formgebung
des Beckens kann durch die Energie der feinen Wasserstrahlen außerdem eine Umwälzung
des Beckeninhaltes in beschränktem Ausmaß erzielt werden. Die mitgerissene Luft
gelangt hierbei jedoch nicht bis auf den Beckengrund, sondern steigt verhältnismäßig
rasch wieder zur Oberfläche auf, so daß die Kontaktzeit zwischen der eingeschossenen
Luft und dem Wasser verhältnismäßig kurz ist. Die Kontaktzeit spielt jedoch bei
der Belüftung im Wasserreinigungsverfahren eine ausschlaggebende Rolle, ebenso wie
die möglichst gleichmäßige Belüftung. Die Belüftung ist um so wirksamer, je länger
die Berührungszeit zwischen Luftblasen und dem zu reinigenden Wasser ist. Mit diesen
bekannten Verfahren könnte daher einerseits wegen der unvollkommenen Belüftung und
anderseits wegen der unvollkommenen Umwälzung des Wassers kein befriedigender Erfolg
erzielt werden. Dasselbe gilt für bekannte Belüftungseinrichtungen, bei welchen
eine Flüssigkeitsstrahlpumpe an der Seitenwand des Behälters, in Bodennähe desselben,
angebracht ist. Bei dieser Konstruktion tritt zusätzlich noch der Nachteil auf,
daß die sich am Boden des Behälters abscheidenden Verunreinigungen des Wassers durch
den seitlich gerichteten Strahl stets wieder aufgerührt werden.
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Die Erfindung zielt nun darauf ab, diese Nachteile zu beseitigen,
und die erfindungsgemäße Einrichtung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet,
daß die Strahldüse der Flüssigkeitsstrahlpumpe oberhalb und die Fangdüse des Mischrohres
unterhalb des Wasserspiegels vorgesehen ist. Durch die erfindungsgemäße Anordnung
von Strahldüse und Fangdüse wird eine geregelte Belüftung und Umwälzung zur Reinigung
der Flüssigkeit ermöglicht, welche so gelenkt werden kann, daß alle Bereiche des
Beckens von der Umwälzung erfaßt werden, so daß die reinigende Wirkung sich auf
den ganzen Beckeninhalt erstreckt.
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Durch die Energie der aus der Strahldüse strömenden Flüssigkeit wird
eine für die Belüftung hinreichende Luftmenge mitgerissen, und die Anordnung der
Fangdüse unterhalb des Niveaus der Flüssigkeit bewirkt ein Einsaugen der Flüssigkeit
aus dem oberen Bereich des Beckens in diese Fangdüse und eine Förderung derselben
nach unten, wobei auch durch diese in die Fangdüse eingesogene Flüssigkeit weitere
Luftmengen mitgerissen werden.
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Vorzugsweise ist gemäß der Erfindung die Anordnung so getroffen,
daß die Wandungen des Mischrohres in seinem oberen Teil parallel und in seinem unteren
Teil erweiternd verlaufen und in an sich bekannter Weise in zur Beckenwandung gerichtete
Verteileröffnungen auslaufen, so daß der zwischen Mischrohr und Beckenwandung liegende
Bereich des Bekkens gleichmäßig belüftet und umgewälzt wird.
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Zweckmäßig leiten hierbei die Verteileröffnungen das durch das Mischrohr
zugeführte Wasser-Luft-Gemisch etwa in die Mitte zwischen Mischrohr und Beckenwandung.
Das aus den Verteileröffnungen austretende Wasser-Luft-Gemisch leitet dann eine
Umwälzströmung der Flüssigkeit im Becken ein, welche etwa in der Mitte zwischen
dem Mischrohr und der Beckenwandung aufwärts gerichtet ist, und diese eingeleitete
Umwälzungsströmung wird noch durch die nach aufwärts steigenden Luftblasen begünstigt.
Es
bilden sich bei einer solchen Ausbildung zwei Flüssigkeitswalzen
aus, und zwar eine zwischen dem Mischrohr und der Zone, in welcher die Luftblasen
aufsteigen, und eine zweite zwischen dieser Zone und der Beckenwandung. Bei dieser
doppelten Umwälzbewegung gelangen alle Teile des Beckeninhaltes in Kontakt mit den
aufsteigenden Luftblasen und werden gründlich belüftet. Günstig ist hierbei eine
Anordnung von Strahldüse und Fangdüse mittig zum Becken, wobei die Verteileröffnungen
ringförmig um die Strahlachse herum angeordnet sind. In diesem Falle bildet sich
die aufwärts gerichtete Strömung in einer die Strahlachse umgebenden Ringzone aus,
in welcher die Luftblasen aufwärts perlen. Im inneren Ringraum zwischen Mischrohr
und dieser belüfteten Ringzone sowie im äußeren Ringraum zwischen dieser belüfteten
Ringzone und der Beckenwandung bilden sich unter der Wirkung dieser aufwärts gerichteten
Strömung die Flüssigkeitswalzen aus, in welchen alle Teile des Beckeninhaltes innerhalb
einer verhältnismäßig kurzen Zeitspanne der belüfteten Ringzone zugeführt werden,
so daß bei energischer Umwälzung der Flüssigkeit eine innige Belüftung des gesamten
Beckeninhaltes gewährleistet ist.
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Am Boden des Beckens kann eine Schlammgrube mit einem Schlammablaß
angeordnet sein, zu welcher der Boden schräg, zweckmäßig trichterförmig verläuft.
Durch die Verteileröffnungen wird die Strömung der durch die Flüssigkeitsstrahlpumpe
angesaugten Flüssigkeit aus der Strahlachse umgelenkt, so daß in der Strahlachse
unterhalb der Verteileröffnungen daher die Flüssigkeit in Ruhe bzw. am wenigsten
in Bewegung ist. Es erscheint daher zweckmäßig, diese Schlammgrube etwa in der Strahlachse,
das ist in der ruhigsten Zone des Beckens, anzuordnen.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles
erläutert. Die Zeichnung stellt einen Vertikalschnitt durch ein Becken zur Reinigung
von Wasser dar.
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Das zu reinigende Wasser befindet sich in einem Becken 1, in welchem
das Niveau 2 durch eine obere laufkante 3 konstant gehalten wird. Das Becken ist
in der Draufsicht kreisrund ausgebildet. In der Mitte des Beckens ist eine von einer
Strahldüse4 und einer Fangdüse 5 gebildete Wasserstrahlpumpe senkrecht angeordnet.
Die Strahldüse 4 befindet sich oberhalb des Wasserniveaus2, und die Fangdüse 5 befindet
sich unterhalb des Niveaus 2. An die Fangdüse 5 ist ein Mischrohr 6 mit einer diffusorartigen
Erweiterung 7 angeschlossen, wobei das gesamte Mischrohr 6,7 Leitflächen bildet,
welche bis in den unteren Bereich des Beckens 1 führen. An die diffusorartige Erweiterung
7 des Mischrohres 6 ist ein Leitapparat 8 mit einer ringförmigen Verteileröffnung
9 angeschlossen.
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Das durch die Strahldüse 4 zugeführte Wasser tritt in die Fangdüse
5 ein. Durch das in die Fangdüse 5 eingespritzte Wasser wird eine Injektorwirkung
ausgeübt, durch welche Wasser aus dem Becken 1 von oben in die Fangdüse eingesaugt
wird. Durch den aus der Strahldüse 4 austretenden Wasserstrahl und durch das aus
dem Becken 1 in die Fangdüse mitgerissene Wasser, und zwar insbesondere durch den
aus der Düse 4 austretenden Strahl wird Luft mitgerissen, so daß nun durch das Mischrohr6,
7 ein Wasser-Luft-Gemisch unter der Wirkung des aus der Strahldüse 4 austretenden
Strahles nach unten strömt. Im Leitapparat 8 wird diese Strömung umgelenkt, und
das
Wasser-Luft-Gemisch tritt aus der ringförmigen Verteileröffnung 9 des Leitapparates
im unteren Bereich des Beckens aus.
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Hinter der Verteileröffnung 9 scheidet sich die Luft aus dem Wasser-Luft-Gemisch
in Form von feinverteilten Luftblasen aus und perlt in einer die Form eines parabolischen
Mantels aufweisenden Ringzone 10 aufwärts, welche sich zwischen dem Mischrohr 6,
7 einerseits und der Beckenwandung 11 anderseits erstreckt.
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Durch diese Ringzone 10 wird nun der Wasserraum im Becken 1 in zwei
Ringräume geteilt, und zwar in einen inneren Ringraum 12 und in einen äußeren Ringraum
13, in welchen sich gesonderte Strömungen ausbilden. Im Bereich der Ringzone 10
wird sich sowohl im inneren Ringraum 12 als auch im äußeren Ringraum 13 eine aufwärts
gerichtete Strömung ausbilden, zu welcher im inneren Ringraum im Bereich des Mischrohres
6, 7 eine Gegenströmung nach unten und im äußeren Ringraum 13, im Bereich der Beckenwandung
11 gleichfalls eine abwärts gerichtete Gegenströmung entsteht. Auf diese Weise werden
sich sowohl im inneren als auch im äußeren Ringraum Wasserwalzen in der durch die
Pfeile angedeuteten Weise ausbilden, wobei jeder Teil des Beckeninhaltes im Verlauf
der Umwälzung mit der innig belüfteten Ringzone 10 in Berührung gelangt.
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Auf diese Weise werden nun alle Teile des Beckeninhaltes energisch
umgewälzt und intensiv belüftet.
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Während bei einem Belüftungsverfahren, bei welchem mittels Gebläsen
von der Sohle her Luft in das Reinigungsbecken eingeblasen wird, die Luftblasen
nur kurzfristig in Kontakt mit dem Wasser gelangen, ergibt sich bei der erfindungsgemäßen
Anordnung eine wesentlich längere Kontaktzeit zwischen Wasser und Luft, welche bei
einer Tiefe des Beckens von ungefähr 4 m etwa 25Sekunden beträgt. Die Kontaktzeit
ist aber für den reinigenden Effekt der Belüftung ausschlaggebend.
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Die schwereren Schlammteilchen sinken nun im Becken 1 ab. Die Sohle
14 des Beckens 11 ist trichterförmig gestaltet und weist in der Mitte eine Schlammgrube
15 mit einer durch ein Ventil 16 verschlossenen Schlammablage 17 auf. Diese Schlammgrube
15 ist zentrisch unterhalb des Leitapparates 8 angeordnet und daher durch den Leitapparat
gegen die Umwälzströmung abgeschirmt, so daß das Absetzen des Schlammes in dieser
beruhigten Zone begünstigt wird.
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Das auf diese Weise belüftete und bereits von den schwereren Schlammteilchen
befreite Wasser fließt über den überlauf 3 in ein nachgeschaltetes, in der Zeichnung
nicht dargestelltes Absetzbecken, in welchem sich die infolge der Belüftung ausgeflockten
Schlammteilchen absetzen. Da über diesen Uberlauf 3, d. h. also aus dem Ringraum
13, das bereits vorgereinigte und belüftete Wasser abfließen soll, muß das zu reinigende
Rohwasser an einer Stelle zugesetzt werden, von welcher ausgehend es noch der Belüftung
und Vorreinigung unterworfen wird, bevor es zum Überlauf 3 gelangt. Die Zufuhr des
Rohwassers kann daher im inneren Ringraum 12 im Bereich des Mischrohres 6 bzw. des
Diffusors 7 oder in der Nähe der Fangdüse erfolgen. Das Triebwasser, welches der
Strahldüse 4 zugeführt wird, kann dem hinter dem Üb erl auf 3 angeordneten Absetzbecken
entnommen werden, so daß als Triebwasser bereits vorgereinigtes Wasser zur Verfügung
steht. Dieses vorgereinigte Triebwasser wird der Strahldüse 4 beispielsweise
mit
einem Druck von etwa 10 m WS zugeführt.
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Es kann aber auch das Wasser, welches durch die Düse 4 in das Becken
eingeblasen wird, einem dem Becken vorgeschalteten Klärbecken od. dgl. entnommen
werden.