DE1658146A1 - Vorrichtung zum Belueften von Fluessigkeiten - Google Patents

Vorrichtung zum Belueften von Fluessigkeiten

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DE1658146A1 DE19671658146 DE1658146A DE1658146A1 DE 1658146 A1 DE1658146 A1 DE 1658146A1 DE 19671658146 DE19671658146 DE 19671658146 DE 1658146 A DE1658146 A DE 1658146A DE 1658146 A1 DE1658146 A1 DE 1658146A1
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Description

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Patentanwälte Dipl. -Ing. F. Weickmann, Dr. Ing. A.Weickmann
Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K-Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann
8 MÜNCHEN 27, DEN
MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 3921/22
Yeornans Brothers Company, 1999 North. Ruby Street, Melrose Park, Illinois, V.St.Ao
"Vorrichtung zum Belüften von Flüssigkeiten
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Belüften von Flüssigkeiten und insbesondere eine Vorrichtung, die ein Belüftungssystem enthält, das selbsttätig den gelösten Sauerstoffanteil der belüfteten Flüssigkeit überwacht und steuert»
Obgleich sich der Gegenstand nach der vorliegenden Erfindung für die verschiedensten Belüftungsarten verwenden läßt, eignet er sich insbesondere für die Aufbereitung von Abwassern mittels dem aktivierten Schlammprozeß oder mittels abgewandelter Verfahren desselben. Beim aktivierten Sohlammprozeß werden zunächst durch Sieben, Absetzen o.dgl, die absetzbaren Feststoffe aus dem unbehandelten Abwasser entfernt. Die dieserart erhaltene Flüssigkeit wird hierauf mit einem Bakterien enthaltenden oder "aktivierten" Schlamm geimpft, der aus der vorangegangenen Behandlung des Abwassers erhalten wurde. Um das
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Wachstum der durch den Schlamm in das Abwasser eingebrachten Bakterien zu vergrößern, wird das Abwasser einer normalerweise in einem Belüftungstank erfolgenden Belüftung unterzogen.
Es sind bereits mehrere Arten von Belüftungsvorrichtungen zur Zufuhr von Sauerstoff in Abwasser bekannt. Eine Vorrichtung dieser Art verwendet einen Oberflächenbelüfter, der einen mit mehreren Flügeln oder Blättern versehenen Rotor aufvieist. Die-Ä _ ser Rotor ist im Bereich der I1IUssigkeitsoberflEche des 3e-Jäiftungstankes angeordnet, wobei dessen Blätter teilweise in die Flüssigkeit eingetaucht sind ο Gegebenenfalls kann ein Saugrohr oder eine umhüllende !leitfläche verwendet werden,, Bei Rotation des Belüfters wird vom Sankboden. Flüssigkeit hochgezogen und über die £ankoberfläche versprüht» Ein mechanischer Oberflächenbelüfter dieser Art ist in der US~Patentschrift 2,323,437 beschrieben,»
Weitere häufig verwendete Belüfter benutzen perforierte Plat- W ten oder sonstige Körper aus porösem Material, wie z.B· geschmolzenes Siliciumkarbid, durch die unter erheblichem Druck ■ stehende luft in die im Belüftertank befindliche Flüssigkeit gepreßt wird»
Der Zufluß und/oder die Menge und/oder die Charakteristik des in einen Belüftungstank strömenden Abv/assers besitzt normalerweise keinen konstanten ¥ert, sondern erreicht für ^ewöhnlioh in den Morgen- und Abendstunden jedes Tages iJpit:iem/erte. IX,
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das Abv/aseer in einen Mindestmaß belüftet sein soll, d.h., daß der im behandelten Abwasser gelöste Sauerstoff einen bestimmten Kinde .^f ;ert überschreiten soll, kann es erforderlich sein, während der Perioden auftretender Spitzenwerte erhöhte Sauerstoff mengen in oie Flüssigkeit einzubringen!. Während der Perioden geringen Sufiusses kann es erwünscht sein, geringere Sauerstoffmangel: susufüiiren« Bei dem .mit einem Rotor versehenen Oberfläohenbelüfter kann die Sauerstoffzufuhr durch 3rhöhung der SeKchwindigkeit des mechanischen 3elüfters oder durch Änderung der Eintauchtiefe der 3elüfter"blatter in die Flüssigkeit erhöht werden«. Bei Verven Jung einer mit Preßluft, arbeitenden "Verrichtung Ic-inn die Sauerstoffzufuhr duroh Änderung des Druckes der zu?;eführten luft oder durch Änderung der Größe der Öffnungen oder der Porosität des Materials variiert werden, durch die bzw· durch das die luft in die Flüssigkeit gepreßt wird· Die vorerwähnte Aufbereitung des Abwassers durch das aktivierte Schläcsverfnhren ist nur dann wirkungsvoll, wenn die Kenge des. ^y.lösten Sauerstoffes cuaindest ein Kiniauni über— schreitet· Line Kögldchkeits dies su t*ev;ä!;rleisten3 besteht dürir., j±e Yjr-i-iclitung so su betreibeil, daö- die tatsächliche Sauerstoffzufuhr dec übersehlägig ermittelten Maximum äer erforderlichen Sauerstoffzufuhr entspricht oder dieses überschreitet, wobei ans vorgenannte Kaximuis durch periodisch durchgeführte checii-che Analysen ersiitteli;. wird» Die natürliche Folge dieser Betriecsv;"ise isis da3. bei tatsaeiilich niedrigerem baueriJtoffbeiarf die Sauer stoff zufuhr höher als benötigt ist, •-,•od'.-roi; Zner;;;.e vergeaäet '.-.'ira und dine übsrceiüftuii^ erfolgt^""
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die den Aufbereitungsprozeß im schädlichen Sinne beeinflussen kann ο
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wirtschaftlich arbeitende Vorrichtung zur Belüftung einer Flüssigkeit zu schaffen.
Eine v/eitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Torrichtung mit einem Belüftungssystem auszubilden, das die Sauerstoffzufuhr der tatsächlich zu belüftenden Flüssigkeitsmenge anpaßt, so daß der Bedarf an elektrischer Energie auf
ein Minimum gehalten wird. ■ "
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
3?ig.1 in teilweise geschnittener schemätischer Darstellung ein Auaführun;_"sbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfind ung;
Fig.2 eine graphische Darstellung, aus der die Abhängigkeit der Sauerstoffabsorption einer Flüssigkeit von der Eintauchtiefe von Blättern eines mit einem Rotor versehenen Oberflächenbelüfters ersichtlich ist, mit der die Blätter in diese Flüssigkeit eintauchen}
Fig.3 .eine graphische Darstellung, aus der die Abhängigkeit der Sauerstoff absorption einer Flüssigkeit von der Ge-»
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schwindigkeit der Rotoren eines mit Rotoren versehenen Oberfläohenbelüfters ersichtlich ist.
Die Vorrichtung nach der Erfindung enthält einen zur Aufnahme einer zu belüftenden Flüssigkeit 12 dienenden Belüftungstank 11 ο Zur in seiner Menge variablen Zufuhr von Sauerstoff in die Flüssigkeit des Tanks- sind Belüftungsvorriohtungen 13 vorgesehen. Zur Regelung der Menge der Sauerstoffzufuhr dienen Steuereinrichtungen 14» 26. Mit den Steuereinrichtungen ,.sind Abtasteinrichtungen 16 gekoppelt, mittels denen der in der Tankflüssigkeit gelöste Sauerstoffgehalt bestimmt wirdβ Das den Abtasteinrichtungen entnommene und in die Steuereinrichtungen eingespeiste Signal bewirkt, daß die Steuereinrichtungen in Abhängigkeit vom abgetasteten Sehalt an gelöstem Sauerstoff die Sauerstoffzufuhr regeln»
Die Vorriahtting enthält einen reehteckförmigen Abwasserbelüftungstank 11, der vier vorzugsweise aus Beton oder einem sonstigen festen Material gefertigte vertikale Wände 17 aufweist» Die dem mit 18 bezeichneten Tankboien zugekehrten Wandteile der Wände 17 sind in Richtting: zum Tankinneren geneigtr wodurch ein Absetzen von Schlamm in den Ecken vermieden wird« Vie Flüssigkeit gelangt durch einen durch eine Öffnung. 21 in der einen Wand 17 geführten Einlaß 19 in den Tank«
Um der im Tank 11 befindlichen Flüssigkeit den Austritt zu ermöglichen, ist am oberen Ende der - betrachtet in Zeichnungs-
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ebene - rechten Wand 17 ein Abfluß 22 angeordnet. Der Abfluß 22 erstreckt sich im wesentlichen über die -gesamte lunge dieser'Wand. Zum Transport der durch den Abfluß 22 ausströmenden Flüssigkeit zu einem in der Zeichnung nicht dargestellten Ab- · setzbehälter ist eine Abflußrinne 23 vorgesehen* Ein beweglicher Überlauf bzw, eine bewegliche Schleuse 24 trennen Sen Abfluß 22 von der Ablaufrinne 23« Zur Regelung der aus dem Tank ausströmenden flüssigkeitsmenge ist mit dem Überlauf 24 eine Steuereinrichtung 26 gekoppelt* Wie nachstehend erläutert* wirkt die Steuereinrichtung 26 als Servomechanismus*
Die dargestellte Vorrichtung enthält drei jeweils mit einem Rotor versehene Oberflächenbelüfter. Selbstverständlich kann jede beliebige Anzahl derartiger Belüftervörrichtungen verwendet werden,» Sämtliche drei Belüftervorriehtungen 13 &inä einander gleich, weshalb- nachstehend nur eine im Detail beschrieben wird» ■
Benachbart zu Jeder Vorrichtung 13 liegt auf dem Tank 11 jeweils eine Brücke 29 auf, die als Träger1 eines Antriebs 31 dient» Der Antrieb 31 ist über eine Antriebswelle- 32^ die durch eine geeignete Öffnung 33 i*1 3er Brtiertte greift, mit- einem Rotor 34 verbunden, der mehrere Flügel οά&ζ Blätter 36 trägt·* Die Blätter 36 sind teilweise in die Flüssigkeit 12 taucht und schleudern bei ihrer Rotation Flüssigfcei-t die Tankflüssigkeitsoberfläche, wodurch eine AufwärtsStrömung geschaffen wird, unter deren Wirkung' die am !Caiikbodom IS be·» findliche Flüssigkeit nach oben
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Ira Betrieb wird dem Tank 11 durch den Einlaß 19 kontinuierlich Abwas:<er zugef':lhrte Das im Tank befindliche Abwasser ißt mit Bakterien enthaltendem Schlamm aus den vorausgegangenen Abwasserbehandlungen versehene Der Antrieb 31 treibt den Rotor 34 und dessen Blätter 36c Durch die Bewegung der Blätter wird im Bereich des Tankbodens 18 befindliches Abwasser angezogen und durch lie Atmosphäre geschleudert, so daß es innerhalb des Tanks über iie Flüssigkeitsoberfläche zerstreut und damit die Flüssigkeit belüftet und das Wachstum der Bakterien gefördert wird. Der l?ctor 34 bewirkt die Zirkulation des Abwassers im. gesamten T :ik 11,
Wie bereite erwähnt, ist während des normalen Betriebs der Abwasseriiuij-Uii und dessen Stärke nicht konstant, sondern variiert w;i:.ri?.nd eines Tages. ITm eine Energievergeudung zu vermeiden, ar-^^te der G-rad der Belüftung "der Tankflüssigkeit so eng wie .. .-lieh an die tatsächlichen Erfordernisse angepaßt sein. £e;L r-übenae soviie mühsame chemische Analysen-Verfahren aur Überv .\:u:ir: des in" der laukflüssigkeit gelösten Batters', oifeii o.'üihyereii eine eng angepaßte Regelung im hohen Maße» Die Srfi;., -.12I^ .restattet durch, lie Schaffung eiiies BeiüftungssvsH-iKess-, äij.B äen geilsten Sauerstoffanteil kontinuierlich überwacht Uli,; i^r.Lifi;«sprechend die Belüftunj*sra1je der Flüssigkeit ltTis errättelt, eine verhältnismäßig enge Äbtastünga
Bei eiüe^. nit einem Rotor versehenen mechanischen. ^Gfe belüftsr der gezeigten Art sind wenigstens swei einfache ¥ege
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zur Regelung der Belüftungsrate der Flüssigkeit möglich. Die Figur 2 zeigt die Änderung der pro Stunde absorbierten Sauerstoffmenge (gemessen in Pfund) einer Flüssigkeitsprobe, die mit einem mechanischen Oberflächenbelüfter belüftet wird in Abhängigkeit von der Eintauchtiefe der Blätter. Aus Figur ist ersichtlich, daß bei konstanter Rotorgeschwindigkeit mit zunehmender Eintauchtiefe der Blätter" (d.h. mit Abnahme des nicht in die Flüssigkeit eintauohenden Blatt-Teiles) die Sauerstoffabsorption in der Flüssigkeit zunimmt. Die Menge absorbierten Sauerstoffes nimmt somit mit der Eintauchtiefe zu.
In Figur 3 ist für den gleichen Belüfter das Maß der Sauerstoff ab sorption gegen die Rotorgeschwindigkeit aufgetragen, wobei die Eintauchtiefe der Blätter konstant und derart gewählt ist, daß die Blätter, bis auf ca. 5 cm in die Flüssigkeit eintauchen. Diese graphische Darstellung zeigt, daß sich das Maß der Sauerstoff absorption unmittelbar mit der Rotorge** schwi-ndigkeit ändert·
Eine erhöhte Rotorgeschwindigkeit oder eine größere Eintauchtiefe erfordert eine höhere Leistung, da eine größere Flüssigkeitsmenge bewegt wird» Der Vorschlag nach der Erfindung ermöglicht jedoch in Abhängigkeit von den durch kontinuierliche Überwachung des gelösten Sauerstoffes erhaltenen Meßwerten« eine dem tatsächlichen Sauerstoffbedarf entsprechende enge Regelung. Die Änderung des Absorptionsmaßes an Sauerstoff kann durch Steuerung der Geschwindigkeit der Belüftervorrichtung bzw.-Vorrichtungen, durch Steuerung der Zahl der in Betrieb
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' befindlichen Vorrichtungen dieser Art oder durch Steuerung der Eintauchtiefe der Blätter bzw* durch Steuerung des Flüssigkeitspegels im Tank 11 bewirkt werden0
Zur Durchführung dieser Steuerung ist ein elektrischer Steuerkreis 14 vorgesehen. Der Steuerkreis kann den besonderen Erfordernissen des Systems angepaßt sein, so daß sämtliche auf . das Maß der Sauerstoffabsorption einwirkenden Betriebsfaktoren berücksichtigt sind» Faktoren dieser Art sind der Flüssigkeitspegel, die Oxydierungskapazität des verwendeten Belüfters, der Sauerstoffbedarf des biologischen Systems und die Sauerstoffabsorptionscharakteristik des biologischen Systems. Der Steuerkreis 14 kann zudem derart ausgelegt sein, daß die bedingt durch die langsame Ansprechempfindlichkeit des Systems auftretende Trägheit berücksichtigt wirde Es sind bekannte Schaltkreis techniken verwendbar, mittels denen zwischen der angebotenen und benötigten leistung des Systems lediglich eine Differenz von - 2 ?S einstellbar ist ο
Die Überwachung der gelösten Sauerstoffmenge erfolgt durch einen Abtastkopf 16. Eine Pumpe 38 entnimmt durch ein Rohr 39 eine Probe und befördert diese in einen Behälter 41,.in den der Abtastkopf 16 eintaucht* Die Flüssigkeit kann vom Behälter 41 durch ein Abflußrohr 42 und ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Steuerventil gefördert werden» Häufig ist es erwünscht, den Behälter 41 auf einer konstanten Temperatur zu halten, um die Stabilität der vom Abtastkopf 16 angezeigten
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Werte zu gewährleisten. Durch entsprechenden Betrieb der Pumpe 38 und des Abtastkopfes 16 kann der in der Flüssigkeit gelöste Sauerstoffanteil kontinuierlich oder in bestimmten Intervallen überwacht werden·
Der Abtastkopf 16 erzeugt elektrische Signale, die dem in der Flüssigkeit gelösten Sauerstoffanteil proportional sind. Die Signale werden durch einen Verstärker 43 verstärkt und anschließend in den Steuerkreis 14 eingespeist. Ein graphisches oder sonstiges Aufzeichnungsgerät 44 zeichnet in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Verstärkers 43 kontinuierlich die Menge des gelösten Sauerstoffes auf.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Steuerkreis 14 mit der Überlaufsteuereinrichtung oder dem Servomechanismus 26 und jeweils mit den Antrieben der Belüftungsvorrichtungen 13 verbunden. Je nach der. gewünschten Betriebsweise kann bei abnehmendem Sauerstoffbedarf der Steuerkreis derart arbeiten,, daß eine oder mehrere der Vorrichtungen 13 abgeschaltet oder die Geschwindigkeiten der Rotoren afc herabgesetzt werden oder der Überlauf 42 gesenkt wird, um die Eintauchtiefe der Rotorblätter zu vermindern· Der in der Zeichnung dargestellte Steuerkreis kann sämtliche vorstehend aufgezeigte Funktionen, und zwar gegebenenfalls auch Kombinationen aus zwei oder mehreren dieser Funktionen ausführen» Bei steigendem Sauerstoffbedarf kann durch den Steuerkreis die Anzahl der in Betrieb befindlichen Vorrichtungen 13 oder die Geschwindigkeit der Rotor- · blätter erhöht oder zur Vergrößerung der Eintauchtiefe der
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Rotorblätter der Überlauf 24 angehoben werden·
Der in der Zeichnung dargestellte mit einem Rotor versehene Oberflächenbelüfter ist auch durch andere Belüftüngsvorrichtungen ersetzbar, z.B. durch einen Belüfter, der komprimierte Luft durch eine perforierte oder poröse Platte preßt. Bei der letztgenannten Art eines Belüfters kann der Steuerkreis zur Regelung des Druckes der in die Flüssigkeit gepreßten Luft oder zur Regelung einer Steuereinrichtung dienen, die wiederum die Größe der öffnungen oder die Porosität des Materials steuert, durch welche die Luft dringt. Der Steuerkreis kann auoh in Verbindung mit einer Doppelblattturbine verwendet werden, wobei das obere Blatt in Abhängigkeit von der Regelung der Flüssigkeitsoberflache entweder in die Flüssigkeit eintaucht oder nicht·
Der Gegenstand nach der Erfindung eignet sich insbesondere für Abwasseraufbereitungssysteme, die unter Ausnutzung des aktivierten Schlammprozesses arbeiten. Dieses System regelt den gelösten Sauerstoffgehalt der belüfteten Flüssigkeit selbsttätig und vermeidet eine Vergeudung elektrischer Energie·
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Claims (1)

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- 12 Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Belüftung einer Flüssigkeit, gekennzeichnet durch einen zur Aufnahme der Flüssigkeit (12) dienenden Belüftungstank (11), Belüftungsvorrichtungen (13) zur regelbaren Zufuhr von Sauerstoff in die im Tank befindliche Flüssigkeit, Steuereinrichtungen (14, 26) zur Regelung der Menge der Sauerstoffzufuhr, und Abtasteinrichtungen (16), die zur Bestimmung des gelösten Sauerstoffgehalts der im Tank befindlichen Flüssigkeit dienen, wobei zur Regelung der Sauerstoffzufuhr in Abhängigkeit von der abgetasteten Menge gelösten Sauerstoffes die Abtastein— richtungen mit den Steuereinrichtungen gekoppelt sind·
2, Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungseinrichtungen (13) wenigstens einen mit einem Rotor (34) versehenen Oberflächenbelüfter aufweisen.
3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtungen (14» 26) einen verstellbaren Überlauf (24) und einen mit diesem tiberlauf gekoppelten Steuerkreis (14) aufweisen, um den Flüssigkeitspegel im Belüftungstank (11) zu steuern·
4β Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtungen (I4f 26) einen Steuerkreis (14) auf-
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weisen, der zur Steuerung der Geschwindigkeit des Eotors (54) des Oberflächenbelüfters mit diesem Belüfter gekoppelt ist.
5ο Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Belüftervorrichtungen (13) vorgesehen sind und daß die Steuereinrichtungen (14f 26) zum wahlweisen Zu- und Abschalten dieser Vorrichtungen jeweils mit diesen Vorrichtungen gekoppelt sindo
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