DE1982983U - Vorrichtung zum belueften von klaeranlagen u. dgl. - Google Patents

Description

Aktenzeichens K 56 805 /85 c Gbm. QÄ flfi ^" ζΠ"?"*1"2 2 fiS Horst Kollwita, (2224) Burg in Dithmarsehen, unterm Gleve 1 ¹¹ Yorrichtung zum Belüften von Kläranlagen und dergl."

Die Erfindung betrifft eine Yorrichtung zum leichten Belüften bzw. Einblasen von Luft (oder in Sonderfällen von G-asen) in Kläranlagen, Fischteichen, Schwimmbecken, stehendes Wasser usw. insbesondere zur Erhöhung des Sauerstoff gehalts „ Für den Zweck der Erhöhung des Säuerst off gehalts in ruhendem Wasser, insbesondere Wasser-Klärbecken genügt es nicht, nua? möglichst viel Luft ins !fässer einzublasem, sondern vielmehr ist es ausschlaggebend wichtig, daß der Lufteintrag in mögliehst feinblasiger Form geschieht, denn nur in kleinsten feinsten Bläschen hält sieh unter Wasser gebrachte Luft längere Zeit unter Wasser und wird von demselben in einiges? Zeit zum 2eil absorbiert (d.h. hauptsächlich der besonders wichtige Sauerstoffanteil) bzw. von den im sogenannten Belebtsehlamm der Abwassea?- Aalagea und Fischteichen enthaltenen Mikroorganismen aufgenommen. - . "■-.■■■: ■" ; Ss sind bereits-kostspielige Yersuehe gemacht worden, mit Druckluft, die durch über dem Wasser aufgestellte Kompressoren unter großem Kraf taufwand erzeugt wurde, über Sohr leitungen in der Wassertiefe aus Sinterpfeifen auszublasen, wodurch zwaa? untei? großen Kraftverlusten im Anfang eine gewisse Feinblasigkeit der ausgeblasenen Luftblasen unter Wasser erreicht werden konnte, wenn auch in der Praxis nicht von der erstrebten Feinstblasigkeit. Solche Sinterpfeifendüsen.sind aber im ja noch zu klärenden

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Wasser von Kläranlagen und dergleichen sehr empfindlich, verstopfen und versagen leicht, so daß sie dsm erwünschtem iff ©lg in der Praxis nicht erbringen können^ wozu noch kommt, äaß d-sir bei diesem Verfahren erforderliehe l£raf tauf wand wirtschaftlich nicht tragbar ist -and ein Bauergebrauch in €er Praxis wegen dauernden Verstopfungen übernaupt nient dnrelifialirbar ist. Auch die weiterhin, vorgesclilagenem 7@rfa3a.ren TCrsuehea alle, Pressluft ianter hohem Dmok tinter ?/ass@r auszublasen aus mit tnid ohne Uäsen, wobei sieh aber immer %n gr©ie luftblaseii bilden, die aus der Wassertiefe unter dem wasserdruck yisl zu rasch zur Wasseroberfläche hochsteigen, als da® d&irom wesentliche üuftteile im Wasser bleiben usw. vom Wasser w&& in anlagen τοη den MlkroOrganismen aufgenommen wrärden* Man hat auch bereits versucht, die über Wasser dur©h erzeugte Druckluft beim Ausblasen unter dem wasserspiegel auf größerem Baum su verteilen, daS die Ausblasedüssn sasrt dem Rohrleitungen und Kompressoren mit brüekenartigen Anlagen auf Geleisen über Klärbecken und dergleichen motorisch hin- un€ hergefahren wurden, wodurch bei ebenfalls geringen lutzeffekt sieh sowohl die Insehaffungsfcosten wie die laufenden Betriefos-TJnkostes noch weiterhin außerordentlich erhöhten.

Der Erfindung liegt di© Aufgabe sugrunde, bei Hem zum Einbringen der luft unter Wasser erforderliehen Aufwand sowohl die inschaffungskosten als auch den laufendem Betriebsauf?/sa€ besonders niedrig au halten und ζναατ soirohl technisch als auok finanziell und die unter Wasser eingebrachte luft auf einen möglichst großen Unterwasserraum zu verteilen und was die Hauptsache.

ist, die ins Wasser--. eingebrachte Iiuft in solch auierordentlioli '■" ' feinen Bläsehen (ohne zu Hilfenahme von Sinterpfeif©nd^sen ©öot dergleichen) ins Wasser einzutragen, da§ diese luft-Ieinstbläsehisa lange mater Wasser sehweben bleiben und daher mit entsprechend großem lutzeffekt vom Wasser absorbiert bzw. in Belebtschlamman* lagen und dergleichen von den darin enthaltenen 3Ükr©©rganismea aufgenommen werden können.

Biese Aufgabe wird erfindungsgemäS dadurch gelöst«, fiai die in €as Wasser einzubringende Jjuft unter dem wasserspiegel (vorzugsweise in etwa zwei Meter Wassertiefe) in einer dort motoriseh angetriebenen 3äKEffiH notations-Turbine über ein von dieser über die fassea?¹-oberfläehe hinaufreichendes Saugrohr aus der Atmosphären-Baffe angesaugt wird und diese von oben angesaugte luft (©der öas-Luftgemiseh oder Gas), eventuell auch vorgespannt bzw. unter Überdruck. v©irsetat) unter Wasser dureh die Sota,tionsflUgel der Unterwaaaeriurbine in feinste Bläschen zerhackt und mit ebenso ■ zerhacktem' feinsten Wasserteilchen vermischt als innige Mi-schaag von feinstem luftbläschen und Wasserteilehen in das die-Unterwasser turbine umgebende ?/asser hineingebracht wird und mit diesem durch die gleichzeitig dem umgebenden Wasser durch die rotierenden Hügel erteilte relative allseitige Strömungsbewegung (langsam) aufweitere Wasser-Blassen der Umgebung übertragen wird und so diese luft-fsinstbläsehen auf große Saumflächen im'-Wasser'.verteilt werden, .'.wobei die feinsten Luftteilchen im Wasser unterhalb der Wasseroberfläche längere Zeit sehwebend bleiben.

ganz besonders feinblasig werden die iuftbläsehen bzw. das erzeug-"'* te Luftwassergeaiseh, wenn die eine gewisse Art Kavitation erzeiigemden rotierenden flügelspitzen bzw. flügelkanten der von ©bes

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über ein Saugrohr Atmospliärenluft einsägenden toine ein kurzes Stück .(sogar-hop 2mm) aus dem frei ins Wasser ragen, 'da hierdurch erfahrangsgemäi aas Ze»-" hacken und Misehen feinster Baft- und Wasserteilehen noch erhöht wird und aueh die um die Turbine herum radial bewirkte feinstbläsehenverteilung unter Wasser besonders weiträumig ist.

In Sonderfällen ist es vorteilhaft, den über dem Wasserspiegel befindlichen Bsragrqlarendstutzen etwa in Hohlgehäuseform füa? zusätzlichen. Anschluß τοη Druckluft oder zxm. Umbringen you Gasen, z.B. Sauerstoff oder Chlor odgl., z.B· in'Schwimmbeckenmit entsprechenden Hohransohlüssen auszurüsten. "In den Zeichnungen ist ein Ausführuhgsbeispiel gemäß dei» Erfindung schematisch dargestellt.

J¹Ig. 1 zeigt einen Wasserbehälter im Querschnitt, in welche! eine Vorrichtung gemäß der Erfindung eingehängt ist» wobei der Antriebsmotor der Fnterwasserturbine und der obere lufteintrittsstutzen für das Luftansaugrohr sich über dem Wasserspiegel befinden, während das Haupt teil des Luftansaugrohrs un€ di© Hurbine'-ständig unter dem Wasserspiegel ist, die Unterwasserturbine vorzugsweise in etwa zxtoI Meter wassertiefθ » ' Pig. 2-zeigt eine-schematische T)raufsieht auf eine einfach© Ünterwasserturbinen-Bauart mit besonders günstiger Luftfeinstblasen-forderung unter Wasser.

fig. 3.zeigt eine Vorrichtung (etwa in zweeteaäßiger Originalgröße) im Längsschnitt mit (durch das kleine Zeichiiungsformat bedingt) verkürzt'gezeichnetem, etwa 2,5m langem Lüftansaugrohr der.Unterwasserturbine. ■

Bas in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel eines? einfachen, aber für dem 2?/eek leistungsfähigen Toxriohtong'.besteht hier aus einem handelsüblichen Elektromotor 1, aus einem unter diesem angeflanschten" Hohlgehäuse 2 mi* j&oft- oder öa®- Einl&ßstutzen 2a (der auch mit einem filter abgedeckt seia kam), dem darunter angeflanschten Saugrohr 3 uncl dem' dekanter auge- * flanschten Hohlgehäuse der Unterwasserturbine. Die gezeichnet© einfache Unterwasserturbine hat einen kegelig geformten Obs^= deekel 4 und einen hier dickwandig ausgeführten, ebenfalls kegelig geformten Unterdeekel 5, deren Kreise bildende luBenrände^ 4a und 4b parallel übereinander liegen und mit etwas freiem Zwischenraum voneinander durch drei paarweise vorgesehene lasatzlaschen β, 6a und drei Abstandssjwischenhülsen 7 zusammengehalten werden und so längs ihrer Beckel-Außenränder 4% 5a einen" schmalen kreiszylindrisehen Ausgangsschlitz aus dem Turbinengehäuse 4» bilden, durch den fässer und/oder luft aus bsw· in das tporbineagehäuse gelangen kann. Im unteren Gehäusedeckel 5 ist zentral das einzige lager S (wassergekühlt und iiassea?geschmiert) TO^gags- ?/eise aus Polyamid, für den unteren Achszapfen 9a des Antriebsachse 9 des Surbinenflügels vorgesehen. Bas obere Ende der !pui»-= binen-Äsatriebsaehse 9b ist durch ©ine übliche, nicht besonders gezeichnete Kupplung (z.B. Sohrkupplung.) direkt mit der Antriebsachse des Elektromotors 1 verbunden., so dass sieh am oberen Ende 9b der langen Antriebsachse 9 der Unterwasserturbine ein besonderes üager erübrigt. Innerhalb des kegeligen Hohlsehalen-IPurbinemgehäuses 4, 5 ist der einfache Sotationsflügel der Unterwasserturbine drehbar eingelagert, der hier aus einer kreisförmigen

Scheibe "10 'besteht mit einem !Durchmesser, daß ihr Aulenrand 10a auf alles Seiten etwa Saun als zentraler Ereisriag über die Außenränder 4a und 5a der !Burbinengehäuise-Hohlsehalendeckel 4 und 5 nach außen übersteht. Die Seheibe 10 ist is ihrem Zentrum durch einen Habenteil 11 mit dem Aehszspfen 9a d©r Antriebsachse 9 starr verbunden. Da diese Achse 9 am oberen imde von dein Elektromotor 1 angetrieben wird, dreht sich die Scheibe ebenso schnell. Entlang dem Umfang der Scheibe 10 sind in symmetrisch verteilten Sehlitzen derselben die senkrecht saaa? Scheibenfläche stehenden Wind~ bzw. Sreibflügel 12 in diesem Ausführung-sbeispiel von dreieckiger (Jestalt starr befestigt. Sine solche !•lügelscheibe 10, 12 kann an sich aber auch in Üblicher fnrbokraiseiform ausgeführt sein, für den erstrebten Zweck in optimales? Wirkung sur feinsten inftbläsehenförderung hat es sichals besonders günstig erwiesen, die Spitzen 12a dieser Windflügel 12 etwas über die Außenkreiskaaten 4a, 4b der (turbinengehäuse de ekel 4 uad.5 vorstehen zu lassen, da sieh in der Praxis gezeigt hat, daß'..-dies die ©riAinsehte Luftfeinstbläsehenbildung bei der BotatioB. der Flügel 12 besonders begünstigt. Bei der im -gezeichneten Jlusführungsbeispiel dargestellten .Unterwasseifturbine ist .'Döppelwirktangvorgesehen, derart daß die über das Saugrohr 3 angesaugt© Ijuft über einen-Eranz Zwischenlöcher 10b in der Scheibe 10 auch auf deren Unterseite gelangen und dort an deren Unterseite entlang durch die auch hier wirkende lliehltraft radial in feinsten luftbläschen ausgeschleudert-'wird, was zusammen die Luftfeinstbläsohen-Bildung wesentlich vergrößert.

Zusammengefaßt bestehen die mit der Erfindung erzielten ?oxteile unter'.anderem insbesondere, darin, daß,-durch ■ die in der .motorisch ■

angetriebenen Unterwasserturbine übea? ein Saugrohr angesaugte / Atmosphäremluft mit den von den rotierenass, motorisch angetriebenen Hügeln gleichzeitig feinstbearbeiteten.Wasserteilchen innig gemischt wird und die dabei eingesaugte luft dann feinstblasig" ins lasser eingetragen, dann durch die gleichzeitig von. äew farbins aus als Reaktion mitbewirkte (relativ langsam©) Bewegung des die lurbine umgebendem Wassers auf besonders großem Eaum untes? wassex verteilt wird, wobei die Bläschen beinah© mikroskopisch klein längere Zeit in der Wassertiefe schweben bleiben und ihre Luft in. erhöhtem Maße vom Wasser absorbiert bsw* im Belebtschlamm der Kläranlagen von' den" vorhandenen Mikroorganismen -leichter uni. in~ tensiver aufgenommen werden kann, was sehr wesentlich sui? guten und schnellen Verbesserung des Wassers ia Kläranlagen usw. bei-. trägt. Der bei der Erfindung ©rf order liehe Aufwsmi. ist denkft&s? gering und beträgt nur 'einen'Bruchteil des bisher in ElaTanlagea gebrauchten Aufwände.

Außer den sonst üblichen großem Kompressoren für ÜJruekluft ■ werden-■auchdie Eohrsysterne unnötig und große Kosten eingespart, sowohl Anschaffungskostem wie-'laufende Unkosten, z.B. viel geringeres? Stromverbrauch!

Bei der Erfindung genügen einfache Stromkabel für die an den geeignetsten Orten der Anlagen anwendbaren !Turbinen. Bei sehr abgelegenen Kläranlagen sind an Stelle von kleinen Elektromotorenzum Amtrieb auch Zweitaktkleinstm©tor©-anwendbar.

Besonders auffallend ist bei der Erfindung die: den Ingenieurfaeh-·■"■-.".

mann verblüffende latsaehe, daß zu dieser innigen Wasser- und liftfeinstbläschen-Yermischungunter Wasser viel weniger 'motorische -

Kraft ■ gebraucht wird» als wenn, wie bisher, versucht würde, Druckluft zu erzeugen und diese von ©i)en nach unten in zwei Meter Wassertiefe auszublasen.

Dies oberhalb der Wasserfläche etwa durch Surbogelläse zu erreichen, ist mit ©instufigem SurbogeSläse beinah© nicht (wegen dem nur 1/700 betragenden geringen spezifischen Gewicht der luft) bzw. nur bei etwa 4000 Umdrehungen/Min unter großem Eraftbedarf einigermaßen möglich, w©bei dann aber die so nach unten gepreßte Druckluft aus der Hohnaündung in z.B. zwei Meter Wassertiefe als große Binzelblasen austritt, die sofort nutzlos für den Zweck wieder rasch zur Wasseroberfläche hochsteigen.

Die im Ausführungsbeispiel skizziert© einfach konstruierte infl gebaut® Turbine arbeitet dagegen mit 1500 TJmdrehungsn/Min unä. mit nur einem Drittel Eraftbedarf völlig einwandfrei und fördert g Quantum feinatblasiger IJuft in zwei Meter Wassertiefe, der ■ Ingenieurfächmann eigentlich nicht für möglich hielt©»■

um die verblüffende Ursache zu ergründen, haben die Fachleute des .inmelders ein vollständiges furbinenmodell in durchsichtigem Plexiglas gebaut und durch !Färbung des angesaugten Gases di© internen Torgänge in der turbine verfolgt. Dabei zeigte sich, daß! siehVor■'Anstellen des'■ Jntriebsmotor© die Unterwasserturbine samt ihrem nach oben in die Atmosphärenluft ragenden Saugrohr zuerst selbsttätig mit Wasser füllt© bis in die Höhe des Wasserspiegels. Beim Insteilen des Antriebsmotors und in Sotationsetzen des Turbinenflügeis wurde von demselben aus den Schlitzen "des-Turbinengehäuses unter der-Zentrifugalwirkung zuerst reines Wasser, also in zwei Meter Wasser tiefe,

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ausgestoßen, wobei im Saugrohr der Wasserspiegel nach unten-'.saafe und die Atmosphärenluft das Saugrohr und auch das Innere der Turbine mit Luft füllte. Aber in den äusseren feilen der rotie= renden !Flügel strömte die von den Turbinenflügeln erfasste luft nieht rein weiter nach außen, sondern @b bildete sieh hier ein inniges Wasser-Gemisch, das dann aus" den Sehlitzen des Turbinengehäuses austrat und viele allerkleinste luftbläsehem mitriß, die aber aus ihrer anfänglich großen Geschwindigkeit dann s©foj?t gebremst, aber anseheinend noch verbunden mit .Wasserteilehen ■ (Oberflächenspannung?) frei im Wasser schwebend, zusammen mit der von der Turbine hervorgerufenen relativ langsamen Bewegung des Umgebungswassers der Turbine auf einen großen Wasserraum verteilt wurden, worauf sie zum Teil nach einiger 2eit.versehwanden,, zu einem weiteren Teil infolge der Bläschenfeinheit langsam nach oben zur Wasseroberfläche aufstiegen, zum feil aber aueh niedersanken-und an Teilchen des Belebtschwamms hängen blieben, ein Verhalten, das im Sinne der Erfindung geradezu ale ideal bezeichnet werden mußte. ·

Das vorteilhafte Arbeiten des rotierenden Turbinenflügels in dem erzeugten Wasserluftgemisch, der in reiner luft mit einem spezifischen Gewicht von weniger wie ein Siebenhundertel des spezifischen Gewichts von Wasser mit 1 bei der angewendeten Drehzahl von nur 1500/Min wegen zu geringer Masse (im m-.vS) der-reinen-'Jjoft' nicht genügend lliehkraftwirkung hätte erzeugen können, konnte dies aber in Verbindung mit Teilwasser als lufti?assergemiseh mit entsprechend höherer spezifischer Sewichtskomponente- tatsächlich bewirken.

Ss war an den flügel spit 25 em -und -kanten deutlich zu sehen, wie Wasserteilchen durch den fas serge gendruck zum !Turbinengehäuse strömten, wo sie dann von den Turbinenflügein erfaßt zusammen nit feinsten Luftbläschen radial nach außen geeehleuterfe und dam. weiter geschoben wurden. Durch entsprechende Erhöhung !Purbinenärehzahl steigt der Anteil der mitgerissenen aber aueh der Kraftbedarf.

Dar eh Erhöhung der Drehzahl über 4000/lIin schien beinahe nmr ausschließliche Luft aus den [purbinensehlitzen au strömen, ?/©bei aber die Luftbläschen nicht mehr so fein, waren und daher auch etwas schneller nach oben perlten, so daß der Wirkungsgrad im Sinne der Erfindung und im Tergleieh zum motorischen l£rafta.ufwaa€ dann als etwas geringer bezeichnet werden mußt©. Bin ähnliches Verhalten zeigte sieh bei den Tersuchen mit -übt dargestellten motorisch angetriebenen Unterwasserturbine, wenm in das Saugrohr der 5urbine von oben ubeT- einen Gehäusestutsea des Saugrohrs zusätzlich Druckluft zugeführt-wurde. Dieses Verfahren war zwar auch wirkungsvoll, aber viel weniger ■wirtschaftlich und natürlich mit viel größerem Aufwand verbunden· Doch bringt dies vielleicht größeren Torteil beim Ansaugen von anderen Oasen, wie Sauerstoff oder Chlor oder dergleichen, wobei es darauf ankommt, wie solche Zusatzgase angeliefert werden, ob als drucklos© Gase oder als hochgespannte Flaschengase. Das im Beispiel dargestellte Ansaugen durch die motorisch angetriebene ünterwasserturbine dürfte auf jeden lall, was den reinen Antriebskraftbedarf betrifft, bereits das Optimum darstellen.

Claims (3)

1.083 502*12.2.68

Jfeuge.fasste Soliutzansprüolie£_

1.) Vorrichtung zum Belüften von Kläranlagen und dgl. mit oberhalb des Wasserspiegels angeordnetem Luftansaugegehäuse, oben mit aufgesetztem Antriebsmotor und unten mit in das Wasser tauchendem Luftansaugrohr, an dessen unterem Ende ©in Kreiselluftpumpengehäuse sitzt und in ihm drehbar ©in mit Hügeln bzw· Schaufeln versehenes, durch den Motor über eine Welle angetriebenem Kreiselrad, dessen Antriebswelle axial innerhalb des Luftansaugrohrs als Verlängerung der Motorwelle angeordnet ist» dadurch gekennzeichnet, daß das Ereiselluftpumpengehäuse (4,5) aus zwei hohlen kegelförmigen Deckeln (4 und 5) besteht, deren in bekannter Weise (6,7) stegartig verbundene Außenränder (4a, 5a) einen freien schmalen konischen Ringsehlitz bilden, aus dem die Spitzenteile (12a) der etwa dreieckigen Hügel bsw. Schaufeln (12) des Pwmpenkreisels (10) etwas vorstehend bzwüberstehend herausragen, derart daß bei der vom Motor angetriebenen Rotation dieses Luft fordernden Kreiselrads (10,12) die aus dem G-ehäuse (4,5) etwas herausragenden Plügelsspitgen (12a) bei geringem Kraftbedarf die erfassten Wasserteilehen fein sersehlagen und mit den von &en etwa dreJteekigen Ereiselradschaufeln (12) geförderten Luftbläsehen innig mischen und radial verteilen.

2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kreiselrad (10) in der Mhe seiner Jmtriebsnabe (11) mit Luft durchtritt slö' ehern (10b) versehen ist, derart daß das Kreiselrad (10,12) auf seinen beiden Seiten Saugluft doppelt-fordernd wirkt.

3.) Vorrichtung nach inspruch l_s dadurch gekennzeichnet, daß im unteren,(ohne ¥asseransaugÖffnungen)gesehlossenen Kreiselluftpumpen-G-ehäusadeekel (5) axial das einzige wassergeschmierte und wassergelröhlte Lager (8) der Kreisäxadwelle (9&) angeordnet ist.